原创 NXP iMX8系列处理器核心性能对比测试

By Toradex秦海

1). 简介

NXP iMX8系列ARM处理器是NXP近几年新发布的产品，架构均升级到了64bit的ARMv8，其中包含了iMX8，iMX8x，iMX8M Mini，iMX8M Plus等一系列处理器，其基本参数属性的对比可以参考下面来自于NXP官网的表格，而本文就从CPU核心、GPU核心、内存性能等几个方面对于iMX8系列的不同产品做一个简单对比测试供参考。需要注意的是Benchmark测试无法做到绝对完整客观，通常和软硬件系统配置以及所采用的Benchmark工具有很大的相关性，不同配置或工具可能得出不同结论，因此本文的测试只是基于本文测试环境以及所用Benchmark工具的参考数据。

本文所采用的全部测试平台均来自于Toradex iMX8 系列ARM核心板和对应载板。

2). 准备

a). Apalis iMX8QM 4GB WB IT ARM核心版配合Ioxra 载板，连接调试串口UART1（载板X22）到开发主机方便调试。

b). Colibri iMX8QXP 2GB WB IT ARM核心板配合Colibri Evaluation Board载板，连接调试串口UART1（载板X27）到开发主机方便调试。

c). Verdin iMX8M Mini Quad 2GB WB IT ARM核心板配合Verdin Development Board 载板，连接调试串口UART1（载板X66）到开发主机方便调试。

d). Verdin iMX8M Plus Quad 4GB WB IT ARM核心板配合Verdin Development Board 载板，连接调试串口UART1（载板X66）到开发主机方便调试。

3). 预设软件测试环境

a). 所有测试模块均更新为Toradex Ycoto Linux Reference Multimedia Image 5.3.0 Quarterly 版本。

b). 参考这里的说明在Linux下将所有测试模块的CPU核心工作模式设置为 ”performance”，也就是持续运行在最高主频。

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$ echo performance > /sys/devices/system/cpu//cpufreq/scaling_governor

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4). CPU单核性能对比测试

a). 测试工具软件 nbench，测试Linux BSP自带

b). 测试方法

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### 进入/usr/bin目录，因为测试需要NNET.DAT这个文件

$ cd /usr/bin

### 对于Apalis iMX8QM，分别测试A72核心和A53核心

$ taskset -c 4,5 nbench && taskset -c 0-3 nbench

### 对于其他模块

$ nbench

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c). 测试结果

./ Apalis iMX8QM A72

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root@apalis-imx8:/usr/bin# taskset -c 4,5 nbench

BYTEmark* Native Mode Benchmark ver. 2 (10/95)

Index-split by Andrew D. Balsa (11/97)

Linux/Unix* port by Uwe F. Mayer (12/96,11/97)

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index

                    :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*

--------------------:------------------:-------------:------------

NUMERIC SORT        :           695.3  :      17.83  :       5.86

STRING SORT         :          345.36  :     154.32  :      23.89

BITFIELD            :      2.2166e+08  :      38.02  :       7.94

FP EMULATION        :          198.55  :      95.27  :      21.98

FOURIER             :           47074  :      53.54  :      30.07

ASSIGNMENT          :          23.827  :      90.67  :      23.52

IDEA                :          6381.3  :      97.60  :      28.98

HUFFMAN             :          1921.2  :      53.27  :      17.01

NEURAL NET          :          19.353  :      31.09  :      13.08

LU DECOMPOSITION    :          1125.2  :      58.29  :      42.09

==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================

INTEGER INDEX       : 64.608

FLOATING-POINT INDEX: 45.949

Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

-------------------------------

./ Apalis iMX8QM A53

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root@apalis-imx8:/usr/bin# taskset -c 0-3 nbench                                                    

BYTEmark* Native Mode Benchmark ver. 2 (10/95)

Index-split by Andrew D. Balsa (11/97)

Linux/Unix* port by Uwe F. Mayer (12/96,11/97)

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index

                    :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*

--------------------:------------------:-------------:------------

NUMERIC SORT        :          432.04  :      11.08  :       3.64

STRING SORT         :          142.03  :      63.46  :       9.82

BITFIELD            :      1.8588e+08  :      31.88  :       6.66

FP EMULATION        :          94.362  :      45.28  :      10.45

FOURIER             :           19599  :      22.29  :      12.52

ASSIGNMENT          :          11.424  :      43.47  :      11.28

IDEA                :          2943.3  :      45.02  :      13.37

HUFFMAN             :          998.72  :      27.69  :       8.84

NEURAL NET          :          6.9556  :      11.17  :       4.70

LU DECOMPOSITION    :          462.88  :      23.98  :      17.32

==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================

INTEGER INDEX       : 34.226

FLOATING-POINT INDEX: 18.143

Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

-------------------------------

./ Colibri iMX8X A35

-------------------------------

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index

                    :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*

--------------------:------------------:-------------:------------

NUMERIC SORT        :          370.76  :       9.51  :       3.12

STRING SORT         :          103.29  :      46.15  :       7.14

BITFIELD            :      1.3321e+08  :      22.85  :       4.77

FP EMULATION        :          70.273  :      33.72  :       7.78

FOURIER             :           16962  :      19.29  :      10.83

ASSIGNMENT          :          9.5353  :      36.28  :       9.41

IDEA                :          2319.5  :      35.48  :      10.53

HUFFMAN             :          814.55  :      22.59  :       7.21

NEURAL NET          :          5.9326  :       9.53  :       4.01

LU DECOMPOSITION    :          408.75  :      21.18  :      15.29

==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================

INTEGER INDEX       : 26.762

FLOATING-POINT INDEX: 15.731

Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Mini A53

-------------------------------

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index

                    :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*

--------------------:------------------:-------------:------------

NUMERIC SORT        :          576.19  :      14.78  :       4.85

STRING SORT         :          189.54  :      84.69  :      13.11

BITFIELD            :      2.4316e+08  :      41.71  :       8.71

FP EMULATION        :           125.9  :      60.41  :      13.94

FOURIER             :           26154  :      29.74  :      16.71

ASSIGNMENT          :          15.263  :      58.08  :      15.06

IDEA                :            3927  :      60.06  :      17.83

HUFFMAN             :          1332.7  :      36.96  :      11.80

NEURAL NET          :          9.2744  :      14.90  :       6.27

LU DECOMPOSITION    :          621.37  :      32.19  :      23.24

==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================

INTEGER INDEX       : 45.545

FLOATING-POINT INDEX: 24.252

Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Plus A53

-------------------------------

TEST                : Iterations/sec.  : Old Index   : New Index

                    :                  : Pentium 90* : AMD K6/233*

--------------------:------------------:-------------:------------

NUMERIC SORT        :          576.66  :      14.79  :       4.86

STRING SORT         :          189.55  :      84.69  :      13.11

BITFIELD            :       2.429e+08  :      41.67  :       8.70

FP EMULATION        :          125.89  :      60.41  :      13.94

FOURIER             :           26154  :      29.74  :      16.71

ASSIGNMENT          :          15.209  :      57.87  :      15.01

IDEA                :          3927.1  :      60.06  :      17.83

HUFFMAN             :          1332.7  :      36.96  :      11.80

NEURAL NET          :          9.2744  :      14.90  :       6.27

LU DECOMPOSITION    :          615.61  :      31.89  :      23.03

==========================ORIGINAL BYTEMARK RESULTS==========================

INTEGER INDEX       : 45.520

FLOATING-POINT INDEX: 24.177

Baseline (MSDOS*)   : Pentium* 90, 256 KB L2-cache, Watcom* compiler 10.0

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d). 测试结果图表展示

5). CPU多核性能对比测试一

a). 测试工具软件 7zip，需通过Ycoto环境编译

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### option-1 IPK package ###

### on compiling server

$ bitbake p7zip

$ scp deploy/ipk/aarch64/p7zip_16.02-r0_aarch64.ipk root@:/home/root/

### on target device

$ cd /home/root && opkg install p7zip_16.02-r0_aarch64.ipk

### option-2 modify conf/local.conf to include 7zip into image

IMAGE_INSTALL_append = " p7zip"

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b). 测试方法

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### 为了将多核尽可能满负荷，benchmark threads数量设置根据memory容量1.5或者2倍于设备CPU核心数

### 对于Apalis iMX8QM

$ 7z b -mmt12

### 对于其他模块

$ 7z b -mmt6

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c). 测试结果

./ Apalis iMX8 2xA72+4xA53

-------------------------------

root@apalis-imx8:~# 7z b -mmt12

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21

p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,6 CPUs LE)

LE

CPU Freq: - - - - - - - - -

RAM size:    3713 MB,  # CPU hardware threads:   6

RAM usage:   2647 MB,  # Benchmark threads:     12

                       Compressing  |                  Decompressing

Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating

         KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       4431   528    817   4311  |      85954   583   1257   7331

23:       4342   540    819   4424  |      84676   586   1251   7326

24:       4534   576    846   4876  |      83469   588   1246   7326

25:       4478   580    882   5114  |      82760   591   1247   7365

----------------------------------  | ------------------------------

Avr:             556    841   4681  |              587   1250   7337

Tot:             571   1046   6009

-------------------------------

./ Colibri iMX8X 4xA35

-------------------------------

root@colibri-imx8x:~# 7z b -mmt6

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21

p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,4 CPUs LE)

LE

CPU Freq: 64000000 - - - - - - - -

RAM size:    1775 MB,  # CPU hardware threads:   4

RAM usage:   1323 MB,  # Benchmark threads:      6

                       Compressing  |                  Decompressing

Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating

         KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       1885   362    506   1835  |      35207   359    837   3003

23:       1860   364    521   1896  |      36510   377    838   3159

24:       1890   378    538   2033  |      35043   368    836   3076

25:       1870   378    566   2136  |      33807   359    838   3009

----------------------------------  | ------------------------------

Avr:             371    533   1975  |              366    837   3062

Tot:             368    685   2518

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Mini 4xA53

-------------------------------

root@verdin-imx8mm:~# 7z b -mmt6

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21

p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,4 CPUs LE)

LE

CPU Freq: - - - - - - - - -

RAM size:    1982 MB,  # CPU hardware threads:   4

RAM usage:   1323 MB,  # Benchmark threads:      6

                       Compressing  |                  Decompressing

Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating

         KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       2587   368    683   2517  |      62071   380   1393   5293

23:       2575   376    698   2624  |      58488   364   1389   5061

24:       2608   384    730   2805  |      56726   360   1384   4979

25:       2547   378    769   2908  |      56061   359   1390   4989

----------------------------------  | ------------------------------

Avr:             377    720   2713  |              366   1389   5081

Tot:             371   1054   3897

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Plus 4xA53

-------------------------------

root@verdin-imx8mp:~# 7z b -mmt6

7-Zip (a) [64] 16.02 : Copyright (c) 1999-2016 Igor Pavlov : 2016-05-21

p7zip Version 16.02 (locale=C,Utf16=off,HugeFiles=on,64 bits,4 CPUs LE)

LE

CPU Freq: 64000000 - - 64000000 - 256000000 - - -

RAM size:    3635 MB,  # CPU hardware threads:   4

RAM usage:   1323 MB,  # Benchmark threads:      6

                       Compressing  |                  Decompressing

Dict     Speed Usage    R/U Rating  |      Speed Usage    R/U Rating

         KiB/s     %   MIPS   MIPS  |      KiB/s     %   MIPS   MIPS

22:       3100   377    801   3016  |      61989   371   1426   5286

23:       3035   375    824   3093  |      63639   386   1427   5507

24:       3035   379    862   3264  |      63178   389   1427   5545

25:       3004   377    910   3431  |      57788   360   1430   5143

----------------------------------  | ------------------------------

Avr:             377    849   3201  |              376   1427   5370

Tot:             377   1138   4286

-------------------------------

d). 测试结果图表展示

6). CPU多核性能对比测试二

a). 测试工具软件 smallpt，需下载源码编译，详细的下载编译使用请参考这里

b). 测试方法

-------------------------------

### 对于Apalis iMX8QM

$ taskset -c 0-5 time ./smallpt 100

### 对于其他模块

$ taskset -c 0-3 time ./smallpt 100

-------------------------------

c). 测试结果

./ Apalis iMX8QM 2xA72+4xA53

-------------------------------

root@apalis-imx8:~# taskset -c 0-5 time ./smallpt 100

Rendering (100 spp) 100.00%

real    1m 34.80s

user    9m 23.44s

sys     0m 0.03s

-------------------------------

./ Colibri iMX8X 4xA35

-------------------------------

root@colibri-imx8x-06748681:~# taskset -c 0-3 time ./smallpt 100                                    

Rendering (100 spp) 100.00%

real    3m 52.67s

user    15m 18.40s

sys     0m 0.13s

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Mini 4xA53

-------------------------------

root@verdin-imx8mm:~#  taskset -c 0-3 time ./smallpt 100

Rendering (100 spp) 100.00%

real    2m 30.11s

user    9m 56.64s

sys     0m 0.06s

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Plus A53

-------------------------------

root@verdin-imx8mp:~# taskset -c 0-3 time ./smallpt 100

Rendering (100 spp) 100.00%

real    2m 30.05s

user    9m 56.26s

sys     0m 0.07s

-------------------------------

d). 测试结果图表展示

7). 内存性能测试

a). 测试工具软件 stream，测试Linux BSP自带。另外BSP中还有其他内存测试工具，比如tinymembench，有兴趣的读者可以自行测试。

b). 测试方法

-------------------------------

### 对于Apalis iMX8QM，分别测试A72核心和A53核心

$ taskset -c 4-5 stream && taskset -c 0-3 stream

### 对于其他模块

$ taskset -c 0-3 stream

-------------------------------

c). 测试结果

./ Apalis iMX8QM 2xA72

-------------------------------

root@apalis-imx8:~# taskset -c 4-5 stream

STREAM copy latency: 2.60 nanoseconds

STREAM copy bandwidth: 6159.37 MB/sec

STREAM scale latency: 2.57 nanoseconds

STREAM scale bandwidth: 6232.96 MB/sec

STREAM add latency: 4.52 nanoseconds

STREAM add bandwidth: 5312.67 MB/sec

STREAM triad latency: 4.52 nanoseconds

STREAM triad bandwidth: 5305.04 MB/sec

-------------------------------

./ Apalis iMX8QM 4xA53

-------------------------------

root@apalis-imx8:~# taskset -c 0-3 stream                                                           

STREAM copy latency: 5.88 nanoseconds

STREAM copy bandwidth: 2722.48 MB/sec

STREAM scale latency: 7.44 nanoseconds

STREAM scale bandwidth: 2149.96 MB/sec

STREAM add latency: 13.36 nanoseconds

STREAM add bandwidth: 1796.68 MB/sec

STREAM triad latency: 15.41 nanoseconds

STREAM triad bandwidth: 1557.53 MB/sec

-------------------------------

./ Colibri iMX8X 4xA35

-------------------------------

root@colibri-imx8x-06748681:~# taskset -c 0-3 stream

STREAM copy latency: 5.94 nanoseconds

STREAM copy bandwidth: 2695.42 MB/sec

STREAM scale latency: 8.78 nanoseconds

STREAM scale bandwidth: 1821.91 MB/sec

STREAM add latency: 13.61 nanoseconds

STREAM add bandwidth: 1763.93 MB/sec

STREAM triad latency: 15.72 nanoseconds

STREAM triad bandwidth: 1526.23 MB/sec

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Mini 4xA53

-------------------------------

root@verdin-imx8mm:~#  taskset -c 0-3 stream

STREAM copy latency: 4.17 nanoseconds

STREAM copy bandwidth: 3839.23 MB/sec

STREAM scale latency: 5.46 nanoseconds

STREAM scale bandwidth: 2928.26 MB/sec

STREAM add latency: 9.13 nanoseconds

STREAM add bandwidth: 2628.41 MB/sec

STREAM triad latency: 10.70 nanoseconds

STREAM triad bandwidth: 2242.15 MB/sec

-------------------------------

./ Verdin iMX8M Plus 4xA53

-------------------------------

root@verdin-imx8mp:~# taskset -c 0-3 stream

STREAM copy latency: 3.06 nanoseconds

STREAM copy bandwidth: 5226.20 MB/sec

STREAM scale latency: 5.30 nanoseconds

STREAM scale bandwidth: 3020.58 MB/sec

STREAM add latency: 8.58 nanoseconds

STREAM add bandwidth: 2797.53 MB/sec

STREAM triad latency: 10.22 nanoseconds

STREAM triad bandwidth: 2348.11 MB/sec

-------------------------------

d). 测试结果图表展示

8). GPU性能测试

a). 测试工具软件glmark2-es2-wayland，测试Linux BSP自带。Apalis iMX8/Colibr iiMX8X连接LVDS液晶屏，分辨率为1280x800; Verdin iMX8MM/iMX8MP连接HDMI显示器，分辨率1920x1080。

b). 测试方法

-------------------------------

### 保证测试输出分辨率统一为 1280x800 ###

### Apalis iMX8/Colibri iMX8X

$ glmark2-es2-wayland --fullscreen

### Verdin iMX8MM/iMX8MP

$ glmark2-es2-wayland --size 1280x800

-------------------------------

c). 测试结果

./ Apalis iMX8QM 2x GC7000XSVX GPU

-------------------------------

root@apalis-imx8:~# glmark2-es2-wayland --fullscreen

EGL: Warning: No default display support on wayland

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    glmark2 2017.07

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    OpenGL Information

    GL_VENDOR:     Vivante Corporation

    GL_RENDERER:   Vivante GC7000XSVX

    GL_VERSION:    OpenGL ES 3.2 V6.4.3.p1.305572

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......

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                                  glmark2 Score: 1308

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./ Colibri iMX8X 1x GC7000L GPU

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root@colibri-imx8x-06748681:~# glmark2-es2-wayland --fullscreen

EGL: Warning: No default display support on wayland

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    glmark2 2017.07

=======================================================

    OpenGL Information

    GL_VENDOR:     Vivante Corporation

    GL_RENDERER:   Vivante GC7000L

    GL_VERSION:    OpenGL ES 3.1 V6.4.3.p1.305572

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......

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                                  glmark2 Score: 516

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./ Verdin iMX8M Mini 1x GC7000NanoUltra GPU

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root@verdin-imx8mm:~# glmark2-es2-wayland --size 1280x800

EGL: Warning: No default display support on wayland

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    glmark2 2017.07

=======================================================

    OpenGL Information

    GL_VENDOR:     Vivante Corporation

    GL_RENDERER:   Vivante GC7000NanoUltra

    GL_VERSION:    OpenGL ES 2.0 V6.4.3.p1.305572

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......

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                                  glmark2 Score: 165

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./ Verdin iMX8M Plus 1x GC7000UL GPU

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root@verdin-imx8mp:~# glmark2-es2-wayland --size 1280x800

EGL: Warning: No default display support on wayland

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    glmark2 2017.07

=======================================================

    OpenGL Information

    GL_VENDOR:     Vivante Corporation

    GL_RENDERER:   Vivante GC7000UL

    GL_VERSION:    OpenGL ES 3.1 V6.4.3.p1.305572

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......

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                                  glmark2 Score: 521

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d). 测试结果图表展示

9). 总结

本文从CPU、GPU、内存等几个方面简单对NXP iMX8系列嵌入式ARM处理器家族产品进行了一些benchmark测试，从结果可以看到iMX8QM各方面性能都是非常领先的；iMX8X强调功耗性能比，非常均衡；iMX8M Mini和iMX8M Plus在CPU方面基本相当，GPU则是iMX8M Plus领先巨大，同时iMX8M Plus还拥有一个神经网络算法加速的NPU核心，综合下来iMX8M Plus性能还是好于iMX8M Mini。

参考文献

https://developer.toradex.cn/knowledge-base/board-support-package/openembedded-core

https://developer.toradex.cn/knowledge-base/toradex-easy-installer-os-and-demo-images