Warum Raspberry Pi keine gute Wahl für kommerzielle Produkte ist

RPi hat in der Welt einiges Erstaunliches bewirkt, insbesondere für angehende junge Ingenieure, aber hier ist die Aufschlüsselung, warum es wahrscheinlich nicht das ist, was Sie für einen Profi brauchen Projekt.

RPi hat in der Welt einiges Erstaunliches Gutes getan, insbesondere für angehende junge Ingenieure, aber hier ist die Aufschlüsselung, warum es wahrscheinlich nicht das ist, was Sie für ein professionelles Projekt brauchen.

In einer kürzlich durchgeführten AAC-Umfrage gaben etwa 20 % der Befragten an, "Maker"-Boards in Endprodukten zu verwenden. In einer Leserfrage berichteten einige Community-Mitglieder, Maker-Boards, einschließlich des Raspberry Pi, in verschiedenen Umgebungen zu verwenden, einschließlich einiger Beispiele für die berufliche Entwicklung.

Während Makerboards in vielen Situationen wichtige Werkzeuge sind – einschließlich der STEM-Ausbildung und des Produkt-Prototypings – werde ich in diesem Artikel einige der Unzulänglichkeiten von Makerboards in Bezug auf die allgemeinen Anforderungen eines kommerziellen oder industriellen Produkts hervorheben, indem ich den Raspberry Pi als Beispiel.

Mein Ziel hier ist es nicht, Sie davon abzuhalten, Raspberry Pi zu verwenden oder ein Urteil darüber zu fällen. Ohne Zweifel ist Raspberry Pi eine großartige Initiative und eine großartige eingebettete Computerplatine für den Bildungsbereich und einige Prototypen. Mein Ziel ist es vielmehr, Ingenieure über einige der Konzepte zu informieren, die sich auf ihre kommerzielle Produktentwicklung auswirken können, insbesondere wenn sie Raspberry Pi als Basis-Embedded-Computing-Board verwenden.

Warum entscheiden sich manche Ingenieure für RPi?

Versuchen wir zunächst zu verstehen, warum viele Ingenieure Raspberry Pi für ihre Produktentwicklung verwenden möchten.

Der Raspberry Pi bietet verschiedene Vorteile:

• Niedrige Kosten (~35 $)
• Enorme Rechenleistung in einem kompakten Board
• Viele Schnittstellen (HDMI, mehrere USB, Ethernet, integriertes Wi-Fi und Bluetooth, viele GPIOs, Stromversorgung über USB usw.)
• Unterstützt Linux, Python (erleichtert das Erstellen von Anwendungen)
• Schnell verfügbare Beispiele mit Community-Unterstützung
• Die Entwicklung eines solchen eingebetteten Boards wird viel Geld und Mühe kosten

Wenn Sie ein Hobby oder ein persönliches Projekt aufbauen, sind alle oben genannten Punkte gut. Wenn Sie jedoch ein industrielles oder kommerzielles Produkt bauen, müssen Sie über viele andere kritische Parameter nachdenken, bevor Sie sich für ein gebrauchsfertiges Embedded Board entscheiden.

Was sind also die verschiedenen Parameter, die man berücksichtigen sollte, bevor man ein Embedded-Entwicklungsboard für seine Produktentwicklung auswählt?

1. Wie viel benötigen Sie für die Langzeitverfügbarkeit?

Die Verfügbarkeit der Hardware, die Sie für Ihr Design auswählen, ist der wichtigste Parameter, den Sie bei der Entwicklung eines Produkts berücksichtigen müssen. Wenn Sie ein kommerzielles Produkt entwickeln, dauert es im Durchschnitt fast 18-24 Monate, bis Sie es auf dem Markt verkaufen können.

Danach möchten Sie das Produkt für einige Jahre verkaufen – sagen wir drei bis vier Jahre –, bevor Sie mit der Migration auf ein anderes Board beginnen. Wenn Sie also in Erwägung ziehen, ein fertiges Embedded-Entwicklungsboard für Ihr Produkt zu verwenden, betrachte ich das verfügbare Minimum dieses Boards auf sieben Jahre oder mehr.

Lassen Sie uns nun, wie auf der Raspberry Pi-Website angegeben, kurz die Verfügbarkeit der Boards überprüfen:

• Raspberry Pi 3 Model B+ Verfügbarkeit, Januar 2023 (ab Juli 2019 noch ca. 3,5 Jahre)
• Raspberry Pi 3 Model A+ Verfügbarkeit, Januar 2023 (~3,5 Jahre übrig)
• Raspberry Pi Zero verfügbar, Januar 2022 (~2,5 Jahre noch)

Beachten Sie, dass die oben genannten Verfügbarkeitsverpflichtungen keinen Zugriff auf eine bestimmte Anzahl von Boards garantieren, wenn Sie diese benötigen. Die Frage für Sie als Designer lautet also:Möchten Sie ein Board wählen, das nur für die nächsten drei bis vier Jahre erhältlich ist? Haben Sie darüber hinaus darüber nachgedacht, wie Sie die benötigten Mengen zum richtigen Zeitpunkt in die Hände bekommen?

Unabhängig davon, was Sie beschaffen, sollten Sie Websites wie Digi-Key, Mouser und andere besuchen, um die Verfügbarkeit Ihrer Komponenten zu überprüfen. Sie sollten in der Lage sein, einen Vertreter zu finden, der mit Ihnen besprechen kann, ob er die von Ihnen benötigten Mengen auf Lager hat.

2. Können Sie Ihr Betriebssystem (OS) auf einer SD-Karte ausführen?

Raspberry Pi Board läuft Linux auf einer SD-Karte. Dies kann bedeuten, dass robuste Anwendungen ein Problem darstellen, da diese SD-Kartenverbindung Probleme mit Vibrationen im Feld haben kann. Es gibt keine Vorkehrungen, um sicherzustellen, dass die Verbindungen während des Betriebs intakt sind. Sie könnten am Ende unzuverlässige Problemumgehungen verwenden (doppelseitiges Klebeband, Kleber usw.).

Ein weiteres Problem bei dieser SD-Karten-Situation besteht darin, dass sie beschädigt werden kann, wenn sie stark beschrieben wird oder wenn das Board nicht ordnungsgemäß heruntergefahren wird, während der Dateischreibvorgang noch läuft. Um dies zu beheben, können Sie am Ende eine externe Batterie oder ein Superkondensator-basiertes Netzteil bereitstellen, um ein Unterbrechungssignal für das Ausschalten des Netzstroms bereitzustellen, damit Ihre Software ordnungsgemäß heruntergefahren werden kann, bevor die Platine abschaltet.

3. Wie wichtig sind USB-Verbindungen für Sie?

RPi-Boards haben keine USB-Header-Anschlüsse, was es unmöglich macht, Sensoren, Modems usw. über eine USB-Verbindung anzuschließen. Dies zwingt Entwickler dazu, diese Peripheriegeräte über ein USB-Kabel anzuschließen (nicht der empfohlene Weg, insbesondere nicht für industrielle Anwendungen).

Als nächstes ist der wichtigste Aspekt die Verfügbarkeit des erforderlichen Feature-Sets. Es gibt verschiedene Funktionen, die auf der Raspberry Pi-Platine nicht verfügbar sind und die bei der Entwicklung eines kommerziellen Produkts wichtig sein können.

4. Benötigen Sie eine Echtzeituhr mit Batterie-Backup?

In den meisten Fällen benötigen Sie eine Echtzeituhr, wenn Sie Ereignisse in Echtzeit verfolgen möchten. Dies ist bei Pi-Boards nicht Standard. Wenn Sie eine externe RTC-Schaltung hinzufügen möchten, können Sie dies tun, aber das erhöht die Kosten, den Aufwand und den Platz.

5. Benötigen Sie eine dieser Funktionen/Schnittstellen?

Hier sind einige Dinge, die Sie möglicherweise benötigen, die die Pi-Familie jedoch nicht bereitstellen kann.

• LCD-Schnittstelle: Alle Display-RGB-Signale kommen über den 40-Pin-Header. Wenn ein TFT-Display benötigt wird, stehen nur sehr wenige oder keine GPIOs zur Verfügung.
• Onboard-ADC: Wenn Ihr Produkt einen ADC (8/10/12-Bit-Auflösung) benötigt, müssen Sie einen externen ADC-Chip über I ² . hinzufügen C/SPI.
• EEPROM/FRAM/SPI-Flash: Für Datenprotokollierungsanwendungen ist es sehr wichtig, ein integriertes EEPROM oder FRAM oder Flash für die Datenspeicherung zu haben. Das ist derzeit nicht vorgesehen.
• Begrenzte UARTs: Auf dem Header ist nur ein UART verfügbar und das lässt keine acht Signale zu. Normalerweise werden für die meisten Anforderungen zwei oder drei UARTs benötigt.
• Eine begrenzte Anzahl von I/Os: Auf dem Header stehen 28 GPIOs zur Verfügung, diese reichen jedoch für viele kommerzielle Anwendungen nicht aus.

Aufgrund der oben genannten Punkte ist möglicherweise eine separate Platine erforderlich, um die Lücke zu füllen.

6. Benötigen Sie eine externe Stromversorgung?

Bei einem kommerziellen Produkt müssen Sie ein zusätzliches AC-DC-Netzteil (wenn das Produkt direkt mit Wechselstrom versorgt wird) oder ein DC-DC-Netzteil (wenn das Produkt über einen externen Adapter (6 V/12/24 V) versorgt wird, bereitstellen. oder eine Batterie), um das Board mit Strom zu versorgen.

Auch der Netzteilanschluss auf der Platine muss im Betrieb zuverlässig sein. Eine Stromversorgung auf Basis eines USB-Mikrosteckers wird für ein kommerzielles Produkt nicht empfohlen. Um den Raspberry Pi vor einem Ausfall zu bewahren, sollte er außerdem über einen Schutz gegen Rückspannung, Überspannung und Überlastung verfügen.

7. Wie werden Sie das Wärmemanagement angehen?

Der Mikroprozessor auf dem Raspberry Pi erzeugt Wärme, die verwaltet werden muss, da dies sonst die Zuverlässigkeit der Platine beeinträchtigen kann. Ab sofort kann nur ein kleiner Kühlkörper mit Kleber verwendet werden. In der Nähe des Prozessors befinden sich keine Befestigungslöcher, damit der Kühlkörper richtig befestigt werden kann.

Wärmebild einer Beispielschaltung von ADI

Letztendlich, wenn Sie die Rechenfähigkeiten des Raspberry Pi zu 70-90% nutzen, benötigen Sie möglicherweise einen richtigen Kühlkörper und Sie werden am Ende Befestigungslöcher der Platine und einen größeren Kühlkörper verwenden, der möglicherweise nicht ohne weiteres verfügbar ist. Möglicherweise besteht die Notwendigkeit, den Kühlkörper kundenspezifisch zu entwerfen und herzustellen. Dies ist ein zusätzlicher Kosten- und Arbeitsaufwand.

Als Hinweis, das kürzlich angekündigte RPi 4 hatte einige Überhitzungsprobleme, die angeblich durch ein Firmware-Update behoben werden sollten.

8. Wie wichtig ist Ihre Formfaktorgröße?

Wie bei jedem Gerätedesign ist der Platz ein Problem. Wenn Sie ein Design auf einer Platine wie einem Pi aufbauen, führt dies zu Einschränkungen des Formfaktors Ihres Enddesigns.

• Wie würden Sie ein Produkt mit runder Form entwerfen, sind einige Kompromisse erforderlich?
• Kleinere Größe als das Raspberry Pi Board ist sicherlich nicht möglich, oder?
• HDMI ist auf einer Seite verfügbar und USB- und Ethernet-Anschlüsse sind auf der anderen Seite vorhanden. In einer Anwendung, bei der der Benutzer einen HDMI-Anschluss benötigt, müssen Sie ihn mit einem Kabel in die Nähe von USB-/Ethernet-Anschlüssen bringen und mit einem benutzerdefinierten Gehäuse montieren. Die HDMI-Kabelverbindung ist für den Feldbetrieb nicht zuverlässig.
• Extra USB (Modell B+):Wenn in einer Anwendung nur zwei USBs für den Benutzer verfügbar gemacht werden müssen, muss man ein benutzerdefiniertes Gehäuse verwenden, um die anderen beiden USB-Ports zu verbergen.

9. Wie viel Entwicklungsunterstützung benötigen Sie?

Raspberry Pi-Boards werden bemerkenswert über Online-Foren und die Community unterstützt. Da die Stärken von RPi jedoch im Community-Support liegen, sind sie nicht auf professionellen Entwicklersupport spezialisiert. Wären Sie in der Lage, das Produkt mithilfe des Community-Supports in engen Zeitplänen auf den Markt zu bringen, oder benötigen Sie speziellen Support?

Bevor Sie sich entscheiden, sollten Sie eine Checkliste aller Softwarekomponenten erstellen, die Sie verwenden werden, und den verfügbaren Support überprüfen. Meistens wird empfohlen, die Leistung zu testen, damit Sie sicher sind, dass Sie das bekommen, was Sie von Ihrem Endprodukt erwarten.

10. Was sind Ihre Anforderungen an die Skalierbarkeit?

Da Raspberry Pi-Boards bisher nicht für kommerzielle Produkte entwickelt wurden, gibt es keine kompatiblen Boards, die als Ersatz verwendet werden können und/oder unterschiedliche Leistung bieten, sodass der Entwickler je nach Rechenanforderungen wählen kann.

Was würden Sie tun, wenn Sie mit der Entwicklung fertig wären und dann feststellen würden, dass Bedarf an unterschiedlichen Spezifikationen besteht? Besonders wenn Sie versuchen, von der Prototyping-Phase in einen skalierbareren Teil des Produktentwicklungsprozesses überzugehen, ist es wichtig, ein Design für die Überarbeitung in Betracht zu ziehen.

---

Alle oben genannten Punkte sind subjektiv für die kommerziellen Produktanforderungen. In einigen Fällen reicht das, was Raspberry Pi bietet, für die Anwendung mehr als aus. In diesen Fällen möchten Sie es vielleicht für Ihre Produktentwicklung verwenden. Ich hoffe jedoch, dass diese Liste der oben genannten Punkte als Checkliste für die Ingenieure dienen kann, bevor sie Entscheidungen über die Verwendung von Raspberry Pi in ihrem Produkt treffen.

Mein Rat für Ingenieure, die nach leicht verfügbaren Embedded-Computing-Boards suchen, ist, professionelle Boards zu verwenden. Viele Firmen (wie Kontron, Congatec, Compulab etc.) bieten Boards mit garantierter Verfügbarkeit von mehr als sieben Jahren an. Viele andere Board-Hersteller bieten ebenfalls industrietaugliche Qualität und die Möglichkeit zur Skalierbarkeit.

Selbst wenn Sie sich dafür entscheiden, mit Boards zu arbeiten, die für kommerzielle Anwendungen gedacht sind, gibt Ihnen dieser Artikel hoffentlich einige Denkanstöße, wenn Sie industrielle Produkte entwerfen.