Почему Raspberry Pi не лучший выбор для коммерческих продуктов

RPi принесла в мире потрясающие результаты, особенно для начинающих молодых инженеров, но вот подробное описание того, почему это, вероятно, не то, что вам нужно для профессионала. проект.

RPi принесла много пользы в мире, особенно начинающим молодым инженерам, но вот разбивка того, почему это, вероятно, не то, что вам нужно для профессионального проекта.

В недавнем опросе AAC около 20% респондентов заявили, что используют платы для производителей конечных продуктов. В вопросе читателя некоторые члены сообщества сообщили об использовании советов производителей, в том числе Raspberry Pi, в различных условиях, включая некоторые примеры профессионального развития.

Хотя платы производителей являются важными инструментами во многих ситуациях, включая обучение STEM и создание прототипов продуктов, в этой статье я выделю некоторые недостатки плат производителей в отношении общих требований к коммерческому или промышленному продукту, используя Raspberry Pi в качестве пример.

Моя цель здесь не в том, чтобы отговорить вас от использования Raspberry Pi или осудить его. Без сомнения, Raspberry Pi - отличная инициатива и отличная встраиваемая компьютерная плата для обучения и создания прототипов. Скорее моя цель - проинформировать инженеров о некоторых концепциях, которые могут повлиять на разработку их коммерческих продуктов, особенно если они используют Raspberry Pi в качестве базовой платы для встраиваемых вычислений.

Почему некоторые инженеры выбирают RPi?

Давайте сначала попробуем понять, почему многие инженеры могут захотеть использовать Raspberry Pi для разработки своих продуктов.

У Raspberry Pi есть различные преимущества:

• Низкая стоимость (~ 35 $)
• Огромная вычислительная мощность на компактной плате.
• Множество интерфейсов (HDMI, несколько USB, Ethernet, встроенный Wi-Fi и Bluetooth, множество GPIO, питание от USB и т. д.)
• Поддерживает Linux, Python (упрощая создание приложений)
• Готовые примеры при поддержке сообщества
• Разработка такой встроенной платы потребует больших денег и усилий.

Когда вы строите хобби или личный проект, все упомянутые выше моменты хороши. Но если вы создаете промышленный или коммерческий продукт, вам нужно подумать о множестве других критических параметров, прежде чем выбирать любую готовую встраиваемую плату.

Итак, какие параметры следует учитывать, прежде чем выбирать встраиваемую плату для разработки для разработки своего продукта?

1. Сколько вам нужно в долгосрочной перспективе?

Доступность оборудования, которое вы выбираете для своей конструкции, является наиболее важным параметром, который следует учитывать при создании продукта. В среднем, если вы создаете коммерческий продукт, потребуется около 18-24 месяцев, прежде чем вы сможете начать продавать его на рынке.

После этого вы захотите продать продукт в течение нескольких лет, скажем, от трех до четырех лет, прежде чем вы захотите начать переход на другую доску. Итак, если вы планируете использовать в своем продукте готовую встраиваемую плату для разработки, я считаю, что минимальный доступный срок для этой платы составляет семь лет или более.

Теперь давайте сделаем быструю проверку, согласно веб-сайту Raspberry Pi, об обязательной доступности плат:

• Доступность Raspberry Pi 3 Model B +, январь 2023 г. (с июля 2019 г. осталось ~ 3,5 года)
• Доступность Raspberry Pi 3 Model A +, январь 2023 г. (осталось ~ 3,5 года)
• Доступность Raspberry Pi Zero, январь 2022 г. (осталось ~ 2,5 года)

Имейте в виду, что упомянутые выше обязательства по доступности не гарантируют доступ к определенному количеству плат, когда они вам понадобятся. Итак, вопрос для вас, дизайнера, заключается в том, хотите ли вы выбрать доску, которая будет доступна только в течение следующих трех-четырех лет? Вдобавок к этому, думали ли вы о том, как получить необходимое количество, когда оно вам понадобится?

Независимо от того, что вы покупаете, одна из рекомендаций - посетить такие сайты, как Digi-Key, Mouser и другие, чтобы проверить доступность ваших компонентов. У вас должна быть возможность связаться с представителем, который обсудит, могут ли они обеспечить запасы в необходимом вам количестве.

2. Сможете ли вы запустить свою операционную систему (ОС) на SD-карте?

Плата Raspberry Pi работает под управлением Linux на SD-карте. Это может означать, что защищенные приложения будут представлять проблему, поскольку это соединение SD-карты может иметь проблемы с вибрациями в поле. Нет никаких условий, гарантирующих целостность соединений во время работы. Вы можете использовать ненадежные обходные пути (двусторонние ленты, клей и т. Д.).

Другая проблема с этой ситуацией с SD-картой заключается в том, что она может быть повреждена, если она сильно записана или если плата не выключается должным образом во время операции записи файла. Чтобы решить эту проблему, вы можете в конечном итоге предоставить внешнюю батарею или источник питания на основе суперконденсатора для подачи сигнала прерывания при отключении питания, чтобы ваше программное обеспечение могло правильно завершить работу до отключения платы.

3. Насколько важны для вас USB-подключения?

На платах RPi отсутствуют разъемы для USB-разъемов, что делает невозможным подключение датчиков, модемов и т. Д. Через USB-соединение. Это вынуждает разработчиков подключать эти периферийные устройства через USB-кабель (не рекомендуется, особенно для промышленных приложений).

Далее самый важный аспект - наличие необходимого набора функций. На плате Raspberry Pi недоступны различные функции, которые могут быть важны при разработке коммерческого продукта.

4. Вам нужны часы реального времени с резервным аккумулятором?

В большинстве случаев, если вы хотите отслеживать события в режиме реального времени, вам нужны часы реального времени. Это не то, что входит в стандартную комплектацию плат Pi. Если вы хотите добавить внешнюю схему RTC, вы можете это сделать, но это приведет к увеличению затрат, усилий и места.

5. Нужны ли вам какие-либо из этих функций / интерфейсов?

Вот некоторые вещи, которые могут вам понадобиться, но семейство Pi не сможет их предоставить.

• ЖК-интерфейс: Все сигналы дисплея RGB поступают на 40-контактный разъем. Если нужно использовать TFT-дисплей, будет доступно очень мало или совсем не будет GPIO.
• Встроенный АЦП: Если вашему продукту требуется АЦП (разрешение 8/10/12 бит), вам нужно будет добавить внешний чип АЦП через I ² C / SPI.
• EEPROM / FRAM / SPI Flash: Для приложений регистрации данных очень важно иметь встроенную EEPROM, FRAM или Flash для хранения данных. В настоящее время этого не предусмотрено.
• Ограниченное количество UART: На заголовке доступен только один UART, который не позволяет принимать восемь сигналов. Обычно для большинства требований требуются два или три UART.
• Ограниченное количество операций ввода-вывода: В шапке доступно 28 GPIO, но для многих коммерческих приложений этого недостаточно.

В связи с вышеизложенным может потребоваться отдельная плата, чтобы заполнить пробел.

6. Вам потребуется внешний источник питания?

В коммерческом продукте вам необходимо предоставить дополнительный источник питания AC-DC (если продукт напрямую получает питание от сети переменного тока) или источник питания DC-DC (если продукт получает питание от внешнего адаптера (6 В / 12/24 В). или аккумулятор) для питания платы.

Разъем блока питания на плате также должен быть надежным во время работы. Блок питания на базе микроразъема USB не рекомендуется для коммерческого продукта. Кроме того, чтобы уберечь Raspberry Pi от сбоев, он также должен иметь защиту от обратного напряжения, перенапряжения и перегрузки.

7. Как вы подойдете к управлению температурным режимом?

Микропроцессор Raspberry Pi выделяет тепло, которое необходимо контролировать, иначе это может повлиять на надежность платы. На данный момент можно использовать только небольшой радиатор с клеем. Рядом с процессором нет монтажных отверстий, поэтому радиатор можно закрепить должным образом.

Тепловое изображение примерной схемы от ADI

В конечном итоге, если вы используете вычислительные возможности Raspberry Pi на 70-90%, вам может потребоваться подходящий радиатор, и вы в конечном итоге используете монтажные отверстия на плате и радиатор большего размера, который может быть недоступен. Возможно, возникнет необходимость в изготовлении радиатора индивидуальной конструкции и его изготовлении. Это дополнительные затраты и усилия.

Отметим, что недавно анонсированный RPi 4 испытывал некоторые проблемы с перегревом, которые, как сообщается, должно решить обновление прошивки.

8. Насколько важен размер вашего форм-фактора?

Как и в случае с любым другим устройством, пространство - это проблема. Основание дизайна на плате, такой как Pi, приведет к ограничениям на форм-фактор вашего конечного дизайна.

• Как бы вы спроектировали продукт круглой формы, если потребуется некоторый компромисс?
• Размер меньше платы Raspberry Pi определенно невозможен, верно?
• HDMI доступен с одной стороны, а разъемы USB и Ethernet - с другой. В приложении, где пользователю требуется доступ к порту HDMI, вам нужно использовать кабель, чтобы подвести его к разъемам USB / Ethernet и установить в специальный корпус. Подключение кабеля HDMI ненадежно для работы в полевых условиях.
• Дополнительный USB (модель B +):в приложении, если пользователю нужно открыть только два USB-порта, нужно использовать специальный корпус, чтобы скрыть два других USB-порта.

9. Сколько вам нужно поддержки разработчиков?

Платы Raspberry Pi замечательно поддерживаются онлайн-форумами и сообществом. Однако, поскольку сильные стороны RPi заключаются в поддержке сообщества, они не специализируются на поддержке профессиональных разработчиков. Сможете ли вы запустить продукт в сжатые сроки, воспользовавшись поддержкой сообщества, или вам потребуется специальная поддержка?

Прежде чем даже принять решение, вы должны составить контрольный список всех программных компонентов, которые вы собираетесь использовать, и проверить уровень доступной поддержки. В большинстве случаев рекомендуется проверить производительность, чтобы убедиться, что вы получите то, что ожидаете от конечного продукта.

10. Каковы ваши потребности в масштабируемости?

Поскольку на сегодняшний день платы Raspberry Pi не предназначены для коммерческих продуктов, у них нет совместимых плат, которые можно использовать в качестве замены и / или предлагать другую производительность, чтобы разработчик мог выбирать в зависимости от требований к вычислениям.

Что бы вы сделали, если бы закончили разработку, а затем поняли, что есть спрос на другие спецификации? Особенно при попытке перейти от стадии прототипирования к более масштабируемой части процесса разработки продукта, важно рассмотреть возможность доработки дизайна.

<час />

Все вышеперечисленное зависит от требований коммерческого продукта. В некоторых случаях того, что предлагает Raspberry Pi, более чем достаточно для приложения. В таких случаях вы можете использовать его для разработки своего продукта. Но я надеюсь, что этот список пунктов, упомянутых выше, может служить контрольным списком для инженеров, которые следует учитывать перед принятием решения об использовании Raspberry Pi в своем продукте.

Мой совет инженерам, которые ищут доступные встраиваемые вычислительные платы, - использовать профессиональные платы. Многие компании (такие как Kontron, Congatec, Compulab и др.) Предлагают платы с гарантированной доступностью более семи лет. Многие другие производители плат также будут иметь качество промышленного класса и возможность масштабирования.

Однако даже если вы решите работать с платами, предназначенными для коммерческих приложений, надеюсь, эта статья даст вам некоторые вещи, о которых следует подумать при разработке промышленных продуктов.