Banana Pi BPi-AI2N 瑞萨电子 RZ/V2N 评测

瑞萨电子的 RZ 系列处理器不仅拥有出色的 TOPS/W 比率，还为工业领域的视觉、驱动或网络应用精心设计了型号。

瑞萨电子与Banana Pi合作推出的首款产品在诸多方面都表现出色，尽管其搭载的Armbian操作系统镜像存在一些瑕疵。瑞萨电子通过AI Yocto SDK提供的支持足以满足开发者的需求。创客们也会如此，甚至连计划带领最具天赋和挑战精神的学生参加瑞萨世界（Renesas World）的STEM教师们也会如此。

瑞萨电子是一家日本芯片制造公司，NEC电子、日立和三菱等公司也参与了其研发。瑞萨电子的芯片主要面向汽车行业，特别是电动汽车和驾驶辅助系统等技术，同时也应用于工业自动化、机器人、智能家居和物联网设备等领域。

我们最初是在评测两款搭载瑞萨RA4M1 32位ARM Cortex-M4微控制器（运行频率48MHz）的开发系统时接触到这家公司的芯片的：分别是Seeed Studio XIAO RA4M1和Arduino Nano R4。需要注意的是，RA代表微控制器，而RZ代表微控制器。由此可见，RZ系列芯片性能更为强大，它能够在桌面环境下流畅运行Linux操作系统，并拥有独立的NPU，可提供高达15 TOPS的AI性能。RZ系列包含多个主要子系列，分别根据用途进行命名。例如，RZ/V用于视觉任务，RZ/N用于网络应用，RZ/T用于实时操作系统（RTOS），而RZ/G和RZ/A则用于物联网（IoT）和人机界面（HMI）。目前有近四十种不同型号的处理器可供选择，我们看到，确实可以为大量的工业应用选择最佳解决方案。

Banana Pi 最初与瑞萨电子合作，这是他们最初的设计方案，以模块和相应的载板的形式呈现。尽管该公司已经开发出大量基于不同处理器的系统（我们曾多次撰写评测文章对此进行介绍），但我们认为，与一家来自不同市场的全新芯片制造商合作，在 BPi-AI2N 开发系统的实现过程中带来了一系列挑战。至于芯片的产地，瑞萨电子官网显示，硅晶圆产自美国，而芯片本身最终则产自台湾。

硬件

前面提到的R9A09G056N48（简称RZ/V2N）拥有四个主频高达1.8MHz的ARM Cortex-A55内核和一个可执行微控制器任务的ARM Cortex-M33内核。目前，四个ARM Cortex-A55内核可以说是工业应用的黄金标准配置，瑞萨电子的选择可谓明智之举。原因在于其卓越的能效，无论运行时间长短，都能确保无需主动散热和降频即可稳定运行。其强大的性能足以流畅运行服务器模式下的Linux操作系统，我们已在其他厂商的众多SoC芯片中验证了这一点，例如恩智浦半导体的Forlinx Embedded OK-MX8MPQ-SMARC单板计算机和Voipac iMX93工业开发套件Max，全志半导体的Radxa Cubie A5E工业芯片以及瑞芯微半导体的FriendlyElec NanoPi R3S。以上仅列举部分示例，如果您搜索我们的评测数据库，会发现更多搭载 ARM Cortex-A55 内核的不同型号。这些系统通常会构建一个纯净的 Yocto Linux 镜像，其中包含最少的必要驱动程序和应用程序。

如果我们以 Sysbench CPU 测试来衡量处理器性能，我们可以看到四种选择。分别是：NXP iMX8M，配备四个主频为 1.5 GHz 的 ARM Cortex-A53 核心；NXP iMX93，配备两个主频为 1.7 GHz 的 ARM Cortex-A55 核心；全志 T527 Cubie，配备多达八个主频为 1.8/1.4 GHz 的 ARM Cortex-A55 核心；以及 NXP i.MX 8M Plus SoC，配备四个主频为 1.6 GHz 的 ARM Cortex-A53 核心。

桌面环境下的运行效率主要取决于显卡驱动程序的质量。我们已经看到，在许多实际应用中，尤其是在使用预装了驱动程序的成品设备（例如Rikomagic RKM V7P）时，系统运行速度远超开发系统和单板计算机 (SBC)。后者通常不配备原厂驱动程序，而是使用来自开源社区的驱动程序。

这里我们看到了一种不同的视频输出方案。瑞萨电子决定在其SoC中使用Mali G31 GPU。通常情况下，其他通用SoC会采用Mali G57或Mali G52。这里选择了最基础的Bifrost架构型号，我们认为其目的是为了在保证Vulkan和OpenGL ES 3.2兼容性的同时，尽可能降低能耗和散热，并且考虑到这款处理器无法运行3D游戏——至少可以说，这只是半开玩笑的说法。这款GPU的机器学习能力比第三代Bifrost架构的Mali G52低三分之一，更不用说与“复古游戏”Mali G57相提并论了。对于显示静态图像和构建动画人机交互界面而言，这样的选择仍然显得非常用心。RZ/V2N配备了4K-ISP，即图像信号处理器，能够处理4K图像。在我们的视频输出测试中，glxgears 的帧率达到了 235 fps，但在 Armbian 系统上使用 LLVM 15.0.6（即使用 CPU 而非 GPU 进行渲染）的 glmark2-es2 测试中，帧率仅为 45 fps。4K 显示能力可提供高分辨率图像，这对于大型工业显示器或信息显示屏的高质量显示至关重要。该芯片没有 HDMI 输出，只有 MIPI DSI 输出。这里需要注意芯片标签末尾的 6N48。RZ/V2N 芯片共有八个版本，从 6N41 到 6N48，只有 6N48（以及目前缺货的 6N47）配备了 GPU 和 ISP，以及硬件加密器。

这些加密器包括：AES、RSA、ECC、SHA-1、SHA-224、SHA-256、GHASH 和 TRNG，它们通过加密隐藏数据、验证数据完整性以及随机校验生成安全密钥来保护数据。因此，AES 可实现快速数据加密。RSA 和 ECC 可实现安全的密钥交换。SHA-1、SHA-224 和 SHA-256 用于检查数据完整性。GHASH 提供快速身份验证，而 TRNG 则生成随机数。openssl 测试通过性能比较表明，这些硬件编码器存在异常。尽管所有安装在 ARM 内核中的编码器都应该相同，并且仅与时钟相关，但此处我们观察到了与这些规则的显著偏差，我们无法解释，只能怀疑这些编码器来自瑞萨电子。这或许可以解释为什么它们并非安装在所有处理器中。

谈到 RZ/V2N，还有一个非常重要的方面需要提及，那就是内置的瑞萨 DRP-AI3 加速器。DRP 代表动态可重构处理器，据瑞萨称，这种方法能够确保运行中的能效，通过适应 AI 需求来优化功耗。他们的数据显示，其能效约为 10 TOPS/W。DRP-AI3 是他们的解决方案，在该型号中可提供高达 15 TOPS 的运算能力，并且在芯片上的实现可扩展至 0.5 到 80 TOPS。因此，在标记为 RZ/V2L 的处理器中，加速器性能为 0.5 TOPS；在 RZ/V2M 中为 1 TOPS；在 RZ/V2N 中为 15 TOPS；而在 RZ/V2H 中，加速器性能可扩展至 80 TOPS。从这个意义上讲，Banana Pi 为其首款系统选择的处理器旨在尽可能覆盖更多应用场景，同时又能避免不必要的能耗。事实上，瑞萨电子指出，即使不使用被动散热器，他们的芯片也能实现人工智能解决方案，无需额外的散热。诚然，他们在这一说法上与 RZ/V2H 模型有所区别。

Banana Pi 将其首款瑞萨电子开发系统设想为一个紧凑型 260 引脚 So-DIMM 模块，尺寸为 45x69.6 毫米。该 SOM 从上到下包含处理器、内存、用于调节所有电压的电路和两个以太网收发器。

BPi-AI2N-Core v1.1 配备 8GB LPDDR4 内存。它采用一颗 D8CJN Micron 芯片，根据规格说明，该芯片的工作频率为 2133MHz（4266MT/s）。处理器本身的最大传输速率为 3200MT/s，其引脚上的最大时钟频率为 800MHz。该频率也会传递给内存芯片，由于每个时钟周期内会进行两次数据写入，因此内存的有效时钟频率为 1600MHz。与处理器的通信采用 32 位方式。

在测试内存性能时，我们注意到 Forlinx 开发板的 Sysbench RAM 和 Tinymembench 测试结果异常。其他型号的性能表现一致，而这款开发板却表现突出，这很奇怪，因为它配备了 ARM Cortex-A53 内核和运行频率为 1200 MHz 的内存芯片。由于我们无法在该平台上运行 Sysbench RAM 测试来验证 Tinymembench 的测量结果，因此这个问题目前尚无定论。

该模块还包含一颗瑞萨电子 RAA215300，用于将 2.7 至 5.5 VDC 范围内的输入电压转换为系统运行所需的电压。它具有大量受控电压输出，以满足 RZ/V2N 处理器和存储器的运行需求。六个同步降压稳压器提供稳定的电压输出，分别为：5 A、3.5 A、2×1.5 A、1 A 和 0.6 A。三个 LDO 稳压器提供一个 50 mA 和两个 300 mA 的电源，以及一个用于为存储器供电的 VTTREF 输出。

不同寻常但非常重要的是，该系统模块 (SOM) 上还集成了两个瑞昱 (Realtek) RTL8211F 1Gbps 以太网收发器。瑞萨 (Renesas) RZ/V2N 本身就带有两个以太网通道，这些收发器可用于在载板或您的解决方案中轻松实现端口。如果您需要更复杂的以太网功能，例如交换机或 EtherCAT 实现，则应选择 RZ/N 系列处理器。Banana Pi 在选择该处理器版本时，放弃了这种小众解决方案。然而，RZ/N 系列中唯一采用 ARM Cortex-A55 内核的型号是 RZ/N2H，除了工业以太网之外，它还包含用于复杂引擎控制的电路。但是，该芯片没有 GPU，只有一个 VXGA 分辨率的 LCD 控制器。

SOM的另一侧是一块32GB的eMMC闪存，我们经常会遇到这款型号为SEC KLMBG2JETD-B041的闪存。实测读取速度为159MB/s。32GB的容量对于操作系统和存储大量信息（例如摄像头视频数据）来说绰绰有余。虽然它本身存在数据写入次数的限制，但对于任何数据存储应用来说，32GB的容量应该都足够了。如果将操作系统安装在eMMC闪存上，长时间使用后可能会出现问题，而通常情况下，这种使用时间会超过安装该SOM的设备的保修期。当然，您也可以选择从SD卡启动，在本例中，SD卡必须位于载板上。eMMC闪存芯片是64MB的QSPI闪存。

为了方便对系统模块 (SOM) 进行编程，并简化应用程序的开发，Banana Pi 开发了一款载板，可将 RZ/V2N SoM 轻松插入其中。该载板提供丰富的接口，使其成为一个通用的开发平台。当然，在您的应用程序中，您只会用到其中的一部分接口。在您开发出第一个可运行的硬件版本之前，这款载板可以满足您的各种创意需求。当 SoM 安装在载板上时，整个系统就可以看作是一个微型的创客级 Linux 计算机。

Banana Pi 的载具上都装了些什么呢？我们先来看看通信接口和电源。右侧有一个 USB-C 接口，可以通过 PD12V 供电，但如果电源是通过左侧的接口供电，它也可以作为普通的 USB 接口使用。

USB-Ca 供电接口之后，板上有两个千兆以太网端口。每个端口都连接到我们之前提到的 SOM 上的独立以太网通道和收发器。我们测得每个通道的传输速度约为 940 Mbps。旁边是两个 USB-A 3.0 端口。读取速度超过 380 MB/s，这对于这种类型的 USB 端口来说是正常的。

现在我们来看载板上一个有趣的细节——一个贴着HDMI标签的空白区域。连接器不见了。看来载板的实现过程中出了问题。具体来说，我们之前提到过瑞萨RZ/V2N没有HDMI接口，只有MIPI DSI接口。我们无法断定是否原本计划在载板上集成MIPI转HDMI转换器，也无法解释为什么最终没有实现。

然而，Banana Pi 通过一块额外的 MIPI 转 HDMI 转接线解决了这个问题。这块转接线安装在载板的底部，并通过扁平电缆连接到载板上的 MIPI 接口。这个方案效果非常好。我们甚至很喜欢组装后的设计：只需抬起载板并将其从工作台上取下，HDMI 接口就位于其最初设计位置的正下方。我们强调这并非缺陷，该方案确实运行良好。诚然，它占用了一个 MIPI 端口，但对于这款瑞萨芯片来说，目前没有其他方法可以实现 HDMI 输出。

除了 MIPI DSI 接口外，还有一个 M.2 Key-M 插槽，支持各种长度的 NVMe SSD。我们使用金士顿 SSD 进行了测试，读取速度达到了 887 MB/s，比内置 eMMC 快了大约 6 倍，比最高速度为 75 MB/s 的 SD 卡快了 12 倍以上。SSD 的速度符合预期，因为它连接到了处理器的 PCIe 3.0 双通道接口。

同样值得注意的是，有两个仅标有“V2H”字样的 USB-A 接口，这表明该模块也搭载了这款芯片。与 RZ/V2N 相比，其主要优势在于 80 TOPS 的 AI 运算能力，硬件方面的优势在于额外配备了一颗 800 MHz 的双路 ARM Cortex-R8 实时处理器。这款芯片面向工业机器人和视觉任务，而我们的芯片则面向使用双摄像头进行实时监控和检测。由于我们的处理器在高负载运行时温度会达到 60 度左右，因此可以合理推测 V2H 型号仍然需要更完善的散热措施。

这两个端口是通过威盛电子的VL817 USB 3.1 Gen 1集线器控制器实现的。由于我们没有配备80 TOPS RZ/V2H处理器的BPi-AI2H，因此无法检查载板的这部分工作情况。

该开发系统能够同时处理两台摄像头的数据，利用基于内部NPU的AI工具进行数据处理，并通过以太网或Wi-Fi网络将处理结果显示在屏幕上，这正是其理想的应用场景。例如，它可以实现驾驶辅助功能，将来自观察驾驶员面部的摄像头和记录车辆前方情况的摄像头的实时视频流结合起来，您甚至可以从瑞萨电子官网下载相关应用。另一个应用场景是监控机械臂的运行，使其在适当的时间定位并闭合夹爪。

正如我们之前提到的，以太网收发器集成在系统模块 (SOM) 上，但载板上配备了一个瑞昱 RTL8821CU 2.4/5 GHz Wi-Fi 和蓝牙 4.2 模块。板上还有一个用于连接天线的 U.FL 连接器。我们很久以前在Banana Pi BPI-M2 Pro型号上就见过这个模块。它周围未使用的焊盘表明，未来这里可能会安装其他通信模块。

他们为何选择RT8821CU芯片的原因很难说，但或许是因为它拥有开源且制作精良的驱动程序，能够以极低的价格支持监听模式、数据包注入和WPA3-SAE安全功能。这使得该模块在创客社区中备受欢迎

载板侧面还有一个 24 针 GPIO 接口。信号线和电源线的布局与如今已成为标准的 Raspberry Pi GPIO 接头类型相同。这里实现的各种接口（例如 I2C、UART、SPI、带 PWM 的数字 I/O、I2S 等）都采用了多路复用，因此需要设置覆盖层。在 Armbian 系统中，可以通过 armbian-config 应用程序或修改 /boot/armbianEnv.txt 文件中以 overlays= 开头的行来完成此操作。

载板上还有一个用于连接带 PWM 控制风扇的连接器，以及三个预留的焊接孔，用于焊接一个排针，这些排针实际上是用于调试探针（例如Raspberry Pi 调试探针）的 UART 接口（TX、RX 和 GND） 。RTC 电池托架的存在也很有意思，这对于例如需要创建一个无需持续联网的独立设备的项目来说非常重要。

载板上有三个按钮：重启、电源和睡眠。还有一个恢复模式的按钮，但我们的载板上没有安装。目前的设置是：电源按钮会关闭计算机，而重启按钮可以重启计算机，但也可以开机。

软件

当我们讨论可用软件时，最好先澄清一下大家的疑虑——这是一个开发系统。虽然有些系统，例如外形与此类似的英伟达 Jetson Orin Nano，有时会被误认为是小型人工智能计算机，但它们并非如此。这是一个由系统模块 (SOM) 和相应的载板组成的开发系统，其存在的意义在于开发新的解决方案。这当然意味着需要新的硬件，只需将 SOM 插入其中，并使用我们借助 ovlg 开发系统开发的程序进行初始编程即可。这种方法的优势在于，它对开发团队来说非常经济，他们无需更换用于创建解决方案的硬件，即可轻松地从一个项目切换到另一个项目。从这个角度来看，载板的目标是尽可能多地支持该芯片（即 SOM 上的处理器）硬件所能支持的所有接口类型。

对于开发系统而言，其硬件各部分获得库支持的程度至关重要。目前我们见过一些硬件配置堪称“梦寐以求”的系统，但当你真正尝试使用它们时，却发现它们就像是鲜为人知的“稀有物种”。我们不禁怀念起 Synaptics VideoSmart VS680/SL1680，它拥有四个主频 2.1GHz 的 Cortex-A73 核心、一个 Cortex-M3 处理器、Imagination GE9920 GPU 以及用于 AI 的 NPU，最高算力可达 6.75 TOPS。我们曾在 Banana Pi BPi-M6这款优秀的硬件中见过类似的配置，但即便在今天，我们也不确定它是否还有可靠的库支持。

瑞萨电子的 RZ/V2N 系列芯片并不广为人知，但该公司确实提供了所有必要的驱动程序，其中一些并非开源——例如 GPU 驱动程序，虽然无法修改，但可以免费使用。您可以在GitHub 页面上查看如何构建 Yocto AI SDK 源代码。如需进一步开发和使用 AI 示例，您肯定需要瑞萨电子网站上的 Yocto AI SDK 和 AI 应用文档。瑞萨电子对 RZ 系列芯片的支持力度非常大，这让我们相信搭载这些芯片的平台不会被放弃。我们为什么要写这篇文章呢？我们曾与瑞芯微合作，经历了从其出现到首次真正支持 AI 的漫长过程。而对于全志电子，我们认为其 Sunxi 架构的情况相当不稳定，支持速度仍然太慢，参见Radxa Cube A5E Industrial。

除了开发者可以根据自身需求创建的 Yocto 镜像之外，这类系统还有另一种“类型”，因此也面向略有不同的用户群体。Armbian OS 镜像正是在这方面大放异彩，其开发过程已在官方文档页面（Doc page）上进行了详尽的文档记录。这次的开发支持并非来自瑞萨电子的官方文档，而是由 Banana Pi 提供。他们甚至详细介绍了新的 Armbian OS 刷机程序。我们很快会撰写一篇对比评测文章，介绍它与其他类似软件解决方案的优缺点。由于 Armbian OS 是开源的，您可以自行构建镜像并从 SD 卡或 eMMC 启动。

我们从 Banana Pi 网站下载了 Armbian 操作系统，并在此系统模块 (SOM) 上通过 Docker 容器成功运行了 Home Assistant。目前，该镜像使用的是 Armbian 25 版本和 Linux 内核 6.1.107。Linux 系统是 Bookworm，也就是 Debian 12。我们尝试切换到 Trixie 系统，但并不成功，这也在我们的预料之中，而且坚持下去也没有意义。这只是一个小实验。

在这个应用中，控制创客计算机的GPIO引脚至关重要，因为它不仅能让您将平台用于自己的项目，还能将其作为STEM（科学、技术、工程和数学）学习的平台。我们指出，GPIO线控库gpiod可以通过一条C语言命令安装，而Python则有Python3-gpiod和Python3-periphery两个库可供选择。无论使用哪种库，都不要忘记通过armbian-config启用覆盖层，这样就可以使用这些语言编写程序来控制指定的接口。

一个优点是Adafruit Blinka 层的存在，它允许在 Linux 操作系统上使用 Python 3 语言来使用 CircuitPython 硬件 API，从而简化传感器、显示器和其他 I2C/SPI/UART 设备的使用。

此外，Banana Pi 文档网站还提供了 WiringPi 和 WiringPi-Python，以及使用 RPi.GPIO 的说明。

我们很高兴地看到，文档中的示例使用了两款非常适合创客和STEM项目的Banana Pi模块。这两款模块分别是Banana Pi BPi LCD 1602显示模块和Banana Pi SSD1306 OLED显示模块，我们几年前曾对它们进行过评测。在我们的STEM实验室里试用了几天后，我们感觉它们与这套开发系统完美契合，即插即用。由此，我们萌生了使用BPi AI2N的想法，并将其视为面向那些积极进取的高中生的STEM人工智能课程，帮助他们跳出基于Raspberry Pi或Nvidia等通用平台的局限。

结论

当我们评估一款平台，例如单板计算机 (SBC) 或小型台式电脑时，我们通常会通过与同类设备进行比较来探讨其性能。在实际应用中，尤其是在设备中嵌入了系统级模块 (SoM) 的情况下，此类测试的合理性就值得商榷了。不过，再次了解系统的计算能力总是很有意义的。本次测试我们使用了 Armbian 操作系统。下图展示了 Geekbench 5 基准测试的性能对比。由于这是我们首次接触瑞萨电子的 SoC，因此我们也使用 Unixbench 对其进行了详细的性能测试。

瑞萨电子的RZ/V2N芯片非常节能。这是首要且最重要的考量，其重要性之高，以至于我们感觉该公司工程师在设计所有RZ系列芯片时都将其作为设计理念的核心。RZ/V2N为系统级模块（SoM）带来了15 TOPS的AI处理能力，且无需主动散热。如果AI的需求没有超出其极限，那么这种相对优势将非常显著。别忘了，英伟达的芯片需要主动散热，许多其他搭载AI NPU、处理能力超过3 TOPS的SoC芯片也是如此。

不过，Banana Pi 为了确保万无一失，为 RZ/V2N 开发了一款主动式散热器，或许这款散热套件是为未来的 BPi-AI2H-Core 准备的。当我们开始安装三色脚垫时，它们给我们的新闻编辑室增添了不少活力。当然，颜色本身并没有什么特别之处，很可能是因为库存或供货情况“恰好如此”，所以才采购了不同厚度、不同颜色的脚垫。

除了主动散热套件中的散热垫之外，还包含一个专用的铝制散热器和三个用于将其安装并固定到系统模块 (SoM) 上的螺丝。组装完成后，您将获得一个不错的开发系统，其连接器布局巧妙，GPIO 引脚也易于访问。最后，无论我们如何尝试，Armbian 操作系统上的散热风扇都无法正常工作。它甚至位于与手册中不同的 hwmon 节点上。

我们在 Armbian 系统上使用这款摄像头时遇到了问题。虽然系统能够检测到摄像头，识别所有工作模式，并启动软件，一切似乎都正常，唯独缺少图像。不过，这个问题我们将在后续的评测中再讨论，届时 Banana Pi 将在其文档网站上提供 IMX415 摄像头的详细使用说明。

在当今瞬息万变的计算机设备经济环境中，价格是一个棘手的问题。尤其当你回顾过去时，价格往往令人失望。如果这种情况持续下去，我们不禁要问，未来将会如何？谁又能拥有自主研发技术的特权？这款搭载瑞萨RZ/V2N处理器、8GB内存和32GB eMMC存储的系统级芯片（SoM）售价为257美元，托架另需25美元。

最后，采用瑞萨RZ/V2N芯片的系统模块（SoM）非常出色。它包含了所有应用所需的最低限度硬件。我们很喜欢它将以太网收发器集成在SoM上的设计，这大大降低了BPi-AI2N-Core所嵌入设备的硬件网络解决方案的复杂性。与焊接模块相比，这种实现方式的插入、更换和扩展都更加便捷实用。从创客或STEM教育者的角度来看，以及为了简化维护和维修，我们更倾向于这种解决方案。

这款瑞萨RZ/V2N专为视频应用而设计，例如，它以双摄像头系统、15 TOPS的AI NPU和显示屏为核心，无需主动散热。与其他基于ARM Cortex-A55内核的工业模块相比，瑞萨的这款解决方案凭借其强大的NPU和不错的GPU性能、两个集成的千兆以太网端口以及低功耗和静音运行而脱颖而出。此外，它还提供完善的文档、示例和Yocto AI SDK支持，我们认为这款开发系统对开发者而言物超所值。