什么是单板计算机，哪一种适合我？

近几十年来，新型单板计算机改变了业余爱好者电子产品的格局。 正如您可能想象的那样，这些设备是构建在单个电路板上的整台计算机。与现代台式计算机不同，SBC 不需要额外的内存或存储来启动。 它不要求您将电源线穿过拥挤的机箱，也不要求您系上 RAM、插入一百万机箱风扇或在散热器下方挤压豌豆大小的热化合物球。这些结构上的差异反映目的不同。 单板计算机无法完成现代高性能 PC 所做的许多事情。 但是，它不会尝试。 相反，SBC 服务于一系列教育、商业和工业应用。 您会在 ATM、虚拟老虎机、自动点唱机、自动结账机以及几乎任何其他地方找到它们。但我们感兴趣的设备会吸引有抱负的工程师和兼职修补匠。 在本文中，我们将研究五款值得注意的单板计算机。SBC 和 MCU 之间有什么区别？在我们继续之前，让我们先了解一下 SBC 和 MCU 之间的重要区别。 MCU 或微控制器单元是一种嵌入式系统，它将整个计算机集成到单个芯片中。 引擎盖下是处理器、内存、存储和可编程输入和输出引脚。 微控制器并不强大，也不容易重新编程。 但是，他们不需要是； 它们可以以几乎零成本进行大规模制造，并且可以执行功能齐全的计算机不适合执行的一系列任务。将微控制器放在电视遥控器中。 由于没有操作系统来禁止它，也没有程序可以运行，它会休眠数天或数周，几乎不耗电。 也就是说，直到你按下一个按钮，在它的一个连接引脚上产生一个信号，从而使其立即发射适当的信号。 微控制器可以在一系列嵌入式计算机中找到，从工业计算机到家庭中最新的 IOT 边缘设备随处可见。 抛开这个限制条件，让我们考虑一下所有 SBC 中最著名的，无处不在的 Raspberry Pi.Raspberry Pi 您可能听说过 Raspberry Pi 是有充分理由的。 这款单板计算机的连续几代在全球已售出超过 XNUMX 万台。 这是树莓派基金会的工作，他们从 BBC 微型计算机中汲取灵感，随后树莓派的型号也以此命名。 该 SBC 被视为一种教育工具，目前仍主要面向潜在编码员的课堂销售。 但它的应用远不止于此。 一经发布，就引起了全球电子界的关注，获得了巨大的成功，并催生了一小群模仿者（我们将在后面介绍他们的作品）。 首先，让我们来看看最新型号的规格， Raspberry Pi 3 型号 B+：CPU - Broadcom BCM2837B0，Cortex-A53 (ARMv8) 64 位 SoC @ 1.4GHzMemory - 1GB LPDDR2Connectivity - 2.4GHz 和 5GHz IEEE 802.11.b/g/n/ac 无线局域网；蓝牙 4.2.b/g 千兆以太网；BLE通过 USB 2.0（最大吞吐量 300 Mbps）引脚分配 - 40 引脚 GPIO 接头端口 - 全尺寸 HDMI4 USB 2.0 端口CSI 摄像头端口 DSI 显示端口复合视频端口 4 极立体声输出微型 SD 端口操作系统 - RaspbianPower - V/2.5A 直流电源输入约 35 美元， Raspberry Pi 3 B 型代表着无可争议的价值，并且是那些寻找 50 美元以下单板计算机的人的不二之选。 一分钱一分货，您将获得 1.2Ghz 四核 ARM cortex a53 处理器，其性能让前几代产品相形见绌。 进一步的升级以内置 802.11n Wi-Fi 和蓝牙的形式出现，解决了其前身最常见的两个抱怨。 这台单板计算机也输出高清视频，但它缺乏以 4k 可靠呈现所需的功能。您的第一个挑战是将默认操作系统 Raspbian 安装到微型 SD 卡上，然后让它启动。 多亏了全面的（更重要的是，易于理解的）文档，这非常简单。 但更具启发性的是大量用户创建的知识，当您刚开始使用 Raspberry Pi 时，您可以从中汲取知识。 您的 Raspberry Pi 遇到问题，很有可能有人遇到同样的问题并在网上发布了解决方案。 如果他们还没有，那么经常访问 Raspberry Pi 论坛的专家排将非常愿意关注您。 如果您想要一点灵感，可以查看我们在网络上的 Raspberry Pi 项目综述。有几种不同风格的 Pi 可供选择。 对于许多人来说，精简的 Raspberry Pi Zero 可能就是所需要的。 Pi Zero 是唯一一款售价 5 美元的单板计算机，因此是进入 SBC 世界的绝佳切入点。当然，Raspberry Pi 如此便宜，但也存在技术限制。 由于以太网端口和 USB 由同一总线供电，因此它不是高速路由的最佳选择。 另一个问题源于有限的内存：它只有 1GB，而且它是过时的 DDR2 品种（与在较新的板上发现的 ddr3 sdram 相反）。 此外，Wi-Fi 的上限约为 2.5mb/s - 如果您想流式传输蓝光收藏（甚至是低分辨率的 YouTube 内容），这是个坏消息。话虽如此，很难看过去Raspberry Pi 作为进入单板计算机世界的切入点。 它为大众带来了编程，并允许创建各种奇怪而奇妙的设备。 拿起 Raspberry Pi 3 B+，您就会高枕无忧，因为知道它至少会一直生产到 2023 年 XNUMX 月。 但是，到那时，您在 SBC 中的冒险经历可能会引导您使用另一个更专业的设备。让我们来看看如何将 Raspberry Pi 添加到您的 Circuito.io 电路中。 这非常简单； 只需在界面左侧的组件列表中搜索 Raspberry Pi，然后将 Pi 从那里拖到您的电路中。 或者，您可以单击设备以显示相关描述，然后按窗口左下角的红色“交换”按钮。 Raspberry Pi 将自动形成电路的集线器，取代默认的 Arduino同时保留您对 GPIO 接头进行的任何连接。BeagleBone Black Raspberry Pi 的巨大成功促使开发人员蜂拥而至，他们希望推出自己负担得起的 SBC。 其中包括半导体巨头德州仪器，其 BeagleBoard 单板计算机自 2008 年开始量产。 该产品发展成为最受欢迎的 Raspberry Pi 替代品之一：一个名为 BeagleBone 的低成本、社区支持的平台，该平台于 2013 年成为 BeagleBone Black。该板的目的是提供一个平台，用于创建新的片上系统设备。 在发布时，它是 Pi 的技术匹配，但随后对 Pi 的升级让 Black 显得有点动力不足：CPU - AM335x 1GHz ARM® Cortex-A8GPU - PowerVR SGX530Memory - 512MB DDR3Storage - 4GB 8 位eMMC flashConnectivity - USB client+hostEthernetHDMIPinout - 2x 46 pin headersPorts - micro HDMI1 USB 2.0 portMicro SD portOS - AngstromPower - 5V/2.5A DC 电源输入 BeagleBone Black 最大的优势在于，与 Raspberry Pi 不同，它拥有一个内置的 8-位闪​​存，它可以在十秒钟内直接启动 Linux。 因此，在需要更新内核之前，您可以不用 SD 卡，这使得入门过程相对轻松。 虽然该板在开发时考虑到了 Angstrom，但它可以很好地与 Ubuntu、Debian 和许多更奇特的内核配合使用。但 BeagleBone 的真正优势在于其广泛的连接选项。 顶部有两个 46 针接头，您将有 92 个连接点可供选择。 其中包括比大多数用户合理需要的更多的 I2C、CAN 和 SPI 总线，以及大量定时器、PWM 输出、模拟输入和 GPIO 引脚。就像无所不能的 Arduino 一样，Beaglebone 可以通过可堆叠模块进行扩展，从而固定在两组销钉上。 它们被称为“斗篷”，真正有资格作为子板。 在他们的帮助下，Beaglebone 可以增加各种设备——从 LCD 屏幕到电池组再到音频接口，并且没有面包板和拖曳电缆在您的工作空间中喷涌而出的麻烦。 BeagleBone Black 的一个显着缺点是它只提供一个 USB 端口。 因此，您需要连接一个 USB 集线器来连接鼠标和键盘。 如果你身边躺着一个，那你就没事了。 如果您不这样做，您将需要考虑额外的成本和杂物。 BeagleBone 已使用 XNUMX 年，其性能开始落后于其竞争对手。 它的组件不太可能通过与最新的 Raspberry Pi 等直接比较而受宠若惊。 但是 Beaglebone 的吸引力在于它的适应性和简单的连接性，而不是它的原始计算能力。 作为领先的 raspberry pi 替代品之一，它在世界各地的研讨会中扮演着重要角色 - 它也可能适合您。Nvidia Jetson TX2如果您对游戏（尤其是 PC 游戏）有一点兴趣，那么你一定听说过英伟达。 该公司以其像素推动硬件而闻名。 但是，让劳拉·克罗夫特 (Lara Croft) 的发型在喜马拉雅微风中真实地翻滚的相同计算能力也可以驱动复杂的机器学习系统，这正是 Jetson 平台旨在鼓励的那种。 Jetson TX599 开发套件的定价高达 2 美元业余爱好者或高中生无法企及的。 那是因为它不是针对那些市场的； 这是一个令人难以置信的奇特工程工具，旨在迎接人工智能驱动的未来。 这样的任务需要一份令人印象深刻的规格清单。 因此它证明了：CPU - 双核 Denver 2 + 四核 A57 ARMGPU - NVIDIA Pascal，256 个 NVIDIA CUDA CoresMemory - 8 GB 128 位 LPDDR4Storage - 32 GB eMMC、SDIO、SATAConnectivity - 多达 6 个 2-lane Cameras4k 视频编码器Wi-Fi蓝牙千兆以太网CAN控制器Pinout - 40-pin和30-pin GPIO headersPorts - HDMIMicro-USB 2.0USB 3.0Micro SD portRJ-45 EthernetSD-card readerAntenae terminal4-lane PCI connector20-pin JTAGSATA Data and Power ConnectorUART接口相机扩展接头，预装5MP cameraOS - LinuxPower - 5V/2.5A DC 电源输入在每个套件中，您将获得一个 Jetson 模块，以及一个参考载板、电缆和电源，以及一些可以帮助您入门的预装软件。 TX2 采用与该公司 10 系列显卡相同的“Pascal”微架构； 就原始计算能力而言，它将列表中的其他设备淘汰出局。Jetson 的连接性同样令人印象深刻。 该模块通过一个 400 针连接器连接到载板。 板上是一块铝板，连接到一个令人放心的厚实散热器和风扇。 内置的编码器和解码器可以毫不费力地处理 4 帧的 XNUMXk 视频，您将拥有台式 PC 主板上所期望的那种连接选项，包括 SATA 和 PCIe。 就功耗而言，TX2 大致相当于其采用 Maxwell 驱动的前身 TX1——除了在空闲时，它会领先很多。 对于 1.8 针 GPIO 接头上的给定针，您将能够在 3.3 或 40 伏电压之间切换，并且您可以通过 30 针连接 CAN 总线。 依此类推。完成原型设计后，您将能够以 399 美元的价格购买一个模块（前提是您愿意购买超过一千个）。 这个价格点阻止了 Nvidia 培养像 Raspberry Pi 这样更便宜的设备所享受的繁华社区。 有成千上万的用户，而不是数百万的用户，因此在实现飞跃之前，您需要一些相当多的编程经验。如果您正在攻读工程学硕士学位并想要制作新的仓储无人机原型，或者您喜欢帮助盲人独自过马路，那么Jetson值得你关注。 然而，对于大多数爱好者来说，运行 Linux 的 Raspberry Pi 做不到的事情并不多。UDOO Quad UDOO 系列 SBC 提供了 Raspberry Pi 的灵活性以及 Arduino 的连接性。 因此，它的商业存在始于惊人的众筹成功。 它在几天之内就突破了 27,000 美元的目标，达到了令人眼花缭乱的 641,614 美元。UDOO 设备的最新阵容包括 UDOO Quad:CPU - NXP® i.MX 6 ARM Cortex-A9 CPU四核 1GHzAtmel SAM3X8E ARM Cortex-M3GPU - 集成图形内存 - 1 GB DDR3Storage - SATA、Micro-SDConnectivity - 千兆以太网Wi-FiPinout - 76 个完全可用的 GPIO Arduino 兼容 R3 1.0 pinoutPorts - Micro USB + USB OTGRJ45Sata（仅限四输出版本）和麦克风 3.5 毫米插孔输入操作系统 - UDOOBuntuPower - 12V 直流电源输入该设备具有与 Arduino Due 相同的 Atmel CPU，以及时钟频率为 1Ghz 的四核 ARM 处理器。 两个 CPU 一起在单个板上提供 Arduino 和 Raspberry Pi 的功能。 如果您是两者的所有者，并希望让两者相互交谈，那么 UDOO 值得考虑。 正是这种便利真正证明了 135 美元的要价是合理的。 毕竟，当有人已经代表您完成工作时，谁愿意花几个小时连接这两个设备？如果您正在寻找替代台式机的东西，那么 X86 ULTRA 值得考虑。 它的四核 x86 64 位处理器和 8GB RAM 使其具有充当媒体中心的能力，并且配备了充足的以太网和 USB 连接。 您还将在电路板的 Arduino 侧获得一些额外的小工具，包括陀螺仪和六轴加速度计。 UDOO 设备能够运行一系列 Linux 内核，包括已知的 Ubuntu 专用版本，富有想象力地，作为UDOOBuntu。 这个自定义操作系统是与 UDOO 社区广泛合作的结果，旨在作为一种将桌面完全排除在外的手段。 它简化了一切，以改善启动时间、内存处理和对一系列外围设备的支持，包括外部硬盘驱动器。 Quad 只是 UDOO 的六个不同版本之一，价格从 50 美元的双核 ' Neo Basic 模式一直到驱动 267 美元的 UDOO x86 Ultra 的四核奔腾。 你的快乐媒介可能介于这两个极端之间。UDOO 可以很好地与 3.3v Arduino 扩展板配合使用，并且在几个电阻器的帮助下，也可以与 5v 电阻器配合使用。 该系列拥有活跃的追随者，尽管规模相对较小，而且适用于其父设备的大部分知识都可以应用于 UDOO。 正如我们在这些页面上所讨论的，Arduino 和 Raspberry Pi 是非常不同的设备。 如果您已经熟悉其中任何一个，并且希望将它们整合到同一个项目中，那么这款 SBC 肯定会成为最具吸引力的树莓派替代品之一。Odroid XU4最后，我们有 Odroid XU4，一家名为 Hard Kernel 的韩国硬件公司。 尽管 Odroid 硬件并非完全开源，但它的名字来源于“开放”和“Android”这两个词。 第一个版本于 2009 年发布，从那时起，新一代产品不断涌现。 XU4 于 2015 年发货，具有大量硬件改进和完全向后兼容性。 CPU - 三星 Exynos5422 Cortex™-A15 2Ghz 和 Cortex™-A7 八核 CPUsGPU - Mali-T628 MP6Memory - 2GB LPDDR3Storage - eMMC5.0 HS400 或 MicroSDConnectivity千兆以太网Wi-FiUSB 3.0 引脚输出 - 76 个完全可用的 GPIO Arduino 兼容 R3 1.0 引脚输出端口 - 2x USB 3.0 主机 1x USB 2.0 主机 RJ45Sata（仅限 Quad 版本）音频输出和麦克风 3.5 毫米插孔输入操作系统 - LinuxPower - 5V/4A 直流电源输入 $59 , Odroid 提供的性能远远超过更便宜的修补板。 引擎盖下有 1.4 个内核，频率在 2 到 XNUMX Ghz 之间。 因此，它制造了一台可维修的迷你电脑； 代码以闪电般的速度编译，并且在浏览桌面时，您可能会忘记您使用的是单板计算机。Odroid 还提供了一系列令人印象深刻的连接选项。 它满足了对 SBC 上千兆以太网端口的长期需求，并带有一对 USB 3.0 端口。 因此，它非常适合需要在短时间内传输和接收大量数据的情况。启动时，您有两种选择：MicroSD 卡或 eMMC 模块。 您可以通过 SBC 底部的开关在两者之间进行选择。 最后，您会在电路板旁边的盒子中找到一个电源。 甚至还有一个内置电源开关，让您无需拔掉电缆或切断墙壁电源即可打开和关闭设备。这八个核心需要一点点冷却。 当您从防静电袋中取出设备时，您会注意到的第一件事是有一个用螺栓固定在前面的散热器和风扇组件。 如果您无法忍受噪音，那么可以轻松地将其更换为被动散热器——尽管要高得多。 此外，由于 XNUMX 个内核的时钟不同，因此可能需要进行一些修补以根据您的目的优化系统。 没有内置 Wi-Fi 或蓝牙，因此那些寻找无线局域网的人必须连接外围设备。 抛开这些小例外，对于更高级的 SBC 爱好者来说，XU4 很难挑剔。那么最好的单板电脑是什么？如果从这个列表中可以得出一个结论，那就是 SBC 市场多姿多彩。 我们本可以提到其他有价值的产品，如华硕 Tinker Board、技嘉的 Apollo-Lake 驱动的 GA-SBCAP3350。 没有单一的“最佳”SBC； 每个都满足不同的利基。 因此，它们之间的直接比较几乎总是被误导。 Odroid 在功率方面可能远远超过 Raspberry Pi，但由于它的成本是其两倍，因此两者很难被称为竞争对手。购买前，请考虑您的预算和要求。 如果您想监控花园中土壤的水分含量，并将结果数据连接到喷水灭火系统，那么 BeagleBone 的连接性可能很诱人。 如果您有钱可烧，并且希望在机器人领域做一些真正具有革命性的事情，那么 Jetson 肯定会吸引人。然而，大多数阅读本综述的人将是不确定的相对新人他们在寻找什么。 如果这就是你，那么我们推荐树莓派。 不仅因为它价格实惠，还因为它享有最广泛的支持。 在您第一次涉足 SBC 世界时，您将不可避免地遇到困难（这是使用它们的乐趣的一部分），并且掌握这些专业知识将使您免去数小时的挫败感。 然后，一旦您对自己和想要实现的目标更加确定，您就可以切换到更专业的 pi 替代方案之一。

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