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

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——再加上圍繞它們發展的巨大硬件和軟件生態系統——導致專業工程師將它們用作傳感器、執行器和執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和物聯網 （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，那么 Arduino 的數量可能少于 RPi 的數量；然而，如果非官方克隆也被考慮在內，那么 Arduino 的數量幾乎肯定會超過 RPi 平臺的數量。

生產問題的原型

工程師被驅動去創造。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，并開發潛在產品的原型版本。由于入門成本低，他們經常使用 Arduino 或 RPi 開發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，就會出現問題，此時他們的原型需要轉化為工業解決方案。舉一個簡單的例子，Arduino 和 RPi 平臺是旨在支持商業溫度范圍和環境的商業產品——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境。

另一個問題是，面向消費市場的產品的創造者——比如 Arduino 和 RPi 開發板——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，就會出現問題”）。對于用于醫療、工業或軍事用途的產品，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解決方案。

當然，有許多現有的工業平臺可用，但是當涉及到通用輸入/輸出 （GPIO） 引腳、脈寬調制器 （PWM） 功能、模數轉換器 （ADC）、數模轉換器 （DAC） 以及 I2C、SPI、UART 等通信功能。這使得很難將為 Arduino 或 RPi 開發的軟件和驅動程序移植到工業平臺。

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的抽象層。HAL 的功能是向操作系統 （OS） 內核隱藏硬件差異，因此無需更改大多數內核模式代碼即可在具有不同硬件的系統上運行。

MRAA （發音為“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，使創客和專業開發人員能夠編寫代碼、訪問內容、配置板和共享項目。對于 RPi，可以使用多個集成開發環境 （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行器提供軟件驅動程序。這些軟件驅動程序（可用于 Arduino 和 RPi 平臺）通過調用 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”）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 規范是在嵌入式技術標準化組織 （ SGET ）的主持下創建的，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 Pi （I-Pi） SMARC 開發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，該套件具有為物聯網創建許多嵌入式系統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 的專業性質相比，RPi 和 Ardunio 等消費平臺的底層性質之間的區別怎么強調都不為過。如前所述，面向消費市場的產品的創建者（如 Arduino 和 RPi 開發板）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 是影響產品合身性、形式或功能的項目；PCN 是對產品制造方式的更改。）

一個相關的問題是生產質量問題的報告和調試。開發人員無法使用 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 等工業級平臺采用了報告和調試機制。

另一個問題涉及售后支持和 RMA（退貨授權），這是退回產品以在產品保修期內獲得退款、更換或維修的過程的一部分。至于其所有其他產品，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，恕不另行通知，這可能會使基于這些平臺的產品陷入混亂。相比之下，凌華科技的 I-Pi SMARC 等專業級平臺提供 10 年保證。

凌華科技的 I-Pi SMARC 開發套件支持多種部署場景。例如，已經使用 Arduino 或 RPi 平臺創建原型的開發人員可以利用這些傳感器生態系統和庫，并且可以快速輕松地將他們的設計遷移到長期存在的、受修訂控制的工業生產環境中。

當從原型轉向生產時，團隊可以使用 I-Pi 載體的開源規范作為起點，創建自己的載體，只包含所需的功能和接口（許多嵌入式系統和物聯網設備）例如，HDMI 端口將沒有用處）。

盡管一些工程師可能會繼續使用 Arduino 和 RPi 平臺開發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