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

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) - 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)行器和外圍設(shè)備的低成本評估平臺(tái)，以及下一代嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的原型平臺(tái)。

到 2020 年初，據(jù)估計(jì)，至少有 5000 萬個(gè) RPi 平臺(tái)以大約 10 個(gè)不同的型號/版本售出。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)于已售出多少Arduinos的準(zhǔn)確記錄。如果只計(jì)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(huì)超過RPi平臺(tái)的數(shù)量。

從原型設(shè)計(jì)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(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)板作為首選的原型平臺(tái)。

除了這些平臺(tái)的開源性質(zhì)外，Arduino 擴(kuò)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(shè)備。

不幸的是，當(dāng)工程師在家中付出的努力到達(dá)工作時(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)簡單的例子，Arduino和RPi平臺(tái)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(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(shí)更換組件并進(jìn)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(huì)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(dāng)然，有許多現(xiàn)有的工業(yè)平臺(tái)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(shí)，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(dòng)程序遷移到工業(yè)平臺(tái)。

MRAA、UPM 和 SMARC 相救

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)行的軟件之間在軟件中實(shí)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(yùn)行。

MRAA（發(fā)音為“em rah”）是英特爾的一個(gè)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(gè)平臺(tái)上運(yùn)行。

Arduino Create 是一個(gè)集成的在線平臺(tái)，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(xiàng)目。對于RPi，可以使用多個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。MRAA可以用作Arduino和RPi平臺(tái)的HAL。

最后但并非最不重要的一點(diǎn)是，芬歐匯川是一個(gè)高級存儲(chǔ)庫，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)進(jìn)行交互。

軟件/硬件堆棧的高級視圖

術(shù)語SMARC（“智能移動(dòng)ARChitecture”）是指針對需要低功耗、低成本和高性能的應(yīng)用的多功能、小型計(jì)算機(jī)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(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“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(hù)和訪問要求。該套件還包括一個(gè)電源、一根 USB 編程電纜和一個(gè)包含 Linux 操作系統(tǒng)的 SD 存儲(chǔ)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(shè)備（如實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC））所必需的功能，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)者平臺(tái)的基本性質(zhì)之間的差異真的不可能過分強(qiáng)調(diào)。如前所述，面向消費(fèi)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(shí)更換組件并進(jìn)行替換，而不會(huì)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（如果有的話）以及為什么進(jìn)行了這些更改。（ECN 是影響產(chǎn)品貼合度、形式或功能的項(xiàng)目;PCN 是對產(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)人員無法通過RPi和Ardunio等消費(fèi)者平臺(tái)做到這一點(diǎn);相比之下，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的工業(yè)級平臺(tái)已經(jīng)有了報(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(diǎn)是，像RPi和Ardunio這樣的消費(fèi)者平臺(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，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的專業(yè)級平臺(tái)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(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，并可以快速輕松地將其設(shè)計(jì)遷移到長期存在的、版本控制的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中。

當(dāng)需要從原型轉(zhuǎn)向生產(chǎn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)可以使用I-Pi載波的開源規(guī)范作為起點(diǎn)，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(shè)備將不使用HDMI端口）。

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)他們最初的家庭原型，但由于I-Pi SMARC提供的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的性質(zhì)和眾多優(yōu)勢，預(yù)計(jì)許多工程師將開始使用它作為他們選擇的原型平臺(tái)，無論是在工作還是在家里。

審核編輯：郭婷