使用工業(yè)SMARC套件加速原型設計和開發(fā)

當 Arduino 和 Raspberry Pi （RPi） 等微控制器開發(fā)平臺分別于 2005 年和 2012 年首次出現(xiàn)時，它們通常被認為只對學生、愛好者和創(chuàng)客感興趣。

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)——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)行器的低成本評估平臺。外圍設備，以及作為下一代嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設備的原型平臺。

到 2020 年初，估計至少售出 5000 萬個 RPi 平臺，大約有十種不同的型號/版本。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，沒有關于售出多少 Arduino 的準確記錄。如果只計算“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)量幾乎肯定會超過 RPi 平臺的數(shù)量。

生產(chǎn)問題的原型

工程師被驅(qū)動去創(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)板作為他們選擇的原型平臺。

除了這些平臺的開源特性之外，Arduino 擴展板和 RPi HATS 幾乎適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，當工程師在家中所做的努力到達工作崗位時，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、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——比如 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，所以不會有如果我們可以互換使用它們，就會出現(xiàn)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”盒子中并稱其為工業(yè)解決方案。

當然，有許多現(xiàn)有的工業(yè)平臺可用，但是當涉及到通用輸入/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)動程序移植到工業(yè)平臺。

MRAA、UPM 和 SMARC 的救援

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以軟件實現(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)上運行。

MRAA （發(fā)音為“em rah”）是英特爾的一個庫，它扮演 HAL 的角色并簡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 進行編程之外，MRAA 還具有可移植性，從而允許在多個平臺上運行相同的代碼。

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

最后但同樣重要的是，UPM是一個高級存儲庫，可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 與底層硬件平臺交互。

軟件/硬件堆棧的高級視圖

SMARC（“智能移動架構(gòu)”）一詞是指針對需要低功耗、低成本和高性能的多功能、小型計算機目標應用程序的模塊定義。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)標準化組織 （ 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)和設備時所必需的功能——如實時時鐘 （RTC）——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 等消費平臺的底層性質(zhì)之間的區(qū)別怎么強調(diào)都不為過。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）很樂意在情況需要時更改組件并進行替換，而無需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）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)人員無法使用 RPi 和 Ardunio 等消費平臺來做到這一點；相比之下，凌華科技的 I-Pi SMARC 等工業(yè)級平臺采用了報告和調(diào)試機制。

另一個問題涉及售后支持和 RMA（退貨授權(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，凌華科技的 I-Pi SMARC 等專業(yè)級平臺提供 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，并且可以快速輕松地將他們的設計遷移到長期存在的、受修訂控制的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

當從原型轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時，團隊可以使用 I-Pi 載體的開源規(guī)范作為起點，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)設備）例如，HDMI 端口將沒有用處）。

盡管一些工程師可能會繼續(xù)使用 Arduino 和 RPi 平臺開發(fā)他們最初的家用原型，但預計 - 由于 I-Pi SMARC 提供的價格實惠和眾多優(yōu)勢 - 許多工程師將開始使用它作為他們在工作和家庭中選擇的原型平臺。

審核編輯：郭婷