使用工業(yè)SMARC套件加速原型設(shè)計(jì)和開發(fā)

當(dāng) Arduino 和 Raspberry Pi （RPi） 等微控制器開發(fā)平臺(tái)分別于 2005 年和 2012 年首次出現(xiàn)時(shí)，它們通常被認(rèn)為只對(duì)學(xué)生、愛好者和創(chuàng)客感興趣。

然而，隨著時(shí)間的推移，與這些平臺(tái)相關(guān)的硬件和軟件的開源性質(zhì)——再加上圍繞它們發(fā)展的巨大硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)——導(dǎo)致專業(yè)工程師將它們用作傳感器、執(zhí)行器和執(zhí)行器的低成本評(píng)估平臺(tái)。外圍設(shè)備，以及作為下一代嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備的原型平臺(tái)。

到 2020 年初，估計(jì)至少售出 5000 萬個(gè) RPi 平臺(tái)，大約有十種不同的型號(hào)/版本。相比之下，大約有 20 種不同的 Arduino 平臺(tái)，其中一些具有多個(gè)版本。不幸的是，沒有關(guān)于售出多少 Arduino 的準(zhǔn)確記錄。如果只計(jì)算“官方”系統(tǒng)，那么 Arduino 的數(shù)量可能少于 RPi 的數(shù)量；然而，如果非官方克隆也被考慮在內(nèi)，那么 Arduino 的數(shù)量幾乎肯定會(huì)超過 RPi 平臺(tái)的數(shù)量。

生產(chǎn)問題的原型

工程師被驅(qū)動(dòng)去創(chuàng)造。許多工程師在自己的時(shí)間使用硬件和軟件，在家中試驗(yàn)外圍設(shè)備和傳感器，并開發(fā)潛在產(chǎn)品的原型版本。由于入門成本低，他們經(jīng)常使用 Arduino 或 RPi 開發(fā)板作為他們選擇的原型平臺(tái)。

除了這些平臺(tái)的開源特性之外，Arduino 擴(kuò)展板和 RPi HATS 幾乎適用于人們夢(mèng)寐以求的所有傳感器、執(zhí)行器和外圍設(shè)備。

不幸的是，當(dāng)工程師在家中所做的努力到達(dá)工作崗位時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)問題，此時(shí)他們的原型需要轉(zhuǎn)化為工業(yè)解決方案。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，Arduino 和 RPi 平臺(tái)是旨在支持商業(yè)溫度范圍和環(huán)境的商業(yè)產(chǎn)品——它們不適用于具有沖擊、振動(dòng)、嘈雜電源、高濕度和極端溫度的惡劣環(huán)境。

另一個(gè)問題是，面向消費(fèi)市場(chǎng)的產(chǎn)品的創(chuàng)造者——比如 Arduino 和 RPi 開發(fā)板——很樂意在情況需要時(shí)更換組件并進(jìn)行替換（“這些都是 10pF 陶瓷電容器，所以不會(huì)有如果我們可以互換使用它們，就會(huì)出現(xiàn)問題”）。對(duì)于用于醫(yī)療、工業(yè)或軍事用途的產(chǎn)品，這種理念是不可接受的。

最重要的是，根本不可能將 Arduino 或 RPi 原型“放入”盒子中并稱其為工業(yè)解決方案。

當(dāng)然，有許多現(xiàn)有的工業(yè)平臺(tái)可用，但是當(dāng)涉及到通用輸入/輸出 （GPIO） 引腳、脈寬調(diào)制器 （PWM） 功能、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC） 以及 I2C、SPI、UART 等通信功能。這使得很難將為 Arduino 或 RPi 開發(fā)的軟件和驅(qū)動(dòng)程序移植到工業(yè)平臺(tái)。

MRAA、UPM 和 SMARC 的救援

硬件抽象層 （HAL） 是在計(jì)算機(jī)的物理硬件和在該計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件之間以軟件實(shí)現(xiàn)的抽象層。HAL 的功能是向操作系統(tǒng) （OS） 內(nèi)核隱藏硬件差異，因此無需更改大多數(shù)內(nèi)核模式代碼即可在具有不同硬件的系統(tǒng)上運(yùn)行。

MRAA （發(fā)音為“em rah”）是英特爾的一個(gè)庫，它扮演 HAL 的角色并簡(jiǎn)化了連接到不同傳感器引腳的邏輯。除了允許用戶使用 C++、Python、JavaScript 或 Java 進(jìn)行編程之外，MRAA 還具有可移植性，從而允許在多個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行相同的代碼。

Arduino Create 是一個(gè)集成的在線平臺(tái)，使創(chuàng)客和專業(yè)開發(fā)人員能夠編寫代碼、訪問內(nèi)容、配置板和共享項(xiàng)目。對(duì)于 RPi，可以使用多個(gè)集成開發(fā)環(huán)境 （IDE）。MRAA 可用作 Arduino 和 RPi 平臺(tái)的 HAL。

最后但同樣重要的是，UPM是一個(gè)高級(jí)存儲(chǔ)庫，可為各種常用傳感器和執(zhí)行器提供軟件驅(qū)動(dòng)程序。這些軟件驅(qū)動(dòng)程序（可用于 Arduino 和 RPi 平臺(tái)）通過調(diào)用 MRAA API 與底層硬件平臺(tái)交互。

軟件/硬件堆棧的高級(jí)視圖

SMARC（“智能移動(dòng)架構(gòu)”）一詞是指針對(duì)需要低功耗、低成本和高性能的多功能、小型計(jì)算機(jī)目標(biāo)應(yīng)用程序的模塊定義。所有 SMARC 模塊都可以支持 -20 到 +85？C 的溫度范圍，有些支持 -40 到 +85？C 的范圍。SMARC 規(guī)范是在嵌入式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ SGET ）的主持下創(chuàng)建的，該組織的成員擁有許多“大牌”，例如 ADLINK、NXP 和德州儀器 （TI）。

所有這些硬件和軟件組件都以凌華科技的工業(yè) Pi （I-Pi） SMARC 開發(fā)套件的形式組合在一起。

介紹 I-Pi SMARC

下圖顯示了凌華科技的 I-Pi SMARC 開發(fā)套件。I-Pi SMARC 周圍的透明丙烯酸屏蔽層平衡了保護(hù)和訪問的要求。該套件還包括電源、USB 編程電纜和包含 Linux 操作系統(tǒng)的 SD 存儲(chǔ)卡。

請(qǐng)注意，I-Pi 是較大的載板，提供與外界的所有接口，而 SMARC 處理器模塊是插入 I-Pi 載板的較小板。同樣重要的是要注意，該套件具有為物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)建許多嵌入式系統(tǒng)和設(shè)備時(shí)所必需的功能——如實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （RTC）——但不包括在 RPi 等平臺(tái)上。

與凌華科技 I-Pi SMARC 的專業(yè)性質(zhì)相比，RPi 和 Ardunio 等消費(fèi)平臺(tái)的底層性質(zhì)之間的區(qū)別怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。如前所述，面向消費(fèi)市場(chǎng)的產(chǎn)品的創(chuàng)建者（如 Arduino 和 RPi 開發(fā)板）很樂意在情況需要時(shí)更改組件并進(jìn)行替換，而無需以任何方式將此類替換傳達(dá)給最終用戶。

相比之下，凌華科技的 I-Pi SMARC 遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ECN（工程變更通知）和 PCN（流程變更通知）實(shí)踐，這意味著最終用戶可以訪問審計(jì)跟蹤，定義進(jìn)行了哪些更改（如果有）以及原因做出了這些改變。（ECN 是影響產(chǎn)品合身性、形式或功能的項(xiàng)目；PCN 是對(duì)產(chǎn)品制造方式的更改。）

一個(gè)相關(guān)的問題是生產(chǎn)質(zhì)量問題的報(bào)告和調(diào)試。開發(fā)人員無法使用 RPi 和 Ardunio 等消費(fèi)平臺(tái)來做到這一點(diǎn)；相比之下，凌華科技的 I-Pi SMARC 等工業(yè)級(jí)平臺(tái)采用了報(bào)告和調(diào)試機(jī)制。

另一個(gè)問題涉及售后支持和 RMA（退貨授權(quán)），這是退回產(chǎn)品以在產(chǎn)品保修期內(nèi)獲得退款、更換或維修的過程的一部分。至于其所有其他產(chǎn)品，凌華科技完全保證并支持 I-Pi SMARC。

最后但同樣重要的是，像 RPi 和 Ardunio 這樣的消費(fèi)平臺(tái)無法保證壽命，它們可以隨時(shí)停產(chǎn)，恕不另行通知，這可能會(huì)使基于這些平臺(tái)的產(chǎn)品陷入混亂。相比之下，凌華科技的 I-Pi SMARC 等專業(yè)級(jí)平臺(tái)提供 10 年保證。

凌華科技的 I-Pi SMARC 開發(fā)套件支持多種部署場(chǎng)景。例如，已經(jīng)使用 Arduino 或 RPi 平臺(tái)創(chuàng)建原型的開發(fā)人員可以利用這些傳感器生態(tài)系統(tǒng)和庫，并且可以快速輕松地將他們的設(shè)計(jì)遷移到長期存在的、受修訂控制的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

當(dāng)從原型轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)可以使用 I-Pi 載體的開源規(guī)范作為起點(diǎn)，創(chuàng)建自己的載體，只包含所需的功能和接口（許多嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備）例如，HDMI 端口將沒有用處）。

盡管一些工程師可能會(huì)繼續(xù)使用 Arduino 和 RPi 平臺(tái)開發(fā)他們最初的家用原型，但預(yù)計(jì) - 由于 I-Pi SMARC 提供的價(jià)格實(shí)惠和眾多優(yōu)勢(shì) - 許多工程師將開始使用它作為他們?cè)诠ぷ骱图彝ブ羞x擇的原型平臺(tái)。

審核編輯：郭婷