使用工业Pi SMARC 套件加快原型设计和开发

当Arduino和Raspberry Pi（RPi）等微控制器开发平台分别在2005年和2012年首次出现时，它们通常被认为只对学生，业余爱好者和制造商感兴趣。

然而，随着时间的推移，与这些平台相关的硬件和软件的开源性质 - 加上围绕它们发展的巨大硬件和软件生态系统 - 导致专业工程师将它们用作传感器，执行器和外围设备的低成本评估平台，以及下一代嵌入式系统和物联网（IoT）设备的原型平台。

到 2020 年初，据估计，至少有 5000 万个 RPi 平台以大约 10 个不同的型号/版本售出。相比之下，大约有20种不同的Arduino平台，其中一些具有多个版本。不幸的是，没有关于已售出多少Arduinos的准确记录。如果只计算“官方”系统，那么 Arduinos 的数量可能少于 RPi 的数量;但是，如果还考虑非官方克隆，那么Arduino的数量几乎肯定会超过RPi平台的数量。

从原型设计到生产问题

工程师被驱使去创造。许多工程师在自己的时间使用硬件和软件，在家中试验外围设备和传感器，并开发潜在产品的原型版本。由于入门成本低，他们经常使用Arduino或RPi开发板作为首选的原型平台。

除了这些平台的开源性质外，Arduino 扩展板和 RPi HATS 几乎可用于人们梦寐以求的所有传感器、执行器和外围设备。

不幸的是，当工程师在家中付出的努力到达工作时，就会出现问题，此时他们的原型需要转化为工业解决方案。举一个简单的例子，Arduino和RPi平台是商业产品，旨在支持商业温度范围和环境 - 它们不适用于具有冲击，振动，嘈杂电源，高湿度和极端温度的恶劣环境。

另一个问题是，面向消费市场的产品的创造者 - 如Arduino和RPi开发板 - 很乐意在情况需要时更换组件并进行替换（“这些都是10pF陶瓷电容器，所以如果我们互换使用它们就不会有问题”）。对于用于医疗、工业或军事用途的产品，这种理念是不可接受的。

最重要的是，根本不可能将Arduino或RPi原型“放入”盒子中并称之为工业解决方案。

当然，有许多现有的工业平台可用，但在与通用输入/输出 （GPIO） 引脚、脉宽调制器 （PWM） 功能、模数转换器 （ADC）、数模转换器 （DAC） 和 I2C、SPI、UART 等通信功能通信时，它们各自具有不同的寄存器映射和硬件接口。这使得很难将针对Arduino或RPi开发的软件和驱动程序迁移到工业平台。

MRAA、UPM 和 SMARC 相救

硬件抽象层 （HAL） 是在计算机的物理硬件和在该计算机上运行的软件之间在软件中实现的抽象层。HAL 的功能是隐藏操作系统 （OS） 内核的硬件差异，以便不需要更改大多数内核模式代码即可在具有不同硬件的系统上运行。

MRAA（发音为“em rah”）是英特尔的一个库，它执行 HAL 的角色并简化连接到不同传感器引脚的逻辑。除了允许用户使用C++，Python，JavaScript或Java编程外，MRAA是可移植的，从而允许相同的代码在多个平台上运行。

Arduino Create 是一个集成的在线平台，使制作者和专业开发人员能够编写代码、访问内容、配置板和共享项目。对于RPi，可以使用多个集成开发环境（IDE）。MRAA可以用作Arduino和RPi平台的HAL。

最后但并非最不重要的一点是，芬欧汇川是一个高级存储库，为各种常用传感器和执行器提供软件驱动程序。这些软件驱动程序（可用于Arduino和RPi平台）通过调用MRAA API与底层硬件平台进行交互。

软件/硬件堆栈的高级视图

术语SMARC（“智能移动ARChitecture”）是指针对需要低功耗、低成本和高性能的应用的多功能、小型计算机的模块定义。所有SMARC模块都可以支持-20至+85的温度范围？C，有些支持 -40 到 +85？C 的范围。SMARC规范是在嵌入式技术标准化组织（SGET）的主持下创建的，该组织的成员拥有许多“知名人士”，如凌华科技，恩智浦和德州仪器（TI）。

所有这些硬件和软件组件都以凌华科技工业Pi（I-Pi）SMARC开发套件的形式结合在一起。

介绍I-Pi SMARC

下图显示了凌华科技的I-Pi SMARC开发套件。I-Pi SMARC周围的透明丙烯酸屏蔽层平衡了保护和访问要求。该套件还包括一个电源、一根 USB 编程电缆和一个包含 Linux 操作系统的 SD 存储卡。

请注意，I-Pi 是较大的载板，提供与外界的所有接口，而 SMARC 处理器模块是插入 I-Pi 载波的较小主板。同样重要的是要注意，该套件具有为物联网创建许多嵌入式系统和设备（如实时时钟（RTC））所必需的功能，但不包括在RPi等平台上。

与凌华科技I-Pi SMARC的专业性质相比，RPi和Ardunio等消费者平台的基本性质之间的差异真的不可能过分强调。如前所述，面向消费市场的产品的创建者（如Arduino和RPi开发板）乐于在情况需要时更换组件并进行替换，而不会以任何方式将此类替换传达给最终用户。

相比之下，凌华科技的I-Pi SMARC遵循行业标准ECN（工程变更通知）和PCN（流程变更通知）实践，这意味着最终用户可以访问审计跟踪，定义进行了哪些更改（如果有的话）以及为什么进行了这些更改。（ECN 是影响产品贴合度、形式或功能的项目;PCN 是对产品制造方式的更改。

一个相关的问题是生产质量问题的报告和调试。开发人员无法通过RPi和Ardunio等消费者平台做到这一点;相比之下，像凌华科技的I-Pi SMARC这样的工业级平台已经有了报告和调试机制。

另一个问题涉及售后支持和 RMA（退货授权），这是在产品保修期内退回产品以获得退款、更换或维修的过程的一部分。至于所有其他产品，凌华科技完全保证并支持I-Pi SMARC。

最后但并非最不重要的一点是，像RPi和Ardunio这样的消费者平台无法保证寿命，它们可以随时停产，恕不另行通知，这可能会使基于这些平台的产品陷入混乱。相比之下，像凌华科技的I-Pi SMARC这样的专业级平台具有10年的可用性保证。

凌华科技的I-Pi SMARC开发套件支持多种部署场景。例如，已经使用 Arduino 或 RPi 平台创建原型的开发人员可以利用这些传感器生态系统和库，并可以快速轻松地将其设计迁移到长期存在的、版本控制的工业生产环境中。

当需要从原型转向生产时，团队可以使用I-Pi载波的开源规范作为起点，创建自己的载波，仅包含所需的功能和接口（例如，许多嵌入式系统和物联网设备将不使用HDMI端口）。

尽管一些工程师可能会继续使用Arduino和RPi平台开发他们最初的家庭原型，但由于I-Pi SMARC提供的经济实惠的性质和众多优势，预计许多工程师将开始使用它作为他们选择的原型平台，无论是在工作还是在家里。

审核编辑：郭婷