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Presentando el nuevo ROCK Pi 4 - Hardware

Actualización de la Comunidad

Nov 7, 2018 Equipo Radxa News

Han pasado desde la última actualización 3 años. Muchas cosas han ocurrido en Radxa y hoy estamos realmente felices de anunciar nuestra última placa SBC, ROCK Pi 4. Las ROCK Pi 4 son tarjetas con chip RK3399 con el tamaño de las Raspberry Pi/Tinker Board. Ofrecen "rendimiento de clase premium mientras mantienen compatibilidad mecánica". Sabemos que ya hay algunas tarjetas SBC basadas en RK3399 en el mercado,¿entonces por qué otra mas? En este artículo, explicaremos porqué hemos creado ROCK Pi, las ideas detrás de ROCK Pi y lo que pensamos de los SBCs.

Tarjeta ROCK Pi 4B

Los SBCs (Ordenadores en una única placa) son nuevas en el mercado y no hay una definición clara. La definición para SBC de la Wikipedia: Un ordenador en una única placa (SBC) es una computadora completa en un único circuito electrónico, con microprocesador(res), memoria, entrada/salida (E/S) y otras características necesarias para la funcionalidad del ordenador. Esta definición no describe las diferencias del SBC con una placa madre de PC. Pero en nuestra opinión, un SBC debería tener al menos las siguientes características

Tamaño reducido, bajo consumo de energía
Información y especificaciones hardware abiertas
Expansiones preparadas para Makers
Soporte a Software Libre
Comunidad de Soporte

Antes que existir el nombre SBC estas placas eran conocidas como placas de desarrollo o placas incrustadas. Existen en toda clase de dispositivos electrónicos en la vida diaria. Gracias al Raspberry Pi, el SBC tuvo más popularidad entre el gran público. Y una gran marca como Asus puso sus ojos en este mercado. (Una anécdota entre Asus y Radxa, ... , un cliente nos trajo un monitor con ordenador todo incluido de 21 pulgadas a nuestras oficinas hace años, era un cliente ligero basado en RK3188 hecho por Asus. El cliente quería que personalizaramos un dispositivo similar. Sacamos la imagen del dispositivo, y bingo, encontramos material de Radxa, en sus unidades de producción)

Así que aquí en Radxa, hemos estado pensando:

¿Qué deberiamos hacer si queremos crear una buena placa SBC para todos los usuarios?

Primero, el tamaño. Pensamos que sería muy importante ser compatibles físicamente con Raspberry Pi, el SBC más popular en el mundo. Sin embargo, no pensamos que el tamaño del Pi sea el mejor pero el ecosistema en el tamaño del Pi es ya bastante grande. Hay muchos tipos de cajas hechos para el Pi. Mucho trabajo de CAD ya está hecho por la comunidad para el Pi, esperamos poder reutilizarlo directamente o con una pequeña modificación. Esto ahorrará mucho trabajo. De hecho, no hay un tamaño perfecto para los SBCs ya que su uso está muy extendido. Asus aparentemente piensa igual.

Segundo, queremos diseñar una placa para todos los usuarios del mundo, no sólo para makers en EEUU o Europa, también para makers en China, en India, en Rusia, y para todos los países en desarrollo. Hemos advertido la creciente demanda de hardware por parte de los países en desarrollo como la India. El coste de un ROCK Pi no debería ser alto. Raspberry Pi tiene un buen precio para un SBC, el reto para nosotros es, como actualizamos el Pi a la vez que mantenemos los costes bajos.

CPU/GPU

Hablemos sobre la CPU. El Pi utiliza cuatro núcleos de 64bits A53, la Tinker Board utiliza cuatro núcleos A17, no son de 64bit, no es sexy, por encima del A53, hay A72/A73/A75. Para la siguiente generación de SBC, queremos que la cpu sea un A72/A73/A75. Rockchip RK3399 es nuestra primera y única elección. Si miramos la oferta de procesadores, los principales vendedores de procesadores que tengan A72/A73/A75 se pueden contar con dos manos, Qualcomm/Mediatek/Samsung/Hisilicon/Freescale/Rockchip. Los primeros son procesadores de móviles, no se llevan bien con Linux. Los Freescale se sabe que se llevan bien con Linux y que duran mucho, pero su nuevo IMX8 no es tan popular como su antiguo IMX6. Rockchip, por otro lado, invierte mucho en Linux y el software libre. El coste de sus chips, usando palabras de Chen Feng, el VP de Rockchip, "es un robo". Rockchip ha anunciado un suministro y soporte por 10 años del chip RK3399, eso son buenas noticias para nosotros. En nuestra opinión, el RK3399 es el nuevo IMX6.

LPDDR4

La ventaja del RK3399 es que soporta algunos de los nuevos controladores de alta velocidad como LPDDR4, que dan mejor ancho de banda y gracias al gran volumen de ventas de teléfonos móviles con LPDDR4, el coste es menor que las DDR3. Esto es muy bueno para los usuarios. Incluimos LPDDR4 en todos los modelos de ROCK Pi 4, 1GB/2GB/4GB son todos LPDDR4 a 3200Mbps.

eMMC

La memoria eMMC comienza a ser una tendencia en los SBCs como primera elección para almacenar el Sistema Operativo. Comparada a las tarjetas microSD, la eMMC proporciona un mayor rendimiento y mejor estabilidad. La memoria eMMC fue usada por primera vez en SBCs Odroid, y gracias a la definición de pines de código abierto de Odroid y al tipo de conector (conector 2x17 B2B) , otras compañías como PINE64 pueden hacer memorias eMMC compatibles. Para el ROCK Pi, hemos ido más allá, hemos elegido memorias eMMC de alto rendimiento compatibles pero proporcionando un conector adicional para una fijación mayor en el ROCK Pi. El conector adicional es 2x15, asi que no puedes enchufarlo mal. En teoría, el ROCK Pi puede funcionar con memorias Odroid/PINE64, y las memorias eMMC ROCK Pi pueden funcionar en Odroid/Pine64.

WiFi/BT

La mezcla que hemos escogido de wifi/bt es de la misma familia usada en el Raspberry Pi 3B+. Cypress 43455(Broadcomm) es el del Raspberry Pi 3B+, y nosotros decidimos usar el Cypress 43456 porque tenía el mismo wifi pero además Bluetooth 5.0, esta característica era irresistible. Bluetooth 5.0 ofrece transferencias de alta velocidad y distancia, en las pruebas, `hcitool lescan` es muy rápido. Usamos una antena cerámica incrustada en la placa en lugar de una antena de PCB para tener un mejor rendimiento en la señal.

USB

Hay cuatro controladores nativos USB en el RK3399, dos USB 3.0, dos USB 2.0, nosotros los mandamos a un puerto USB A cada uno. Uno de los USB 3.0 tiene función OTG, asi que hemos añadido un hardware para cambiar manualmente en modo de huésped/dispositivo. Los usuarios necesitan un cable USB tipo A a macho tipo A para conectar al PC y actualizar el firmware, depurar mediante ADB Android, etc. Mencionar, que los dos puertos USB 3.0 tienen controladores dedicados, cada uno con una velocidad teórica de 5.0Gb/s. En teoría, podemos tener más de 340MB/s de velocidad al mismo tiempo de dos puertos USB 3.0. Aunque el diseño del NanoPi M4, con cuatro puertos USB 3.0 detrás de un hub USB 3.0 parece mejor sobre el papel, los cuatros puertos comparten el ancho de banda de 5.0Gb/s.

Alimentación

La alimentación en la ROCK Pi es realmente un reto porque a diferencia de otros SBCs con menos de 10w de consumo 5V/2A. El diseño de la alimentación en el ROCK Pi es de 15w a 18w. Tomando como ejemplo un USB 3.0, la especificación de USB 3.0 dice que un puerto debe tener 900mA, un único puerto debe proporcionar 4.5W como máximo. Así que si tienes cuatro puertos como en el NanoPi M4, necesitarás proporcionar al menos 22w sólo para el USB. Para solucionar el alto consumo de los dispositivos electrónicos nació USB PD, que permite proporcionar hasta 100w. Soportamos esta tecnología en el ROCK Pi, con USB PD, podemos soportar adaptadores de voltaje USB PD de 9V/12V/15V/20V en el ROCK Pi. Por ejemplo, puedes enchufar un transformador de 87W del Macbook Pro al ROCK Pi y no preocuparte por dañar la placa. Pero hay una desventaja en el USB PD, los transformadores son caros todavía. ¿Recuerda que debemos diseñar ROCK Pi para todos los países?. Queriamos un transformador con un menor coste. Así que añadimos soporte a transformadores de Carga Rápida (Quick Charge). Porque todo el mundo usa móviles inteligentes en estos días, e incluso los móviles de gama baja soportan Qualcomm Quick Charge. Así podemos reutilizar la fuente de alimentación de los móviles para hacer funcionar el ROCK Pi. Por defecto puede funcionar a 9V, siendo la alimentación de 9V/2A 18W la necesaria para alimentar al ROCK Pi.

Importe es que no recomendamos que alimentes al ROCK Pi con un adaptador de 5V, no teniamos suficiente energía con 5.1V/3.4A ya en el Radxa Rock2. Si el transformador es de 5V, con la pérdida del cable no permitirá que inicie la placa.

40 PINES GPIO

Los 40 PINES GPIO fue la primera cosa en ser definida incluso antes de comenzar el diseño del esquemático. Hemos comprobado la definición de Pines del Raspberry Pi, Tinker Board y del ROCK64 para decidir cual es el mejor para nosotros. Encontramos que es casi imposible ser 100 % compatible con el GPIO ya que la salida de pines del chip difiere demasiado. Así que escogimos ser compatibles con la función principal de las Raspberry Pi. Los 40 pines GPIO en las ROCK Pi4 permiten lo siguiente:

PWM x2
I2C x2
SPI x1
UART x2
ADC x1
I2S x1
SPDIF x1

Puedes ver la descripción completa de pines del ROCK Pi 4 en la página hardware.

La Tinker board hizo un gran trabajo con la extensión de 40 pines en color, lo cual hace más fácil identificar la alimentación/tierra y demás señales. También hemos adaptado esto. Verás que el color en la ROCK Pi es más oscuro que en la Tinker Board, esto es así porque el provedor nos dijo, que el color del conector de la Tinker Board se había pintado dos veces, la primera capa es en fondo blanco sobre plástico negro, y luego pintaban los demás colores sobre blanco. Pero la desventaja de hacer esto es que la segunda capa de color se desconcha facilmente. Notamos en la oficina que el color en la Tinker Board había decaido en los conectores casi sin usarla. Así que escogimos una única capa de color para la ROCK Pi, se ve menos brillante pero durará mucho mas.

CSI/DSI

El RK3399 soporta 4 pistas MIPI, pero escogimos sacrificar el rendimiento y mantener la compatibilidad, porque sabemos que es difícil encontrar una pantalla DSI o un sensor por CSI que funcione directamente con una alta durabilidad y buen soporte. Por eso hemos decidido soportar el monitor y las cámaras oficiales de Raspberry Pi. Actualmente, el monitor de 7 pulgadas y la Cámara V2 IMX219 de Raspberry Pi funcionan en todos los modelos de ROCK Pi, y el soporte software está para Android y Debian, aunque hay que mejorar la calidad de imagen en Linux. Gracias a Asus por empujar a Rockchip a soportar la pantalla y cámaras del Raspberry Pi, con esto podemos portar los controladores a la plataforma RK3399 con menos esfuerzo. Esto es un ejemplo de ecosistema y la importancia de la compatibilidad.

M.2

Esta es una de las interfaces modernas del ROCK Pi que más nos gusta, usamos NVME SSD mucho en la oficina para el desarrollo (Siempre no hay espacio). En el modo PCIE gen2, la velocidad de lectura/escritura que el ROCK Pi con un NVME SSD puede conseguir es de 1000MB/s, esto representa una gran mejora para una placa SBC. El conector M.2 del ROCK Pi es M key y puede enchufar directamente un NVME SSD. Debido al tamaño de la placa, un 2280 M.2 NVME SSD es más largo que el ROCK Pi, asi que proporcionamos una tarjeta de extensión M.2 como accesorio para montar mejor el 2280 NVME SSD encima del ROCK Pi. También es posible una tarjeta conversora PCIE a SATA para convertir al ROCK Pi en un NAS.

Ethernet

El rendimiento de la red nativa GbE en la plataforma Rockchip es tan buena como lo era en el RK3288, proporcionando alrededor de 940Mbit/s de rendimiento. Hemos añadido soporte para PoE en el modelo B del ROCK Pi, con la misma implementación que en el Raspberry Pi 3B+, desafortunadamente el pin de PoE no puede ser colocado exáctamente como en el Raspberry Pi, lo hemos movido por motivos de impresión. La señal en el pin PoE se ha tratado con cuidado de tal forma que hemos creado una tarjeta adaptadora para PoE del ROCK Pi, que también soporta Raspberry Pi. Para las tarjetas adaptadoras de terceros de PoE en Raspberry Pi, sólo hay que añadir dos pines extra para poder soportar al ROCK Pi, si alguien esta interesado en hacer una tarjeta adaptadora PoE para el ROCK Pi, que contacte con nosotros, por favor.

Otros

ROCK Pi soporta batería RTC, una característica que algunos usuarios pueden necesitar. El jack de audio del ROCK Pi soporta micrófono y cascos.

Conclusión

El Equipo Radxa ha hecho lo mejor y ha llevado el diseño hardware a sus límites para mejorar el ROCK Pi en todos sus aspectos. El hardware ha sido revisado múltiples veces y ahora en la versión v1.3 se producirá masa. Hemos llegado a acuerdos con algunos distribuidores y estamos entusiasmados con el nuevo producto. Esperamos esté en vuestras manos lo antes posible.

Comenzaremos una nueva nota sobre el software y el soporte al ecosistema ROCK Pi.

-- El Equipo Radxa, 2018 en Shenzhen, China