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Raspberry Pi Compute Module 4: Turbo-SBC für die Industrie

Autor: Margit Kuther

Das Raspberry Pi 4, mit 8 GB RAM und 4 x 1,5 GHz Takt ist seit Juni 2019 auf dem Markt. Jetzt ist auch die Industievariante des Topmodells, das Compute Module 4 (CM4) erhältlich – in 32 Varianten mit 1, 2, 4 oder 8 GByte RAM, mit oder ohne WLAN-Adapter, bis zu 32 GByte eMMC-Flash oder als Lite-Variante ohne eMMC.

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Das schnellere und leistungsstärkere Raspberry Pi Compute Module 4 ist ein vielseitiges System-on-Module mit einem kleineren Formfaktor und erweiterten Speicheroptionen, das sich ideal für Embedded-Lösungen eignet.
Das schnellere und leistungsstärkere Raspberry Pi Compute Module 4 ist ein vielseitiges System-on-Module mit einem kleineren Formfaktor und erweiterten Speicheroptionen, das sich ideal für Embedded-Lösungen eignet.
(Bild: Raspberrypi.org)

„Es ist bereits Tradition“, so Eben Upton, Chief Executive bei Raspberry Pi Trading, „dass auf jedes Raspberry-Pi-Modell ein System-on-Module, basierend auf dem neuesten Core des aktuellen Pis folgt“.

Das Raspberry Pi, der beliebteste Singleboard-Computer weltweit, war ursprünglich für Studierende und Maker gedacht. So basiert Raspberry Pi auf Broadcoms Consumer-System-on-Chip (SoC). Doch seit der Erstpräsentation 2012 fand Raspberry Pi wegen seiner flexiblen Einsatzmöglichkeiten, der zahlreichen Software der großen Community – und aufgrund seiner Stabilität vermehrt Einzug in der Industrie. Die Raspberry Pi Foundation präsentierte deshalb 2014 das erste Compute Module samt Development Kit, basierend auf Raspberry Pi 1. Es folgten 2017 und 2019 die Compute Module CM3 und CM3+ samt Development Kits mit den Cores der Modelle Raspberry Pi 3 und 3+. Inzwischen geht „die Hälfte der jährlich verkauften, über 7 Millionen Raspberry Pis in die Industrie und OEMs – von Digital Signature über Thin Clients bis hin zur Prozessautomation“, so Eben Upton.

Was Raspberry Pi 4 B auszeichnet

Raspberry Pi 4 B ist im Vergleich zu den Vorgängern rundum überarbeitet, auch wenn die Foundation dem Broadcom-SoC (System on Chip) treu geblieben ist: Im Raspberry Pi 4 taktet Broadcoms BCM2711 mit 4 x 1,5 GHz – ein 64-Bit-Quadcore-SoC mit Cortex-A72 (ARM v8). Weitere Neuerungen im Raspberry Pi 4: er bietet als erstes Modell echtes GBit-LAN, USB 3.0 statt wie bisher USB 2.0, Dual-Monitorbetrieb in 4K dank 2 x HDMI, Bluetooth 5.0 statt 4.2 und DDR4-RAM – bei bestehender Abwärtskompatibilität. Der Arbeitsspeicher war ein Novum: Denn der Speicher der Vorgängervarianten war auf 1-GB-DDR2-RAM limitiert – und nun stehen mit Raspberry Pi 4 Varianten mit 2, 4 und 8 GB RAM zur Verfügung (die 1-GB-Variante wird nicht mehr produziert) – Raspberry Pi 4 meistert auch speicherintensive Anwendungen wie Vision.

Compute Module 4 Lite

Für Benutzer, die einen kompakteren oder benutzerdefinierten Formfaktor oder einen integrierten eMMC-Speicher wünschen, bieten die Compute Module-Produkte eine einfache Möglichkeit, von einem Raspberry Pi-basierenden Prototypen zur Serienproduktion überzugehen. Das Compute Module 4 nutzt, wie Raspberry Pi 4, den Broadcom-SoC BCM2711 mit 4 x 1,5 GHz Takt. Das Steckmodul eignet sich für verschiedenste Embedded-Einsätze, erfordert aber eine Basisplatine mit den Ein- und Ausgängen. Raspberry Pi Trading, zuständig für Herstellung und Vertrieb des Raspberry Pi, bietet eine solche an, nämlich die I/O-Platine CM4IO für das Compute Module 4. Ein weiteres Zubehörteil ist das Compute-Module-4-Antennenkit.

Das CM4 ist mit und ohne eMMC-Flash für kostensensitive Anwendungen ab rund 25 Euro etwa über Farnell erhältlich. er Zugriff auf die Prozessorschnittstellen und GPIO-Pins erfolgt über zwei 100-polige High-Density-Steckverbinder. Für maximale Flexibilität ist das CM4 mit 8, 16 oder 32 GB eMMC-Flash-Speicher und 1, 2, 4 oder 8 GB LPDDR4-3200-SDRAM sowie mit optionaler drahtloser Dual-Band-Konnektivität erhältlich. CM4 bietet Hardware-Codec-Unterstützung für H.265 (bis zu 4kp60-Decodierung) und H.264 (bis zu 1080p60-Decodierung und 1080p30-Codierung).

Das CM4IO eignet sich für die Evaluierung und das Prototyping neuer Produkte und dient als Referenzdesign zur Anbindung externer Geräte an das CM4. Es kann auch direkt in Endprodukte eingebettet werden. Das CM4IO Board kann mit der gesamten Palette der CM4-Module und -Funktionen verwendet werden.

Farnell, einer der großen Distributoren und selbst Produzent der Raspberry Pis fasst die Vorteile des CM4 folgendermaßen zusammen: „Das CM4 ist ein schnelleres und leistungsfähigeres System-on-Module (SoM) als frühere Modelle und bietet Elektronikentwicklern eine größere Auswahl an Konnektivitäts- und Speicheroptionen. Zu den Hauptmerkmalen gehören ein kleiner Formfaktor, eine höhere Energieeffizienz, PCle-Unterstützung und unterschiedliche Multimedia-Schnittstellen. Die Leistung und Vielseitigkeit des CM4 machen es zu einer idealen Lösung für Künstliche Intelligenz, das Internet der Dinge (IoT) und eine breite Palette von Anwendungen für die Heim- und Industrieautomatisierung.“

„Unser Compute Module 4 basiert auf dem gleichen 64-Bit-Quad-Core-Anwendungsprozessor BCM2711 wie Raspberry Pi 4 und bietet im Vergleich zu seinen Vorgängern eine deutliche Leistungssteigerung: schnellere CPU-Kerne, bessere Multimedia-Funktionen, mehr Schnittstellenmöglichkeiten und zum ersten Mal eine Auswahl an RAM-Dichten und eine Option für drahtlose Verbindungen.“

Die Besonderheiten der Compute Module und Development Boards

Die CM4IO-Platine wurde geschaffen, um die Entwicklung neuer Produkte mit dem CM4 zu vereinfachen. Das Produkt eignet sich zur Evaluierung und zur Erstellung von Prototypen neuer Produkte und dient als Referenzdesign für die Anbindung externer Geräte an das CM4. Es kann auch direkt in Endprodukte integriert werden. Die CM4IO-Platine kann mit allen CM4-Modulen verwendet werden und bietet:

  • Gigabit-Ethernet-Konnektivität mit PoE-Unterstützung (erfordert separaten Raspberry Pi PoE-HAT);
  • Zwei HDMI-Steckverbinder in voller Größe;
  • Zwei USB 2-Buchsen mit einer Stiftleiste für zwei weitere Buchsen;
  • Eine Micro-USB-Buchse zum Aktualisieren des CM4 und ein Micro-SD-Kartensteckplatz für CM4Lite-Module; sowie
  • Eine PCIe Gen 2 x1-Buchse.

Für die Verwendung mit CM4-Varianten mit einem integrierten Funkmodul ist auch das Compute Module-Antennenkit erhältlich. Das Kit enthält eine externe Antenne, die für die Verwendung mit dem CM4 vorzertifiziert ist, wodurch weniger Compliance-Anforderungen bestehen, wenn eine externe Antenne im Entwicklungsprojekt erforderlich ist. Es wird mit einer Schottverschraubung und einem Kabel mit U.FL-Steckverbinder bereitgestellt.

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Über den Autor

 Margit Kuther

Margit Kuther

Redakteur, ELEKTRONIKPRAXIS - Wissen. Impulse. Kontakte.