DJI Drohnen: CPU, RAM, SoC – Was steckt drin? (Tear Down)

Nachdem sich unser Kurzartikel zum Innenleben der DJI Mavic Mini Drohne als sehr beliebt herausgestellt hat, wollen wir uns in diesem Artikel auch den Komponenten weiter DJI Drohnen widmen.

In einer aufwändigen Recherche haben wir euch die wichtigsten Komponenten der DJI Drohnen zusammengetragen und übersichtlich gegenübergestellt.

Dieser Artikel richtet sich vor allem an die Leser unter euch, die sich für die genaue Technik hinter den DJI Produkten interessieren.

Wer hieran Spaß hat, dem empfehlen wir in jedem Fall unseren Artikel zum Thema OcuSync 2.0 und Lightbride.

Hinweis: Die einzelnen Komponenten haben wir in vielen Stunden Arbeit für euch recherchiert. Die Recherche erfolgte nach bestem Wissen und Gewissen. Fehler wollen wir trotzdem nicht ausschließen. Fragliche Daten haben wir mit (?) gekennzeichnet. Für Hinweise sind wir dankbar!

Was steckt in einer Drohne?

Die meisten modernen Drohnen sind sehr ähnlich aufgebaut und beinhalten auf groben Detaillevel alle nahezu dieselben Funktionsbausteine.

Die Hauptrecheneinheit der Drohne findet sich meist auf dem so genannten Mainboard wieder. Das SoC (System on a Chip) ist ein kleiner Computer, der die Rechenleistung für Hauptkamera und weiterführenden Funktionen bereitstellt. Neben der Flusssteuerung übernimmt dieser SoC auch die Codierung von Videos oder die Auswertung diverser Umgebungssensoren.

Zusätzlich auf dem Mainboard ist zumeist die IMU zu finden. IMU steht für inertial measurement unit und stellt einen elektronischen Baustein dar, der einen Kreisel (Gyro), ein Beschleunigungsmesser (Accelerometer) und oft auch einen Kompass (Magnetometer) in einem Bauteil vereint.

Höherwertige Drohnen haben oft zwei oder sogar mehrere IMUs, um Ausfallredundanz zu bilden. Zusätzlich findet sich neben der IMU oft noch ein Barometer an Bord, dass auf Basis des Luftdrucks die Flughöhe der Drohne stabilisieren kann.

Nicht zu vergessen ist natürlich der GPS-Empfänger, welcher zur Bestimmung der Position auf Basis von Satellitennavigation verwendet wird. Alle Sensordaten werden aufbereitet und laufen im Flight Controller zusammen. Der Flight Controller kann teilweise durch das SoC abgedeckt werden oder ist als eigener Mikroprozessor ausgeführt.

Die Ansteuerung der Motoren erfolgt meist über dezentrale Drehzahlregler (ESCs) oder wird von einem zentralen ESC mit mehreren Kanälen (4-in-1, 6-in-1) übernommen. Die Kommunikation zwischen ESCs und Flight Controller ist dabei in den meisten Fällen bereits vollständig digitalisiert.

Ist die Drohne mit Kameras ausgestattet, die die Umgebung der Drohne wahrnehmen und somit eine autonome Navigation ermöglichen, verfügt das SoC zudem über sogenannte dedizierte „Processing Pipes. Diese Erlauben es Kameras über Schnittstellen wie MIPI CSI-2 an das SoC zur Echtzeitanalyse der Bildeten anzubinden.

Natürlich wird in den meisten Fällen auch das Gimbal direkt über das SoC und/oder den Flight Controller gesteuert. Hier ist eine Anbindung via IDC/I2C geläufig. In älteren Modellen kommt auch noch PWM zu Einsatz.

Das Gimbal selbst verfügt in der Regel wiederum über einen eigenen Controller und ESCs, die die Gimbal-Motoren ansteuern.

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Welches SoC steckt in DJI Drohnen? (Video Processing)

Die allgemeine Performance, ganz besonders in Hinblick auf die Videofähigkeiten, hängen stark vom verwendeten SoC ab. Das gilt zumindest dann, wenn die verwendete Kamera nicht selbst über einen dedizierten DSP und Encoder verfügt.

Zunächst wollen wir uns also die verschiedenen SoC ansehen, die DJI in seinen aktuellen Drohnen verwendet.

Es fällt direkt auf, dass die meisten SoC deutlich mehr können, als die Spezifikationen der verschiedenen Drohnen hergeben. Dafür gibt es zwei Hauptgründe:

Der erste davon ist technischer Natur: Hohe Videoauflösungen mit hohen Frameraten und hoher Bitrate benötigt viel Rechenleistung. Diese führt zum einen zu viel Abwärme, die aus der Drohne geführt werden muss, zum anderen schlägt der zusätzliche Energieverbrauch auch auf die Flugzeit.

Es ist also kein Zufall, dass wir 4K mit 60 fps oder 4K mit 30fps und 10 Bit Farbtiefe bisher nur in größeren DJI Drohnen sehen.

Der zweite Grund ist natürlich das Marketing bzw. der Produktmix. Auch wenn das SoC der Mavic Mini theoretisch sogar potenter ist, als das SoC der Mavic 2 Serie, so würde es – die oben genannten technischen Imitationen außen vor gelassen – keinen Sinn für DJI machen, sine günstiges Drohne mit besseren oder den gleichen Funktionen, wie das Flaggschiff der Hobby-Reihe auszustatten.

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Welche CPUs werden verwendet?

In der folgenden Tabelle haben wir die CPUs / Microprozessoren aufgelistet, die als Hauptrecheneinheit und somit zur Steuerung (Flight Controller) genutzt werden.

Leider lassen sich vor allem für die Mavic Air Drohne fast keine Informationen auftreiben. Sollte jemand eine defekte Mavic Air zu Hause haben: Wir freuen uns über eine Spende, um das Teil zu analysieren. ;)

RAM: Und was ist mit Arbeitsspeicher?

Letztendlich sind moderne Drohnen eigentlich fliegende Smartphones, wenn man die innere Hardware betrachtet (tatsächlich gibt es erstaunlich viele Übereinstimmungen zu aktuellen Android-Geräten des Mittelklassesegments). Dazu gehört auch Arbeitsspeicher (RAM). Hierbei haben SoC und CPU in der Regel jeweils getrennten RAM-Cache zur Verfügung.

Der benötigte Arbeitsspeicherkapazität unterscheidet sich dabei zwischen SoC und Hauptprozessor teilweise deutlich. DJI stellt den Drohnen in der Regel mehr Speicher zur Verfügung, wenn es um das Video Processing geht.

Auch hier gibt es zwischen den Drohnenmodellen Unterschiede in der Kapazität. Das liegt zum einen an der maximal von der Drohne unterstützen Auflösung und zum anderen an dem verwendeten Codecs zur Enkodieren des Videomaterials.

Je höher die Auflösung, Framerate und Farbtiefe sowie Encoding-Profile, die zum Einsatz kommen (können), desto mehr Arbeitsspeicher sollte dem SoC zur Verfügung stehen.

Auch er verwendete SoC spielt eine Rolle, wenn es um die Bestimmung der Kapazität des Arbeitsspeichers geht.

Schön zusehen ist, wie die älteren Drohnengenerationen teilweise noch DDR2 Speicher verwenden (was für den Zweck völlig ausreichen ist) und dann mit den neueren Modellen ein recht zügiger Schwenk auf DDR3-Speicher vollzogen wurde. Eine Drohne mit DDR4 gibt es mit der Mavic 2 Serie ebenfalls bereits. Ob sich daraus ein echter Leistungsvorteil im Gegensatz zu DDR4 ergibt, darf bezweifelt werden. Gut ist es in jedem Fall, wenn man an die Energieeffizienz denkt.

Der folgende Speicher ist dem SoC gewidmet:

Und so sieht es in Bezug auf dem RAM für den Hauptprozessor aus:

Auch hier finden sich nahezu keine (oder keine belastbare) Informationen zur Mavic Mini Drohne. Wir aktualisieren die Auflistung, sobald wir fündig werden sollten.

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GPS-Module: GNSS-Empfänger von DJI Drohnen

Natürlich unterstützen alle modernen Drohnen von DJI (und von anderen Herstellern) die Positionsbestimmung via GPS. Dafür kommt ein sogenannter GPS-Empfänger (genauer GNSS-Empfänger) zum Einsatz.

Folgende Module werden zurzeit von DJI verwendet:

Die mit „DJI“ als Hersteller gekennzeichneten Module sind mit großer Wahrscheinlichkeit ebenfalls GNSS-Module aus dem Hause U-Blox.

RF-Chips: Funkverbindung für OcuSync und Co

Die Drohne muss ebenfalls in der Lage sein, Daten zu empfangen und zurück an die Fernsteuerung zu senden. Dafür setzt DJI verschiedene Protokolle und Verfahren ein. Eine allgemeine Übersicht, erhält du in unserem OcuSync 2.0 und Lightbridge Artikel.

Leider ist es in dieser Chip-Disziplin nur schwer an verlässliche Informationen zu kommen. Folgendes konnten wir jedoch herausfinden:

Interessant: Mavic Mini und Mavic Air nutzen denselben Wi-Fi-Chip. Die in der Praxis höhere Reichweite der Mavic Mini ist demnach auf eine Verbesserung der Antenne(positionierung) und auf Softwareverbesserungen zurückzuführen.

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Kamerasensoren: Was steckt in der DJI Drohnen Kamera?

Zu letzt werfen wir noch einen kurzen Blick auf die von DJI verwendeten Kamerasensoren. DJI setzt aktuell offensichtlich ausschließlich auf hochwertige Bildsensoren von Sony.

Auch in der Hasselblad Kamera der Mavic 2 Pro Drohne steckt ein Sony Sensor – derselbe wie in der Phantom 4 Pro und aufwärts.

Warum DJI im Downstream-Video-Processing auf Komponenten anderer Hersteller (wie Ambarella) setzt und nicht die Sony eigenen Processing-Einheiten verwendet, ist eine zulässige Frage. Wahrscheinlich hat es Kostengründe.

Zur Mavic Mini Drohne finden sich aktuell leider noch keine genauen Daten. Es ist aber davon auszugehen, dass auch hier ein Exmor R IMX377 oder IMX477 drin steckt.

Schlusswort

Wir hoffen, dir hat unsere detaillierte Auflistung von den Komponenten im Inneren der DJI Drohnen geholfen und du hast nun einen besseren Überblick, was dort eigentlich so alles am Himmel werkelt.

Sollte dies der Fall sein, freuen wir uns darüber, wenn du den Artikel teilst. Bei Fragen oder Anregungen hinterlasse gerne jederzeit einen Kommentar. Auch freuen wir uns darüber, wenn du für den Kauf einer neuen Drohne einen unserer Partnerlinks verwendest (mit * gekennzeichnet), so erhalten wir eine kleine Provision.

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