Seeeduino XIAO ist das kleinste Arduino-kompatible Board in der Seeeduino-Familie. Basis des XIAO ist ein Microchip-SAMD21 (ARM Cortex-M0+ CPU (SAMD21G18)). Der Controller weist 256 KB Flash Memory und 32 KB RAM auf und wird mit 48 MHz getaktet.
Aus dem Pinout des Seeeduino XIAO ist die Ausstattung des kleinen Boards mit Schnittstellen ersichtlich. Durch den mit 48 MHz getakteten Cortex-M0+ weist das kleine Board eine gute Performance auf. Der Dhrystone Benchmark liefert einen Wert von 41589 Dhrystone/sec und das VAX MIPS Rating beträgt 23.67. Für raumsparende Aufbauten und Wearables ist das Board sehr geeignet, wenn auch die On-Board LEDs und die Stromaufnahme von ca. 350 uA im Sleep Mode weniger optimal sind.
Damit sich eine neue Befehlssatzarchitektur für Controller oder Prozessoren durchsetzt, ist viel Aufwand erforderlich. Hardware-Hersteller müssen überzeugt, Entwicklungswerkzeuge müssen angepasst und Entwickler eingearbeitet werden. Entsprechend selten kommt ein neuer Befehlssatz auf den Markt. Aber RISC-V hat die Anfangshürden genommen und ist auf dem Weg zum Erfolg.
Unter dem Titel „Neustart mit RISC-V“ ist eine Beitrag zu RISC-V in der Zeitschrift Design & Elektronik Heft 1/2020 angekündigt.
Um die Performance des Maixduino, einem Arduino-kompatiblen Kendryte K210 Dual-Core 64-bit RISC-V Prozessor (RV64IMAFDC), gegenüber anderen Arduinos resp. Arduino-kompatiblen Mikrocontrollern zu vergleichen, habe ich zwei Benchmarks laufen lassen:
Sieve of Eratosthenes
CoreMark
Den ersten Benchmark habe ich zu Vergleichszwecken verwendet, da ich in der Vergangenheit damit bereits zahlreiche Tests vorgenommen habe.
Die Resultate der beiden Benchmarks zeigen die folgenden Abbildungen. Verglichen wurden ein Arduino Due (AT91SAM3X8E@84 MHz), ein ESPduino-32 (ESP-Wroom-32@80 MHz) und ein Maixduino (Kendryte K210 RISC-V@400 MHz).
Mit dem Teensy 4.0 steht ein kompaktes, aber dennoch handliches Boards mit NXP’s i.MX RT1062 (Arm Cortex-M7), einem sogenannten Crossover Processor (Kombination aus Mikrocontroller & Application Processor) , zur Evaluation bereit.
Die Ausstattungsliste im Datenblatt liest sich wie der Wunschzettel eines Embedded Entwicklers in der Vor-Weihnachtszeit. Ein Blick ins Datenblatt (https://www.nxp.com/part/MIMXRT1062CVL5A ) zeigt das.
Paul Stoffregen hat dafür gesorgt, dass der Teensy 4.0 auch als Arduino-kompatibler Mikrocontroller gehandhabt werden kann ( https://www.pjrc.com/teensy-4-0/ ) und somit der derzeit wohl leistungsfähigste Arduino zu einem sehr moderaten Preis von USD 19.95 zur Verfügung steht.
Verglichen wurden eine Arduino Due (AT91SAM3X8E@ 84 MHz), eine ESPduino-32 (ESP-Wroom-32@80 MHz), ein Maixduino (Kendryte K210 RISC-V@400 MHz) und ein Teensy 4.0 ( i.MX RT1062@600 MHz). Hier sind die Resultate der beiden Benchmarks:
Benchmarkergebnisse Sieve of Erastothenes
Benchmarkergebnisse Coremark 1.0
Wie die beiden Benchmarks deutlich zeigen, hat Teensy 4.0 mit seinem mit 600 MHz getakteten i.MX RT1062 die Performance des Maixduino wesentlich überboten und kann als derzeit leistungsfähigster Arduino-kompatibler Mikrocontroller (oder eben als Crossover Processor) angesehen werden.
Das ganze $23.90 kostende Sipeed Maixduino Kit for RISC-V AI + IoT ist seit geraume Zeit im Haus und hat auf die Inbetriebnahme gewartet. Ziel für mich war, das Board in der Arduino-Umgebung in Betrieb zu nehmen, um einen direkten Vergleich zu anderen Arduinos zu bekommen.
Zum Lieferumfang des Maixduino Kits gehören die folgenden Komponenten:
Maixduino Board (rechts)
2.4 inch TFT Display (Mitte)
OV2640 camera module (links)
Komponenten des Maixduino Kits
Die Frontseite des Maixduino Boards zeigt an Hand der Buchsenleisten Kompatibilität zum Arduino-Formfaktor und die Rückseite zeigt in einem Blockdiagramm die zur Verfügung stehenden Ressourcen.
Neben der eigentlichen Inbetriebnahme in der Arduino IDE hat mich vor allem die zu erwartende Performance interessiert.
Um das Maixduino Board der Arduino IDE bekannt zu machen ist der folgende Eintrag in den Preferences vorzunehmen.
Im Boards Manager dann Maixduino (K210) selektieren und die folgenden Board Settings einstellen:
Board: Maixduino
Burn Tool Firmware: open-ec
Burn Baudrate: 1.5 M
Port: Serial port
Programmer: k-flash
Die Programmer Software k-flash wird vom Norton SONAR entfernt. Norton muss hier entsprechend eingerichtet resp. „entschärft“ werden. Die komplette Installation ist unter https://maixduino.sipeed.com/en/get_started/install.html beschrieben.
Um die Performance des Maixduino gegenüber anderen Arduinos resp. Arduino-kompatiblen Mikrocontrollern zu vergleichen, habe ich zwei Benchmarks laufen lassen:
Sieve of Eratosthenes
CoreMark
Den ersten Benchmark habe ich zu Vergleichszwecken verwendet, da ich in der Vergangenheit damit bereits zahlreiche Tests vorgenommen habe:
Hier nun die Resultate der beiden Benchmarks. Verglichen wurden eine Arduino Due (AT91SAM3X8E@ 84 MHz), eine ESPduino-32 (ESP-Wroom-32@80 MHz) und ein Maixduino (Kendryte K210 RISC-V@400 MHz):
Benchmarkergebnisse Sieve of Erastothenes
Benchmarkergebnisse Coremark 1.0
Gegenüber dem Arduino Due hatte der ESP-32 bereits eine deutliche Verbesserung der Performance gezeigt, die aber vom Maixduino noch wesentlich überboten wird. Damit dürfte der Maixduino derzeit der leistungsfähigste Arduino-kompatible Mikrocontroller sein.
Vor wenigen Tagen war nun das über Mouser bestellte und von CrowdSupply gelieferte HiFive1 Rev. B Board im Postkasten.
HiFive1 Rev. B
Das HiFive1 Rev, B Board weist die folgenden Features auf:
MCU – SiFive Freedom E310-G0002 32-Bit RV32IMAC processor @ bis zu 320+ MHz (1.61 DMIPS/MHz)
Storage – 32 MBit SPI Flash
Connectivity – ESP32-SOLO-1 WiFi & Bluetooth module
I/Os (19 x Digital I/O Pins, 19 x external Interrupt Pins, 1 x external Wakeup Pin, 9 x PWM Pins, 1/3 SPI Controllers/HW CS Pins)
I/O Voltages – 3.3 V
USB – 1 x micro USB Port für Power, Programming und Debugging (via Segger J-Link)
Power Supply – 5 V via USB oder 7 – 12V via DC Jack; Operating Voltage: 3.3 V und 1.8 V
Dimensions – 68 mm x 51 mm
Gewicht– 22 g
Zur Programmierung kann das Freedom-E SDK herangezogen werden, was allerdings einen Linux-Rechner erfordert. Alle Informationen hierzu sind unter https://github.com/sifive/freedom-e-sdk zu finden.
Die beim HiFive1 vorhanden Unterstützung der Arduino IDE wurde nicht weitergeführt.
Das Eclipse-basierte, wesentlich komplexere Freedom Studio läuft auch auf Windows.
Eine erste Idee von der Performance des HiFive1 Rev. B bekommt man über den Dhrystone Benchmark.
Resultat Dhrystone Benchmark (Out of the Box) (Das Ergebnis ist noch falsch – Bild wird ersetzt)
Mit diesem Ergebnis liegt der HiFive1 Rev. B in der Nähe von Cortex-M3/M4/A5.
Mit dem Arduino MKR1000 steht ein WLAN-fähiger Arduino für IoT-Projekte zur Verfügung. Das Board basiert auf einem ATSAMW25 von Microchip/Atmel mit einem ARM-Cortex-M0+-Prozessor (Atmel SAMD21) und einem WLAN-Modul, welches nach IEEE 802.11 b/g/n im 2,4 GHz-Netz arbeitet.
Der Atmel SAMD21 ist mit 48 MHz getaktet und verfügt über 256 KB Flash und 32 KB RAM. Damit entspricht die Performance einem Arduino M0, wie mit den im Beitrag „Arduino32 – Die jungen Wilden“ verwendeten Benchmarks gezeigt werden kann.
Die betreffenden Benchmarks sind unter Sieve und IOLoop zu finden.
Sieve of Eratosthenes - Arduino MKR1000
5000 iterations
303 primes.
Runtime = 5209 ms
I/O Loop - Arduino MKR1000
Measure IO frequency on Pin 2
Runtime = 5 us
Der Arduino MKR1000 kann über einen LiPo-Akku oder eine externe 5V-Spannungsquelle betrieben werden. Beim Anschluss einer externen Spannungsquelle ist das Laden des Akkus möglich. Der LiPo-Akku sollte mindestens 700 mAh besitzen, so dass auch mobile Projekte über längeren Zeitraum ohne externe Spannungsquelle betrieben werden können
Hier ist ein interessanter Vergleich zwischen Raspberry Pi 3 Model B und Raspberry Pi 3 Model B +.
Fazit des Autors Andrew Back:
Leistungssteigerungen sind immer willkommen. Während es immer jemanden gibt, der auf der Suche nach zusätzlicher Rechenleistung oder grösserem Netzwerkdurchsatz ist, ist Power-over-Ethernet mit ziemlicher Sicherheit das heißeste Feature des Raspberry Pi 3 Model B +. Der Vorteil, ein Gerät mit Netzwerk und Stromversorgung über ein einziges Kabel betreiben zu können – und zwar ohne eine Unordnung von Netzteilen und Stromkabeln – ist nicht zu unterschätzen.
