當Arduino和Raspberry Pi（RPi）等微控制器開發平臺分別在2005年和2012年首次出現時，它們通常被認為只對學生，業余愛好者和制造商感興趣。

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 - 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，執行器和外圍設備的低成本評估平臺，以及下一代嵌入式系統和物聯網（IoT）設備的原型平臺。

到 2020 年初，據估計，至少有 5000 萬個 RPi 平臺以大約 10 個不同的型號/版本售出。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，沒有關于已售出多少Arduinos的準確記錄。如果只計算“官方”系統，那么 Arduinos 的數量可能少于 RPi 的數量;但是，如果還考慮非官方克隆，那么Arduino的數量幾乎肯定會超過RPi平臺的數量。

從原型設計到生產問題

工程師被驅使去創造。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開發板作為首選的原型平臺。

除了這些平臺的開源性質外，Arduino 擴展板和 RPi HATS 幾乎可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，當工程師在家中付出的努力到達工作時，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平臺是商業產品，旨在支持商業溫度范圍和環境 - 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 - 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，所以如果我們互換使用它們就不會有問題”）。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”盒子中并稱之為工業解決方案。

當然，有許多現有的工業平臺可用，但在與通用輸入/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） 和 I2C、SPI、UART 等通信功能通信時，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開發的軟件和驅動程序遷移到工業平臺。

MRAA、UPM 和 SMARC 相救

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在軟件中實現的抽象層。HAL 的功能是隱藏操作系統 （OS） 內核的硬件差異，以便不需要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，它執行 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平臺上運行。

Arduino Create 是一個集成的在線平臺，使制作者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可以用作Arduino和RPi平臺的HAL。

最后但并非最不重要的一點是，芬歐匯川是一個高級存儲庫，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與底層硬件平臺進行交互。

軟件/硬件堆棧的高級視圖

術語SMARC（“智能移動ARChitecture”）是指針對需要低功耗、低成本和高性能的應用的多功能、小型計算機的模塊定義。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“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Pi（I-Pi）SMARC開發套件的形式結合在一起。

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要求。該套件還包括一個電源、一根 USB 編程電纜和一個包含 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 載波的較小主板。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（如實時時鐘（RTC））所必需的功能，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等消費者平臺的基本性質之間的差異真的不可能過分強調。如前所述，面向消費市場的產品的創建者（如Arduino和RPi開發板）樂于在情況需要時更換組件并進行替換，而不會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（如果有的話）以及為什么進行了這些更改。（ECN 是影響產品貼合度、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。開發人員無法通過RPi和Ardunio等消費者平臺做到這一點;相比之下，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的工業級平臺已經有了報告和調試機制。

另一個問題涉及售后支持和 RMA（退貨授權），這是在產品保修期內退回產品以獲得退款、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是，像RPi和Ardunio這樣的消費者平臺無法保證壽命，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，像凌華科技的I-Pi SMARC這樣的專業級平臺具有10年的可用性保證。

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，并可以快速輕松地將其設計遷移到長期存在的、版本控制的工業生產環境中。

當需要從原型轉向生產時，團隊可以使用I-Pi載波的開源規范作為起點，創建自己的載波，僅包含所需的功能和接口（例如，許多嵌入式系統和物聯網設備將不使用HDMI端口）。

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庭原型，但由于I-Pi SMARC提供的經濟實惠的性質和眾多優勢，預計許多工程師將開始使用它作為他們選擇的原型平臺，無論是在工作還是在家里。

審核編輯：郭婷