? ? ? ?在全球化芯片供應鏈波動及樹莓派等硬件持續漲價的背景下，ShimetaPi M4-R1 作為全棧國產化嵌入式開發平臺，以 高性能異構計算架構 和 開源鴻蒙原生支持 為核心突破點，填補了中高端邊緣設備開發的國產方案空白。

? ? 其基于瑞芯微 RK3568B2 的硬件設計，不僅滿足工業級穩定性要求（-20℃~70℃寬溫運行），更通過 NPU 算力集成與雙千兆網絡接口，為 AIoT、工業自動化及信創領域提供 高性價比替代方案。

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一、深度適用場景分析

（一）教育科研與開發者生態

• 嵌入式教學實驗

  • 支持 OpenHarmony/Linux 雙系統對比教學，提供從裸機驅動開發（如 GPIO/I2C 控制）到上層應用（AI 模型部署）的全棧實驗案例。

  • 兼容樹莓派 40-pin 接口，可直接復用現有傳感器模塊（如 DHT11/超聲波模塊），降低教學遷移成本。

• 創客項目開發

  • 通過 M.2 NVMe 接口實現高速數據采集（如 100fps 攝像頭流處理），適用于機器人視覺 SLAM 等高性能項目。

  • 內置 NPU 支持實時人臉識別（MobileNet-SSD）等輕量化模型，加速 AI 原型驗證。

（二）工業控制與自動化

• HMI 人機交互終端

  • 原生驅動 eDP/MIPI 工業顯示屏（1920×1080@60Hz），支持 Qt/OpenGL ES 圖形加速，實現低延遲控制界面渲染。

  • 雙網口支持 設備冗余聯網 或 數據/控制流分離（如：ETH0 連接 PLC、ETH1 上傳云平臺）。

• 工業協議通信網關

  • 通過 GPIO 擴展 RS485/CAN 接口，支持 Modbus RTU/TCP 協議轉換（需外接電平轉換模塊）。

  • 運行 Linux 時可通過 Docker 部署 Node-RED，快速搭建可視化工業控制流。

（三）邊緣 AI 推理與信創項目

• 輕量級 AI 邊緣節點

  模型	分辨率	幀率 (FPS)	功耗
  YOLOv5-tiny	640×640	15	3.2W
  MobileNetV2	224×224	42	2.8W

  • NPU 加速典型模型性能：

• 支持 TensorRT 引擎轉換（Linux 環境），實現低延遲視頻分析（如工廠安全巡檢）。

• 信創合規解決方案

  • 硬件層：全國產元器件（瑞芯微 SoC + 長江存儲顆粒）滿足供應鏈安全要求。

  • 軟件層：

    • OpenHarmony 3.2+ 支持 國密算法（SM2/SM3/SM4）及安全啟動（Secure Boot）。

    • 通過等保 2.0 三級認證的 BSP 驅動包，支持 TEE 可信執行環境擴展。

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二、智能終端與嵌入式產品開發案例

（一）案例：智能自助點餐終端（多屏異顯）

場景需求

某連鎖餐飲企業需部署桌邊點餐系統，要求：

• 主屏播放4K宣傳視頻（HDMI輸出）

• 從屏顯示點餐界面（MIPI-DSI觸摸屏）

• 雙屏內容獨立控制，觸控響應延遲＜50ms

技術實現

1. 硬件配置

   1. 主控：ShimetaPi M4-R1

   2. 主屏：55英寸4K HDMI廣告屏

   3. 從屏：10.1英寸MIPI-DSI電容觸摸屏（1920×1200）

   4. 支付模塊：USB 3.0掃碼槍

2. 軟件架構

// ArkUI多屏協同控制（OpenHarmony）  
import window from '@ohos.window';  // 主屏播放視頻  
@Entry  
@Component  
struct MainScreen {  build() {  VideoPlayer({ src: 'ad_4k.mp4' })  .width('100%').height('100%')  }  
}  // 從屏點餐界面  
@Entry  
@Component  
struct TouchScreen {  @State menuItems: string[] = ['漢堡', '咖啡', '套餐'];  build() {  List({ space: 10 }) {  ForEach(this.menuItems, (item) => {  ListItem() {  Text(item).fontSize(30)  }.onClick(() => this.orderItem(item))  })  }  }  
}  // 雙屏獨立渲染  
window.create("MainScreen", ...).then(mainWin => {  mainWin.setUIContent("pages/MainScreen");  
});  
window.create("TouchScreen", ...).then(touchWin => {  touchWin.setUIContent("pages/TouchScreen");  
});  

1. 性能優化

   1. GPU渲染：使用Vulkan繪制動態菜單（60fps）

   2. 觸控延遲：啟用MIPI-DSI專用DMA通道，實測響應延遲38ms

   3. 功耗控制：主屏播放時整機功耗≤12W

2. 部署效果

   1. 雙屏內容幀率穩定（主屏60fps/從屏60fps）

   2. 訂單處理速度提升3倍（對比原Android方案）

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（二）案例：農業大棚低功耗物聯網網關

場景需求

溫室大棚監測系統需滿足：

• 每10分鐘采集溫濕度/光照數據

• 休眠功耗＜1mA

• 斷網自動重傳數據至云端

技術實現

1. 硬件配置

   1. 主控：ShimetaPi M4-R1

   2. 傳感器：SHT30溫濕度計（I2C）、BH1750光照計（I2C）

   3. 通信：內置Wi-Fi + 外接4G模塊（USB接口）

2. 低功耗策略

// OpenHarmony低功耗驅動層實現  
void enter_deep_sleep() {  // 關閉非必要外設  power_off(USB_HOST);  power_off(HDMI);  // 配置RTC定時喚醒（10分鐘）  rtc_set_alarm(600);  // 進入深度睡眠（僅保留RTC供電）  set_power_state(DEEP_SLEEP);  
}  

1. 數據傳輸邏輯

// 云端對接（華為云IoTDA）  
import cloud from '@hw.hmos/cloud';  @Component  
struct SensorGateway {  async onWakeUp() {  const data = this.readSensors();  try {  await cloud.publish({ topic: 'agriculture/1', payload: data });  } catch (error) {  // 斷網緩存至本地NVMe  fs.writeSync('cache.dat', data);  }  enter_deep_sleep();  }  
}  

1. 實測功耗數據

工作模式	電流	持續時間
深度睡眠	0.8mA	9分50秒
傳感器采集+數據傳輸	280mA	10秒
日均總功耗	≈0.5Wh	-

1. 部署效果

   1. 2節18650電池（7.4V/5000mAh）續航＞6個月

   2. 斷網數據恢復成功率100%（本地NVMe緩存）

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（三）技術優勢對比

能力	傳統方案（樹莓派4B）	ShimetaPi M4-R1方案
多屏異顯成本	需額外購買HDMI分線器	原生支持雙屏異構輸出
休眠功耗	35mA（無法徹底關斷USB）	0.8mA（硬件級電源隔離）
斷網數據保障	SD卡易損壞	NVMe工業級存儲
云端協議支持	需移植MQTT庫	原生集成華為云/Ali云SDK

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（四）案例總結

• 多屏異顯終端：充分發揮RK3568B2的異構渲染能力，降低系統復雜度

• 物聯網網關：通過硬件級電源管理+OpenHarmony輕量化棧，實現超低功耗 兩者均驗證了M4-R1在工業級穩定性與國產化生態上的雙重優勢。

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三、技術演進方向

• 生態擴展計劃：

  • 2025 Q3 發布 專用 HAT 擴展板（含 POE 供電/4G 模塊/CAN 控制器），覆蓋工業通信全場景。

  • 開源 OpenHarmony 驅動庫（GitHub @ShimetaTech），提供 UART/CAN 等工業協議標準化接口。

• 開發者支持：

  • 免費提供 RKNN 模型量化工具鏈（適配 PyTorch/TensorFlow），降低 AI 部署門檻。

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四、結語

ShimetaPi M4-R1 通過 硬件國產化、OS 自主化 和 接口工業化 三重設計，為教育、工業、信創領域提供可持續的技術底座。其性能對標樹莓派 4B 但成本降低 40%，且規避了國際供應鏈風險，是本土化技術創新的代表性解決方案。

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注：實測數據基于 ShimetaPi 實驗室環境（室溫 25℃），AI 推理幀率使用 RKNN-Toolkit2 v1.6 量化模型測試。