文章作者：Aleksandar Daki?

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Aleksandar Daki?《機電一體化》的雜志主編，同時Aleksandar 也是《機電一體化》雜志的創(chuàng)始人。他專注于《機電一體化》雜志的重點內(nèi)容，擁有電氣工程背景，并在專業(yè)期刊工作多年。

新品 ED-IPC3120 工業(yè)計算機凝聚了上海晶珩多年基于Raspberry Pi平臺開發(fā)工業(yè)解決方案的深厚經(jīng)驗。相比上一個測試產(chǎn)品CM4 Industrial，IPC3120在性能上實現(xiàn)了顯著提升，不僅具備強大的數(shù)據(jù)處理能力，更將多媒體AI功能拓展至邊緣計算領域，同時兼具低功耗與出色的網(wǎng)絡連接性能。

優(yōu)點

具備Modbus RS232和RS485接口

Wi-Fi、藍牙、千兆以太網(wǎng)、100 Mb以太網(wǎng)和4G LTE（可選）使其成為出色的移動連接平臺

大量視頻輸出接口，配備攝像頭輸入和音頻輸入/輸出線路

配備M.2接口，可安裝AI模塊或SSD

出色的軟件支持和豐富的文獻資料，確保運行可靠

被動散熱完全滿足需求

超級電容器防止設備意外斷電

缺點

機箱上沒有MIPI、音頻和GPIO線纜的接口

看門狗功能尚未得到軟件支持

沒有電源開關按鈕

基于 Raspberry Pi CM5 模塊的工業(yè)計算機已全面取代采用 CM4 的前代產(chǎn)品，在技術層面確立了新的領先優(yōu)勢。從我們此前對兩款計算模塊的對比測試中可以看出，從 CM4 升級至 CM5 所帶來的性能提升尤為顯著。我們曾于 2024 年 5 月介紹過的上海晶珩 CM4 Industrial，憑借 Raspberry Pi CM4 模塊，提供了 Modbus 通信、數(shù)字和模擬 I/O 接口，以及對多媒體與數(shù)據(jù)外設的強大支持，成為一款功能豐富的工業(yè)解決方案。如今，我們獲得了由上海晶珩提供的最新 IPC3120 工業(yè)計算機，并對其進行了深入評測，以探究升級至當前性能最強的 CM5 平臺所帶來的具體優(yōu)勢。

硬件

與上海晶珩的其他工業(yè)級產(chǎn)品一樣，IPC3210 采用全金屬外殼設計，并可通過安裝支架固定在 DIN 導軌上。這種結(jié)構(gòu)確保設備即使在 IoT 環(huán)境中邊緣計算所面臨的嚴苛工況下，也能保持穩(wěn)定可靠的運行。設備機箱尺寸為 143 × 100 × 35 mm，僅需占用 35 mm 的導軌空間，結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成。不過，該外殼并不具備防塵和防潮功能，因此建議將設備安裝在合適的機柜中，以提供必要的防護。

機箱的整個左側(cè)設計為肋狀被動散熱器，用于散發(fā)處理器產(chǎn)生的熱量。在安裝時，應確保肋片方向的空氣流通暢通無阻。機箱內(nèi)部未配備主動散熱裝置。在我們的壓力測試中，當環(huán)境溫度為27°C時，處理器溫度未超過56°C，ADC轉(zhuǎn)換器的溫度也未超過63°C。整個測試持續(xù)了三小時，溫度在一小時后便達到了穩(wěn)定狀態(tài)。

上海晶珩為Raspberry Pi 5平臺提供了多種被動散熱方案，我們在之前的文章中曾介紹過，這些方案都表現(xiàn)出良好的散熱效果。它們均采用大型金屬散熱器，通過熱傳導將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中。在上海晶珩 CM4 Industrial 中，類似的散熱器被安裝在金屬機箱內(nèi)部，熱量通過小型外部開口排出。該設備中的 ARM Cortex-A72 內(nèi)核相較于這款 CM5 模塊中 Broadcom BCM2712 SoC 所采用的新型 ARM Cortex-A78 內(nèi)核發(fā)熱量更低。盡管如此，我們當時仍擔心其封閉結(jié)構(gòu)可能需要主動散熱。而在 IPC3210 中，散熱器被設計在機箱外部，且尺寸（143 x 100 mm）明顯大于上海晶珩其他被動散熱方案。因此，即使處理器長時間處于滿負荷運行狀態(tài)，也不會出現(xiàn)過熱問題。

這款安裝在 DIN 導軌上的工業(yè)計算機，其前面板集成了所有通信接口、電源接口以及狀態(tài)指示燈。所有 LED 指示燈均為綠色，僅電源指示燈（PWR）為紅色，用于指示設備已通電。ACT 指示燈在設備正常運行時持續(xù)閃爍，表示軟件功能正常。USER 指示燈的功能可由用戶自定義編程。4G 指示燈在 4G LTE 網(wǎng)絡模塊激活時亮起。四個 COM 指示燈分別對應四個串口，用于顯示各端口的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。

電源通過帶有螺絲固定裝置的 3.5 mm Phoenix 雙針端子接入。設備需要標準的 9–36 VDC 工業(yè)電源，最大輸出功率為 24 W。根據(jù)我們的測試，在未運行額外程序的情況下，上海晶珩 IPC3120 在桌面模式下的功耗僅為 6.3 W。盡管在系統(tǒng)啟動瞬間，功耗可能短暫上升至 8.5 W，但電源輸入端具備過流、過壓及反接保護功能，確保設備供電安全可靠。

上海晶珩 IPC3100 系列的所有型號均配備 CR1220 RTC 電池座，并可選配總?cè)萘繛?1 F 的超級電容器模塊。在電源中斷的情況下，該模塊可在預設的 60 秒內(nèi)為電源輸入端提供 5 V DC 電壓，確保系統(tǒng)有足夠時間完成安全關機或數(shù)據(jù)保存操作。我們的測試結(jié)果顯示，在系統(tǒng)處于桌面模式且未運行任何額外程序的情況下，超級電容器模塊可維持設備運行約 30 秒。

電源連接器下方設有一個 3.5 mm 立體聲耳機輸出接口和一個單聲道麥克風輸入接口。該音頻接口僅在 IPC3120 型號上配備，其他型號不具備內(nèi)置音頻功能。在 PCB 板上，靠近該音頻接口的位置設有一個四針白色連接器，用于直接連接立體聲輸出和麥克風輸入。當將 3.5 mm 香蕉插頭插入音頻插孔時，音頻信號會自動從白色連接器斷開，并切換至外部接口輸出。此外，主板上還集成了一個可通過軟件控制的蜂鳴器，便于用戶進行狀態(tài)提示或報警操作。

接下來是一個帶有 Modbus（RS232 和 RS485）接口的十二針 3.5 mm Phoenix 連接器。在我們測試的這款設備上，上部的兩個通信端口為 RS232（TX1/RX1 和 TX3/RX3），下部的兩個端口為 RS485（A2/B2 和 A4/B4）。

RS232 接口通過 Sipex 3232EE RS232 收發(fā)器實現(xiàn)，標稱速率最高可達 120 kbps；RS485 接口則采用速率為 10 Mbps 的半雙工 RS485 收發(fā)器 SP3485 實現(xiàn)。所有端口均具備電氣隔離功能，并配有靜電保護和過壓保護。

用戶可根據(jù)實際需求，通過在相應引腳對上設置跳線，接入 120Ω 終端電阻，具體連接方式如下圖所示。此外，PCB 板上還印有與通信端口相關的詳細信息表格。不過值得注意的是，板上的標識為 IPC21×0 v1.2，而非 IPC31×0。

最后是兩個以太網(wǎng)通信 RJ45 端口，其中上部為千兆端口，下部為百兆端口。千兆以太網(wǎng)由集成在 Raspberry Pi CM5 模塊中的 Broadcom BCM54210PE 以太網(wǎng)收發(fā)器實現(xiàn)，而百兆以太網(wǎng)則通過內(nèi)置的 USB 2.0 集線器實現(xiàn)。

位于兩個 RJ45 端口后方的 PCB 上，集成了 Terminus FE2.1 USB 2.0 集線器芯片，這一設計沿用了 CM4 Industrial 的方案。該集線器芯片共提供七個 USB 2.0 端口，其中一個作為輸入端口使用。

輸入端口的信號來自一個 USB 2.0 切換開關。Raspberry Pi CM5 模塊上的 USB 2.0 接口通過該切換開關分配給 FE2.1 集線器，同時也分配給用于模塊編程的 micro-USB 接口。因此，最高速率為 480 Mbps 的數(shù)據(jù)可通過輸入端口進入 FE2.1 USB 2.0 集線器，并進一步分配給最多六個外設。

這些外設包括：兩個 USB 2.0 Type-A 接口、一個板載五針 USB 2.0 接口、音頻編解碼器、可選的 4G LTE 模塊，以及連接百兆 RJ45 端口的 USB-to-Ethernet 收發(fā)器。如果多個外設同時高負載運行，這些共享的 USB 線路可能會成為系統(tǒng)性能的瓶頸。

我們此次評測的機型未配備 4G LTE 模塊。上海晶珩已在 PCB 上預留了 Quectel EC25 模塊的安裝位置，并在板卡下側(cè)設置了一個 mini-PCIe 插槽。為方便操作，SIM 卡座位于 SD 卡座旁邊的邊緣位置，支持從外部插拔。

板卡下側(cè)集成了 Raspberry Pi CM5 計算模塊。我們測試的版本配備了運行頻率為 2.4 GHz 的 Broadcom BCM2712 SoC，以及 2 GB LPDDR4-4267 SDRAM 和 16 GB eMMC 存儲。根據(jù)所選用的 CM5 模塊不同，還可選配 4 GB 或 8 GB 內(nèi)存，以及 32 GB 或 64 GB 的 eMMC 存儲版本。

從下圖可以看到，板卡下側(cè)還設有一個兩 lane CSI 輸入接口和一個 HDMI FPC 連接器。該 HDMI 接口支持連接 HDMI 觸摸顯示屏，并通過隨附的 USB/I2C 線路實現(xiàn)對屏幕背光的控制。

此外，還可以看到貼附在關鍵芯片上的導熱墊，用于將熱量傳導至前面提到的被動散熱器上。需要特別注意的是，Quectel EC25 4G LTE 模塊在工作時會產(chǎn)生較多熱量，因此其散熱設計尤為關鍵。為確保模塊在高溫環(huán)境下（最高支持 105°C）穩(wěn)定運行，建議在模塊與 PCB 板之間，以及模塊與上方被動散熱器之間各放置一片導熱墊，將模塊夾在中間，以實現(xiàn)最佳散熱效果。

2.4/5 GHz Wi-Fi 和藍牙模塊集成在 Raspberry Pi CM5 模塊上。該模塊還配備了一個 U.FL 接口，用于連接外接天線，機箱上預留了相應的安裝孔位。IPC3120 隨設備附帶天線。

此外，機箱上還設有一個用于安裝 4G LTE 天線的孔位，出廠時由一個易于拆卸的橡膠塞封閉。

盡管我們評測的 IPC3120 機型未配備 4G 調(diào)制解調(diào)器，但我們使用了之前從上海晶珩 CM4 Industrial 上拆下的 PCIe 模塊，型號為 EC25-EUX，適用于歐洲、中東、非洲和泰國地區(qū)。系統(tǒng)立即在 001 USB 總線上將其識別為 6 號設備。在同一 USB 總線上，還連接有音頻設備、兩個 USB 2.0 接口以及我們之前提到的 FE2.1 集線器。

如前所述，SD卡座、SIM卡座及用于編程的Micro USB接口均安裝在設備靠近DIN導軌的后側(cè)邊緣。當安裝DIN導軌支架后，Micro USB接口將被完全遮擋，SIM卡插槽也會被大部分覆蓋，僅留有限操作空間。

在板卡的底側(cè)，設有兩個 USB 2.0 Type-A 接口、一個復位按鈕，以及一個 HDMI 2.1 輸出接口，可支持 4K 分辨率、60 fps 的視頻輸出。我們總結(jié)認為，IPC3120 配備兩個 HDMI 視頻輸出接口：一個為外部 HDMI 接口，另一個為機箱內(nèi)部的 FPC 連接器。需要注意的是，機箱上并未預留用于扁平電纜的出線開口。此外，設備未配備電源開關按鈕。因此，如果通過軟件關閉系統(tǒng)但保持電源連接，將會出現(xiàn)一種特殊情況：此時無法通過物理方式重新啟動設備，唯一的解決辦法是等待超級電容器放電完畢，然后重新接通電源。

打開機箱觀察電路板，可以看到在PCB左側(cè)邊緣的上部，有四個顯眼的白色連接器。其中，單獨的三針連接器為5 V/1 A輸出，而三個成對的雙針連接器則為12 V/1 A輸出，均用于為可選的LCD屏幕或攝像頭供電。若需連接第三塊屏幕，則必須使用電路板上部內(nèi)置的4-lane DSI接口。

機箱外部并未提供連接板上兩個 GPIO 接口的專用連接器。其中，較小的十針接口提供 8 個 GPIO 引腳，而較大的四十針接口則提供 28 個 GPIO 引腳，總共可提供多達 36 個 GPIO 引腳，數(shù)量相當可觀。這些接口上還包含 5 VDC、3.3 VDC 和 GND 電源信號。較大的接口采用標準的 Raspberry Pi GPIO 引腳排列，因此理論上可以連接 HAT 擴展板，當然前提是這些擴展板在物理尺寸上能夠適配機箱。然而，遺憾的是，機箱上并未預留用于扁平 GPIO 電纜的出線開口，也沒有設置任何可從外部訪問這些引腳的連接器。

最后一項重要特性是設備配備了一個 M.2 Key B 插槽，通常用于連接支持 SATA、PCIe x2 和 USB 接口的設備。該插槽在物理上兼容 2230 和 2242 規(guī)格的 M.2 Key B 模塊。這為用戶提供了使用 AI 加速器的可能性，例如 Hailo-8 或 Hailo-8L，它們分別可提供 26 TOPS 和 13 TOPS 的算力，并且有 Key B+M 版本可供選擇。這些模塊也包含在官方 Raspberry Pi AI 套件中，我們此前曾對此進行過介紹。

軟件

上海晶珩 IPC3120 工業(yè)計算機已預裝 64 位桌面版 Raspberry Pi OS（Debian 12）。如需無圖形界面的系統(tǒng)，可在官網(wǎng)下載 Lite 版本。桌面版與 Lite 版均提供 32 位和 64 位兩種架構(gòu)，建議優(yōu)先使用 64 位系統(tǒng)以獲得更佳性能；32 位版本則用于兼容舊版軟件。

如果自行安裝操作系統(tǒng)，首次啟動后需要更新“Firmware package”以確保IPC3120硬件的完整功能，詳細說明可在上海晶珩網(wǎng)站上找到。目前，硬件中存在的看門狗功能尚未得到軟件支持。

上海晶珩 IPC3120 預裝的 Raspberry Pi OS 默認已啟用 SSH，因此可以輕松地從遠程計算機訪問終端。我們正是利用這一功能安裝了 Node-RED，并測試了 Modbus 連接。整個過程非常順利，正如我們所預期的那樣，因為這是一個完全基于 Raspberry Pi CM5 模塊的系統(tǒng)。在 Node-RED 中，我們安裝了額外的 node-red-contrib-modbus 和 node-red-contrib-buffer-parser 軟件包，以及 node-red-dashboard，用于創(chuàng)建一個 Modbus 服務器并進行了一個小型的演示項目。

這款上海晶珩 IPC3120產(chǎn)品因其多媒體功能而與其他系列產(chǎn)品有所不同，我們主要指的是40針HDMI FPC連接器，它集成了HDMI 2.0和USB/I2C觸摸信號、30針MIPI DSI連接器、兩 lane MIPI CSI接口的接口和3.5mm音頻插孔，可實現(xiàn)立體聲音頻播放和單聲道麥克風輸入，以及最后一個4針揚聲器和麥克風連接器。顯然，這款產(chǎn)品面向音頻視頻信號處理，因此非常適合AI應用。

我們特別感興趣的是測試Hailo-8 AI模塊。我們之前展示的26 TOPS Hailo-8模塊采用M.2 Key M接口。Hailo為我們提供了這個版本，因為它通過M.2 Key M總線具有最大的數(shù)據(jù)傳輸能力，因此性能最佳。然而，IPC3120上配備的是M.2 Key B（數(shù)據(jù)傳輸能力實際上減半），我們無法插入原始的Hailo-8。幸運的是，Raspberry Pi AI套件中包含一個M.2 Key M+B模塊，我們用它進行了測試。不幸的是，這是Hailo-8L模型，性能為13 TOPS。安裝非常簡單，符合一般說明。我們從GitHub下載了示例，并在現(xiàn)有視頻上測試了對象檢測和人體姿態(tài)估計（Pose Estimation）。

AI加速器的主要目的是承擔處理器的工作，從而減輕系統(tǒng)負擔。它們被設計為高效執(zhí)行AI功能，因此在這一領域的能力超過了處理器。然而，減輕處理器負擔并不意味著系統(tǒng)不會受到壓力。啟動任何一個示例都會明顯降低計算機的響應速度。這在Octane 2.0測試中表現(xiàn)最為明顯，在運行AI演示時，測試結(jié)果會降低兩倍。我們使用的是Pose Estimation AI演示。

為了進一步探究這個系統(tǒng)的“瓶頸”所在，我們首先進行了Sysbench CPU對比測試：在運行AI演示時和系統(tǒng)空閑時進行測試。我們發(fā)現(xiàn)，在單核運行時，差異并不明顯，因為系統(tǒng)顯然可以將部分工作轉(zhuǎn)移到空閑核心上以處理AI任務。然而，當我們使用測試對所有核心進行壓力測試時，很明顯處理器的性能會下降高達50%。

對于AI工作，需要足夠且快速的內(nèi)存。我們的IPC3120配備了2 GB內(nèi)存。僅啟動桌面系統(tǒng)，操作系統(tǒng)就會消耗近1 GB內(nèi)存，因此只剩下1 GB可用內(nèi)存。這并不理想，我們很遺憾在測試這個多媒體AI IPC31xx產(chǎn)品時，沒有拿到配備更大CM5模塊的版本。在這種配置下，Sysbench RAM測試顯示，在啟用Hailo-8L時，結(jié)果明顯較差：7267.3 MiB/s對比1522.11 MiB/s。我們還進行了更詳細的tinymembench測試，結(jié)果證實內(nèi)存性能幾乎減半，特別是在32位內(nèi)存操作方面，性能下降是顯示結(jié)果的兩倍。

在這里需要指出的是，在運行AI演示時，功耗會增加。初始空閑功耗為6.3 W，在Pose Estimation和Detection演示中平均增加到10.3 W，而在Detection Simple（視頻分辨率較低）演示中，功耗為8.3 W。

結(jié)論

上海晶珩 IPC3120可以說是CM4 Industrial 工業(yè)計算機的升級版。它配備了當前最強樹莓派模塊Raspberry PiCM5。具體來說，IPC3120在IPC31xx系列中擁有最多的音頻和視頻輸入輸出端口，但遺憾的是，原始機箱上沒有扁平MIPI線纜的開口。如有需要，必須對其進行改裝。這款產(chǎn)品的價格根據(jù)Raspberry Pi CM5模塊上的內(nèi)存和內(nèi)置eMMC模塊的大小而定。

這款產(chǎn)品多媒體接口使其非常適合AI應用——因為如今大多數(shù)邊緣和IoT AI應用都歸結(jié)為通過攝像頭識別和檢測對象，或通過麥克風識別收集的聲音。為了充分發(fā)揮AI性能，可以安裝M.2 Key B AI模塊，如Hailo-8、Hailo-8L或市場上的其他產(chǎn)品。如果不需要額外的AI操作，可以在M.2上安裝SSD。

上海晶珩 IPC3120產(chǎn)品有兩個RS232和兩個RS485接口，因此工業(yè)設備的連接可能性得到了極大擴展。兩個獨立的以太網(wǎng)端口：一個千兆端口和一個較慢的100 MB端口，不僅支持設備與外部之間的高速有線數(shù)據(jù)傳輸，還支持本地網(wǎng)絡的形成。此外，還集成了2.4/5 GHz Wi-Fi和藍牙LE模塊，以及一個可插入4G調(diào)制解調(diào)器的迷你PCIe端口，進一步提高了移動連接性。

該設備設計用于安裝在DIN導軌上，但也可以不安裝或采用嵌入式安裝方式。由于金屬機箱起到被動散熱器的作用，因此無需主動散熱。

無論如何，這款新型上海晶珩工業(yè)計算機IPC3120與前代CM4 Industrial相比，在性能上有了顯著提升，現(xiàn)在它將AI帶到了邊緣計算領域，且功耗成本不高。