當Arduino和Raspberry Pi（RPi）等微控制器開發(fā)平臺分別在2005年和2012年首次出現(xiàn)時，它們通常被認為只對學生，業(yè)余愛好者和制造商感興趣。

然而，隨著時間的推移，與這些平臺相關的硬件和軟件的開源性質(zhì) - 加上圍繞它們發(fā)展的巨大硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng) - 導致專業(yè)工程師將它們用作傳感器，執(zhí)行器和外圍設備的低成本評估平臺，以及下一代嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設備的原型平臺。

到 2020 年初，據(jù)估計，至少有 5000 萬個 RPi 平臺以大約 10 個不同的型號/版本售出。相比之下，大約有20種不同的Arduino平臺，其中一些具有多個版本。不幸的是，沒有關于已售出多少Arduinos的準確記錄。如果只計算“官方”系統(tǒng)，那么 Arduinos 的數(shù)量可能少于 RPi 的數(shù)量;但是，如果還考慮非官方克隆，那么Arduino的數(shù)量幾乎肯定會超過RPi平臺的數(shù)量。

從原型設計到生產(chǎn)問題

工程師被驅(qū)使去創(chuàng)造。許多工程師在自己的時間使用硬件和軟件，在家中試驗外圍設備和傳感器，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)板作為首選的原型平臺。

除了這些平臺的開源性質(zhì)外，Arduino 擴展板和 RPi HATS 幾乎可用于人們夢寐以求的所有傳感器、執(zhí)行器和外圍設備。

不幸的是，當工程師在家中付出的努力到達工作時，就會出現(xiàn)問題，此時他們的原型需要轉(zhuǎn)化為工業(yè)解決方案。舉一個簡單的例子，Arduino和RPi平臺是商業(yè)產(chǎn)品，旨在支持商業(yè)溫度范圍和環(huán)境 - 它們不適用于具有沖擊，振動，嘈雜電源，高濕度和極端溫度的惡劣環(huán)境。

另一個問題是，面向消費市場的產(chǎn)品的創(chuàng)造者 - 如Arduino和RPi開發(fā)板 - 很樂意在情況需要時更換組件并進行替換（“這些都是10pF陶瓷電容器，所以如果我們互換使用它們就不會有問題”）。對于用于醫(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”盒子中并稱之為工業(yè)解決方案。

當然，有許多現(xiàn)有的工業(yè)平臺可用，但在與通用輸入/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） 和 I2C、SPI、UART 等通信功能通信時，它們各自具有不同的寄存器映射和硬件接口。這使得很難將針對Arduino或RPi開發(fā)的軟件和驅(qū)動程序遷移到工業(yè)平臺。

MRAA、UPM 和 SMARC 相救

硬件抽象層 （HAL） 是在計算機的物理硬件和在該計算機上運行的軟件之間在軟件中實現(xiàn)的抽象層。HAL 的功能是隱藏操作系統(tǒng) （OS） 內(nèi)核的硬件差異，以便不需要更改大多數(shù)內(nèi)核模式代碼即可在具有不同硬件的系統(tǒng)上運行。

MRAA（發(fā)音為“em rah”）是英特爾的一個庫，它執(zhí)行 HAL 的角色并簡化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編程外，MRAA是可移植的，從而允許相同的代碼在多個平臺上運行。

Arduino Create 是一個集成的在線平臺，使制作者和專業(yè)開發(fā)人員能夠編寫代碼、訪問內(nèi)容、配置板和共享項目。對于RPi，可以使用多個集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。MRAA可以用作Arduino和RPi平臺的HAL。

最后但并非最不重要的一點是，芬歐匯川是一個高級存儲庫，為各種常用傳感器和執(zhí)行器提供軟件驅(qū)動程序。這些軟件驅(qū)動程序（可用于Arduino和RPi平臺）通過調(diào)用MRAA API與底層硬件平臺進行交互。

軟件/硬件堆棧的高級視圖

術語SMARC（“智能移動ARChitecture”）是指針對需要低功耗、低成本和高性能的應用的多功能、小型計算機的模塊定義。所有SMARC模塊都可以支持-20至+85的溫度范圍？C，有些支持 -40 到 +85？C 的范圍。SMARC規(guī)范是在嵌入式技術標準化組織（SGET）的主持下創(chuàng)建的，該組織的成員擁有許多“知名人士”，如凌華科技，恩智浦和德州儀器（TI）。

所有這些硬件和軟件組件都以凌華科技工業(yè)Pi（I-Pi）SMARC開發(fā)套件的形式結(jié)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和訪問要求。該套件還包括一個電源、一根 USB 編程電纜和一個包含 Linux 操作系統(tǒng)的 SD 存儲卡。

請注意，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 載波的較小主板。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)和設備（如實時時鐘（RTC））所必需的功能，但不包括在RPi等平臺上。

與凌華科技I-Pi SMARC的專業(yè)性質(zhì)相比，RPi和Ardunio等消費者平臺的基本性質(zhì)之間的差異真的不可能過分強調(diào)。如前所述，面向消費市場的產(chǎn)品的創(chuàng)建者（如Arduino和RPi開發(fā)板）樂于在情況需要時更換組件并進行替換，而不會以任何方式將此類替換傳達給最終用戶。

相比之下，凌華科技的I-Pi SMARC遵循行業(yè)標準ECN（工程變更通知）和PCN（流程變更通知）實踐，這意味著最終用戶可以訪問審計跟蹤，定義進行了哪些更改（如果有的話）以及為什么進行了這些更改。（ECN 是影響產(chǎn)品貼合度、形式或功能的項目;PCN 是對產(chǎn)品制造方式的更改。

一個相關的問題是生產(chǎn)質(zhì)量問題的報告和調(diào)試。開發(fā)人員無法通過RPi和Ardunio等消費者平臺做到這一點;相比之下，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的工業(yè)級平臺已經(jīng)有了報告和調(diào)試機制。

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

最后但并非最不重要的一點是，像RPi和Ardunio這樣的消費者平臺無法保證壽命，它們可以隨時停產(chǎn)，恕不另行通知，這可能會使基于這些平臺的產(chǎn)品陷入混亂。相比之下，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的專業(yè)級平臺具有10年的可用性保證。

凌華科技的I-Pi SMARC開發(fā)套件支持多種部署場景。例如，已經(jīng)使用 Arduino 或 RPi 平臺創(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，并可以快速輕松地將其設計遷移到長期存在的、版本控制的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

當需要從原型轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時，團隊可以使用I-Pi載波的開源規(guī)范作為起點，創(chuàng)建自己的載波，僅包含所需的功能和接口（例如，許多嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設備將不使用HDMI端口）。

盡管一些工程師可能會繼續(xù)使用Arduino和RPi平臺開發(fā)他們最初的家庭原型，但由于I-Pi SMARC提供的經(jīng)濟實惠的性質(zhì)和眾多優(yōu)勢，預計許多工程師將開始使用它作為他們選擇的原型平臺，無論是在工作還是在家里。

審核編輯：郭婷