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Computadores de Bordo (Odroid XU4 vs Raspberry 4)

Escrito por Artur Paparounis. Última atualização: 22/11/2022

O computador de bordo, ou Single Board Computer (SBC), é utilizado nos drones para realizar algumas funções computacionais que não podem ser feitas dentro da controladora de voo e que seriam menos eficientes e independentes se realizadas offboard.

Funções principais do computador de bordo

As principais atividades realizadas no computador de bordo de drones são:

  • Controle geral do drone, utilizando ROS e se comunicando com o drone por MavLink
  • Processamento de dados de sensores, como temperatura, nível de CO2, distância de obstáculos, etc
  • Incorporação de dados de odometria visual (como os provenientes da Realsense T265) no posicionamento do drone
  • Realização de computação visual para identificar objetos, cores ou marcadores (como ArUcos e QRcodes)
  • Utilização de inteligências artificiais para identificação de objetos, objetivos ou obstáculos

Considerações ao se escolher um computador de bordo

Ao se escolher um computador de bordo para um drone deve se levar em conta algumas restrições impostas pelo desafio, pelo drone e pelos processos sendo realizados pelo computador de bordo. Os principais são:

  • Espaço e massa disponíveis para o computador de bordo
  • Verba disponível para adquirir um computador de bordo mais potente
  • Quantidade de memória RAM no SBC
  • Capacidade de processamento do SBC
  • Disponibilidade de intefaçes com outros dispositivos (número e tipo dos USBs, porta HDMI, módulo WI-Fi nativo, módulo Bluetooth nativo, cabo ethernet, entre outros)
  • Suporte da empresa que desenvolveu o SBC
  • Documentação disponível sobre o SBC
  • Disponibilidade de programas, bibliotecas e firmwares já portados para o SBC e disponíveis na internet

Alguns modelos de computador de bordo

Dentro da SkyRats ja foram utilizados 4 computadores de bordo extensivamente e para uso em competições ou testes reais.

O computador de bordo mais potente usado pela equipe foi a Jetson Nano, que possuia 4Gb de memória RAM, uma placa de vídeo integrada, uma CPU quad core de 1,4 GHz. Esse SBC é ideal para o uso de IA, visto que consegue executar reconhecimento relativamente complexo de imagem sem ocupar muito espaço e peso. Contudo, para as outras utilizações de computadores de bordo o Jetson Nano é demasiado potente, não sendo utilizado totalmente. Nesse caso seus contras são um detrimento para o drone, como seu preço de cerca de 3000 a 4000 reais e seu peso de 240g.

Jetson

Outro computador de bordo ja utilizado para testes em drones foi a Labrador 64bits, que é desenvolvida pela Caninos Loucos e de facil acesso para a equipe. Contudo, por ser um SBC recente e relativamente desconhecido ainda não apresenta muito engajamento da comunidade e quase nenhum software portado. Dessa forma, muitos problemas básicos e desconhecidos foram encontrados durante alguns testes em 2022, mas um voo autônomo foi realizado como prova de conceito.

Labrador

Durante um longo período de tempo foi utilizado o Odroid XU4 como computador de bordo, devido a seu preço relativamente baixo de 700 reais e seu peso reduzido de apenas cerca de 50g. Ademais, para seu preço a Odroid possui um processador potente, sendo um Exynos-5422, que é um octa-core com 4 cores de 2,1GHz e 4 cores de 1,4GHz. Um dos principais problemas com a Odroid é sua memória RAM de apenas 2Gb, que é pequena, especialmente se comparada com o processador do próprio SBC.

Odroid

Em 2022 foi feita a transição da Ordoid XU4 para a Raspberry Pi 4 na SkyRats, antecedendo a IMAV 2022. O Raspberry Pi é computador de bordo é o mais utilizado por outras equipes de competição de drones e desenvolvedores independentes. Além disso, há uma comunidade enorme de embarcados em volta desse produto, possibilitando encontrar muita documentação, bibliotecas e firmwares na internet. Ademais, a RPi4 é potente, possuindo versões com 4Gb de RAM e um processador quad-core de 1,5GHz. Seu preço é um pouco superior a Odroid, sendo encontrada por 1200 reais.

Raspberry

Odroid XU4 vs Raspberry Pi 4

Durante os testes que antecederam a IMAV 2022 foi feita a escolha de deixar a ODROID XU4 de lado como compputador de bordo utilizado pela equipe, principalmente pelo fato do SBC apresentar algumas inconstâncias de funcionamento; pouca documentação, firmwares e biblioteecas disponíveis na internet, além de pouca memória RAM. Após a compra e uso da Raspberry Pi 4 pode ser feita uma análise da mudança:

Prós:

  • Mais memória RAM (4GB vs 2GB)
  • Mais documentação na internet, facilitando achar projetos já prontos e resolução de problemas que pudessem ocorrer
  • Mais consistência no funcionamento do SBC
  • GPIOs de tamanho e espaçamento padrão na RPi, permitindo facilmente conectar jumpers (GPIOs da ODROID são muito esppecíficos e geram problemas)
  • Conectividade WI-Fi e Bluetooth nativa, não necessitando de módulo Wi-Fi externo

Contras:

  • Preço mais elevado (1200 vs 700 reais)
  • Menor capacidade de processamento (processador com menos núcleos e mais lento)

Com o funcionamento perfeito durante a IMAV 2022, o Raspberry Pi 4 foi utilizado permanentemente na equipe após a competição.