Waarom Raspberry Pi geen goede keuze is voor commerciële producten

RPi heeft geweldig goed gedaan in de wereld, vooral voor jonge aspirant-ingenieurs, maar hier is een overzicht van waarom het waarschijnlijk niet is wat je nodig hebt voor een professional project.

RPi heeft geweldig goed gedaan in de wereld, vooral voor jonge aspirant-ingenieurs, maar hier is een overzicht van waarom het waarschijnlijk niet is wat je nodig hebt voor een professioneel project.

In een recente OC-enquête beweerde ongeveer 20% van de respondenten dat ze 'maker'-borden in eindproducten gebruikten. In een lezersvraag meldden sommige communityleden dat ze makerboards, waaronder de Raspberry Pi, in verschillende omgevingen gebruikten, waaronder enkele voorbeelden van professionele ontwikkeling.

Hoewel makerboards in veel situaties belangrijke hulpmiddelen zijn, waaronder STEM-educatie en productprototyping, zal ik in dit artikel enkele van de tekortkomingen van makerboards benadrukken met betrekking tot de algemene vereisten van een commercieel of industrieel product, waarbij ik de Raspberry Pi als een voorbeeld.

Mijn doel hier is niet om je te ontmoedigen om Raspberry Pi te gebruiken of er een oordeel over te vellen. Raspberry Pi is zonder twijfel een geweldig initiatief en een geweldig ingebed computerbord voor onderwijs en wat prototyping. Het is eerder mijn doel om ingenieurs te informeren over enkele van de concepten die van invloed kunnen zijn op hun commerciële productontwikkeling, vooral als ze Raspberry Pi gebruiken als een ingesloten basiscomputerbord.

Waarom kiezen sommige ingenieurs voor RPi?

Laten we eerst proberen te begrijpen waarom veel technici Raspberry Pi willen gebruiken voor hun productontwikkeling.

De Raspberry Pi heeft verschillende voordelen:

• Lage kosten (~35$)
• Enorme verwerkingskracht in een compact bord
• Veel interfaces (HDMI, meerdere USB, Ethernet, ingebouwde Wi-Fi en Bluetooth, veel GPIO's, USB-voeding, enz.)
• Ondersteunt Linux, Python (waardoor het eenvoudig wordt om applicaties te bouwen)
• Veel beschikbare voorbeelden met ondersteuning van de gemeenschap
• Het ontwikkelen van zo'n embedded board gaat veel geld en moeite kosten

Wanneer u een hobby of een persoonlijk project bouwt, zijn alle bovengenoemde punten goed. Maar als u een industrieel of commercieel product bouwt, moet u over veel andere kritische parameters nadenken voordat u een kant-en-klaar embedded board kiest.

Dus, wat zijn de verschillende parameters waarmee u rekening moet houden voordat u een embedded development board kiest voor hun productontwikkeling?

1. Hoeveel heeft u op lange termijn nodig?

De beschikbaarheid van de hardware die u voor uw ontwerp selecteert, is de meest kritische parameter waarmee u rekening moet houden bij het bouwen van een product. Als u een commercieel product bouwt, duurt het gemiddeld 18-24 maanden voordat u het op de markt kunt gaan verkopen.

Na dit punt zou je het product een paar jaar willen verkopen, laten we zeggen drie tot vier jaar, voordat je zou willen migreren naar een ander bord. Dus als u overweegt een kant-en-klaar embedded development board voor uw product te gebruiken, beschouw ik dat de minimaal beschikbare levensduur van dat board zeven jaar of langer is.

Laten we nu een snelle controle doen, volgens de Raspberry Pi-website, over de toegewijde beschikbaarheid van de borden:

• Beschikbaarheid Raspberry Pi 3 Model B+, januari 2023 (ca. 3,5 jaar resterend vanaf juli 2019)
• Beschikbaarheid Raspberry Pi 3 Model A+, januari 2023 (ca. 3,5 jaar te gaan)
• Raspberry Pi Zero beschikbaarheid, januari 2022 (ca. 2,5 jaar resterend)

Houd er rekening mee dat de hierboven genoemde beschikbaarheidsverplichtingen geen garantie bieden voor toegang tot een specifiek aantal boards wanneer u ze nodig hebt. Dus de vraag voor jou, de ontwerper, wordt:wil je een bord kiezen dat pas de komende drie tot vier jaar beschikbaar is? Heb je er bovendien over nagedacht hoe je de hoeveelheden in handen kunt krijgen die je nodig hebt wanneer je ze nodig hebt?

Ongeacht wat u koopt, een aanbeveling is om sites zoals Digi-Key, Mouser en andere te bezoeken om de beschikbaarheid van uw componenten te controleren. Je zou een vertegenwoordiger moeten kunnen krijgen die kan bespreken of ze de hoeveelheden die je nodig hebt op voorraad kunnen hebben.

2. Kunt u uw besturingssysteem (OS) op een SD-kaart uitvoeren?

Raspberry Pi Board draait Linux op een SD-kaart. Dit kan betekenen dat robuuste toepassingen een probleem vormen, omdat deze SD-kaartverbinding problemen kan hebben met trillingen in het veld. Er is geen voorziening om ervoor te zorgen dat verbindingen intact zijn terwijl ze in bedrijf zijn. U kunt uiteindelijk onbetrouwbare oplossingen gebruiken (dubbelzijdige tapes, lijm, enz.).

Een ander probleem met deze SD-kaartsituatie is dat deze beschadigd kan raken als er veel op wordt geschreven of als het bord niet correct wordt uitgeschakeld terwijl de bewerking voor het schrijven van bestanden nog aan de gang was. Om dit op te lossen, kunt u uiteindelijk een externe batterij of een op supercondensator gebaseerde voeding leveren om een ​​stroomonderbrekingssignaal te geven, zodat uw software goed kan worden afgesloten voordat het bord wordt uitgeschakeld.

3. Hoe belangrijk zijn USB-verbindingen voor u?

RPi-boards missen USB-headerconnectoren, waardoor het onmogelijk is om sensoren, modems, enz. via een USB-verbinding aan te sluiten. Dit dwingt ontwikkelaars om die randapparatuur via een USB-kabel aan te sluiten (niet de aanbevolen manier, vooral niet voor industriële toepassingen).

Vervolgens is het belangrijkste aspect de beschikbaarheid van de benodigde functieset. Er zijn verschillende functies die niet beschikbaar zijn op het Raspberry Pi-bord, wat essentieel kan zijn bij het ontwerpen van een commercieel product.

4. Heeft u een realtime klok met batterijback-up nodig?

Als u gebeurtenissen in realtime wilt volgen, heeft u in de meeste gevallen een realtimeklok nodig. Dit is niet iets dat standaard wordt geleverd met Pi-boards. Als u een extern RTC-circuit wilt toevoegen, kunt u dat doen, maar dat brengt extra kosten, moeite en ruimte met zich mee.

5. Heeft u een van deze functies/interfaces nodig?

Hier zijn enkele dingen die je misschien nodig hebt, maar die de Pi-familie niet zou kunnen bieden.

• LCD-interface: Alle RGB-signalen van het display komen op de 40-pins header. Als men een TFT-scherm moet gebruiken, zullen er weinig of geen GPIO's beschikbaar zijn.
• Aan boord van ADC: Als uw product een ADC (8/10/12bit-resolutie) nodig heeft, moet u een externe ADC-chip toevoegen via I ² C/SPI.
• EEPROM/FRAM/SPI Flash: Voor datalogging-toepassingen is het erg belangrijk om EEPROM of FRAM of Flash aan boord te hebben voor gegevensopslag. Daar is op dit moment geen voorziening voor.
• Beperkte UART's: Er is slechts één UART beschikbaar op de header en dat staat geen acht signalen toe. Meestal zijn twee of drie UART's vereist voor de meeste vereisten.
• Een beperkt aantal I/O's: 28 GPIO's zijn beschikbaar op de header, maar deze zijn niet genoeg voor veel commerciële toepassingen.

Vanwege de bovenstaande punten kan een apart bord nodig zijn om de leemte op te vullen.

6. Heeft u een externe voeding nodig?

In een commercieel product moet u zorgen voor een extra AC-DC-voeding (als het product rechtstreeks wordt gevoed door AC) of DC-DC-voeding (als het product wordt gevoed door een externe adapter (6V/12/24V) of een batterij) om het bord van stroom te voorzien.

De voedingsconnector op het bord moet ook betrouwbaar zijn tijdens het gebruik. Een op USB-microconnector gebaseerde voeding wordt niet aanbevolen voor een commercieel product. Om te voorkomen dat de Raspberry Pi uitvalt, moet hij bovendien ook worden beschermd tegen sperspanning, overspanning en overbelasting.

7. Hoe ga je thermisch beheer aanpakken?

De microprocessor op de Raspberry Pi genereert warmte die moet worden beheerd, anders kan dit de betrouwbaarheid van het bord beïnvloeden. Vanaf nu kan alleen een klein koellichaam met lijm worden gebruikt. Er zijn geen montagegaten in de buurt van de processor zodat de heatsink goed kan worden bevestigd.

Thermische afbeelding van een voorbeeldcircuit van ADI

Uiteindelijk, als je de rekencapaciteiten van de Raspberry Pi tot 70-90% gebruikt, heb je misschien een goede koelplaat nodig en zul je uiteindelijk montagegaten van het bord en een grotere koelplaat gebruiken, die misschien niet direct beschikbaar zijn. Het kan nodig zijn om een ​​koellichaam op maat te ontwerpen en te laten vervaardigen. Dit is een extra kost en inspanning.

Let op:de onlangs aangekondigde RPi 4 had problemen met oververhitting die naar verluidt zouden moeten worden verholpen door een firmware-update.

8. Hoe belangrijk is uw vormfactorgrootte?

Zoals bij elk apparaatontwerp, is ruimte een pijnpunt. Het baseren van een ontwerp rond een bord zoals een Pi vertaalt zich in beperkingen op de vormfactor van uw eindontwerp.

• Hoe zou je een product ontwerpen met een ronde vorm, er zal een zekere mate van compromis nodig zijn?
• Kleiner dan het Raspberry Pi-bord kan zeker niet, toch?
• HDMI is aan de ene kant beschikbaar en USB- en Ethernet-connectoren aan de andere kant. In een toepassing waarbij de gebruiker toegang tot de HDMI-poort nodig heeft, moet u een kabel gebruiken om deze in de buurt van USB/Ethernet-connectoren te brengen en deze te monteren met een aangepaste behuizing. De HDMI-kabelverbinding is niet betrouwbaar voor gebruik in het veld.
• Extra USB (Model B+):als er in een toepassing slechts twee USB's beschikbaar moeten zijn voor de gebruiker, moet er één een aangepaste behuizing gebruiken om de andere twee USB-poorten te verbergen.

9. Hoeveel ontwikkelingsondersteuning heeft u nodig?

Raspberry Pi-borden worden opmerkelijk ondersteund via online forums en community. Omdat de sterke punten van RPi liggen in community-ondersteuning, zijn ze echter niet gespecialiseerd in professionele dev-ondersteuning. Zou u het product met strakke tijdlijnen kunnen lanceren met behulp van de community-ondersteuning of heeft u speciale ondersteuning nodig?

Voordat u een beslissing neemt, moet u een checklist maken van alle softwarecomponenten die u gaat gebruiken en het beschikbare ondersteuningsniveau controleren. Meestal wordt aanbevolen om de prestaties te testen, zodat u zeker weet dat u krijgt wat u van uw eindproduct verwacht.

10. Wat zijn uw behoeften op het gebied van schaalbaarheid?

Omdat Raspberry Pi-kaarten tot op heden niet zijn ontworpen met commerciële producten in gedachten, hebben ze geen compatibele kaarten die als vervanging kunnen worden gebruikt en/of andere prestaties bieden, zodat de ontwikkelaar kan kiezen, afhankelijk van de berekeningsvereisten.

Wat zou je doen als je klaar was met ontwikkelen en je realiseerde dat er vraag was naar andere specificaties? Vooral wanneer je probeert om van de prototypefase naar een meer schaalbaar deel van het productontwikkelingsproces te gaan, is het belangrijk om te overwegen om te ontwerpen voor herbewerking.