Почему Raspberry Pi не такой уж хороший выбор для создания коммерческих приложений

Платы Raspberry Pi оказались чрезвычайно успешными и полезными, особенно для начинающих молодых инженеров, но существует сразу несколько причин того, почему они не подходят для реализации профессиональных проектов
4405
В избранное

Платы Raspberry Pi оказались чрезвычайно успешными и полезными, особенно для начинающих молодых инженеров, но существует сразу несколько причин того, почему они не подходят для реализации профессиональных проектов. 

В недавнем опросе журнала AAC около 20% респондентов заявили о том, что используют встраиваемые платы от различных производителей. Читатели сообщили, что применяют такие платы, в том числе Raspberry Pi,  в качестве составных элементов в более сложных устройствах. Среди заявленных приложений были отмечены и профессиональные проекты.

Несмотря на то, что во многих случаях встраиваемые платы становятся важным инструментом, например, при STEM-обучении (science, technology, engineering and mathematics, STEM) и при создании прототипов, я выделю некоторые недостатки этих плат, которые мешают их использованию в коммерческих и промышленных приложениях. В качестве примера будут рассматриваться одноплатные компьютеры Raspberry Pi.

Моя цель состоит не в том, чтобы отговорить вас от использования Raspberry Pi или лишний раз покритиковать их. Без сомнения, платы Raspberry Pi являются примером хорошей реализации отличной идеи (рис. 1). Эти одноплатные компьютеры идеально подходят для обучения и прототипирования. Смысл этой статьи заключается в том, чтобы сообщить о некоторых недостатках, которые могут помешать использованию Raspberry Pi в коммерческих продуктах, особенно если в этих продуктах Raspberry Pi выступает в качестве основного вычислительного модуля.

Внешний вид Raspberry Pi

Рис. 1. Внешний вид Raspberry Pi

Почему инженеры выбирают Raspberry Pi?

Давайте сначала попробуем понять, почему многие инженеры используют Raspberry Pi в своих проектах.

У Raspberry Pi есть множество преимуществ:

  • Низкая стоимость (~ 35 $);
  • Огромная вычислительная мощность при компактных габаритах;
  • Поддержка различных интерфейсов (HDMI, USB, Ethernet, встроенные Wi-Fi и Bluetooth, множество GPIO, питание от USB и т. д.);
  • Поддержка Linux, Python (облегчает создание приложений);
  • Множество готовых примеров и поддержка сообщества разработчиков;
  • Минимальная стоимость разработки конечного устройства.

Когда речь идет о хобби или создании небольшого проекта для собственных нужд, все перечисленные пункты, оказываются как нельзя кстати. Но если вы создаете промышленное или коммерческое устройство, то вам нужно подумать о множестве других важных параметров, прежде чем использовать какую-либо готовую встраиваемую плату.

Итак, о чем следует вспомнить, прежде чем выбрать встроенную плату для своего проекта?

 1. Какой должна быть длительность жизненного цикла вашего устройства?

Доступность компонентов, является наиболее важным фактором, который необходимо учитывать при создании большинства проектов. В среднем, разработка коммерческого приложения, занимает около 18-24 месяцев, и только после этого продукт может быть выпущен на рынок.

Как правило, только по прошествии трех-четырех лет успешных продаж разработчик планирует модернизацию и переход на более современный одноплатный компьютер. Итак, если вы рассматриваете возможность использования готовой встраиваемой платы, то, по моему мнению, длительность ее жизненного цикла должна составлять семь и более лет.

Теперь давайте проверим планы выпуска Raspberry Pi, опубликованные на официальном сайте:

  • Raspberry Pi 3 Model B + наличие, до января 2023 года (осталось ~3,5 года, если считать с июля 2019 года);
  • Raspberry Pi 3 Model A + наличие, до января 2023 г. (осталось ~3,5 года, если считать с июля 2019 года);
  • Raspberry Pi Zero, до января 2022 г. (осталось ~2,5 года, если считать с июля 2019 года).

При этом никто не дает гарантии, что нужное Вам количество плат будет доступно в любое удобное время. Таким образом, перед Вами как перед разработчиком встает вопрос: следует ли мне выбирать встраиваемую плату, которая будет доступна только в течение следующих трех-четырех лет? Вдобавок ко всему, вы должны подумать о том, как обеспечить бесперебойную поставку необходимого количества плат в момент, когда они вам понадобятся?

2. Можете ли вы справиться с запуском вашей операционной системы (ОС) на SD-карте?

Raspberry Pi работает под управлением операционной системы Linux, запускаемой с SD-карты. Это означает, что у приложений с Raspberry Pi могут возникнуть проблемы с вибрацией, так как из-за механических колебаний электрический контакт с картой памяти может нарушаться. При этом плата не имеет встроенных способов борьбы с такими ситуациями. В качестве защиты от выпадения карты памяти можно использовать обходные пути (двусторонний скотч, клей и т. д.), которые, впрочем, нельзя считать достаточно надежными.

SD-карта

Рис. 2. SD-карта

 Другая проблема с SD-картой состоит в том, что она может быть повреждена, например, если питание платы было отключено в процессе записи файла. Для решения этой проблемы потребуется внешняя батарея или источник питания на основе суперконденсатора. При наличии батарейки операционная система успеет безопасно завершить работу после обнаружения выключения основного источника питания.  

 3. Насколько важны для вас USB-интерфейсы?

На платах Raspberry Pi присутствуют традиционные USB-разъемы, но штыревые разъемы с выведенными линиями USB-интерфейсов отсутствуют, что ограничивает возможности подключения датчиков, модемов и других устройств. Фактически разработчики могут подключать внешние USB-устройства только с помощью USB-кабелей, что является не лучшим вариантом для промышленных приложений.

Несмотря на обширные возможности, в платах Raspberry Pi отсутствуют многие важные функции, которые необходимы для создания коммерческих продуктов.

 4. Вам нужны часы реального времени с дежурной батарейкой?

В большинстве случаев, если вы хотите контролировать события в режиме реального времени, вам потребуются часы реального времени (RTC). К сожалению, в платах Raspberry Pi этот важный элемент отсутствует. Вы можете самостоятельно добавить внешнюю плату расширения с RTC, но это потребует дополнительных затрат времени и средств.

 5. Вам нужны дополнительные функции/ интерфейсы?

Далее приведем лишь небольшой перечень функций/ интерфейсов, которые могут Вам понадобиться, но которые отсутствуют в платах Raspberry Pi.

  • ЖК-интерфейс: для подключения RGB-дисплея обычно используется 40-контактный разъем. После подключения такого дисплея к Raspberry Pi у пользователя практически не останется свободных портов GPIO.
  • АЦП: если в вашем приложении требуется АЦП (с разрешением 8/10/12 бит), вам потребуется подключить дополнительный внешний модуль АЦП, например, по I2C или SPI.
  • EEPROM/ FRAM/ SPI Flash: во многих приложениях очень важно иметь встроенную энергонезависимую память (EEPROM или FRAM или Flash) для хранения поступающих данных. В настоящее время у Raspberry Pi такой возможности нет.
  • UART: в платах Raspberry Pi на штыревой разъем выведен только один UART. Обычно для приложений требуется два или три UART.
  • Ограниченное количество входов/ выходов: в платах Raspberry Pi на штыревой разъем выведен 28 GPIO, но этого недостаточно для многих коммерческих приложений.

Из-за перечисленных недостатков плат Raspberry Pi пользователю может потребоваться подключение дополнительной платы (или плат) расширения.

6. Вам требуется внешний источник питания?

При создании коммерческих устройств на базе Raspberry Pi Вам потребуется дополнительный источник питания. Это может быть AC-DC-источник (если устройство питается от сети)  или DC-DC-преобразователь (если устройство питается от аккумулятора или внешнего адаптера 6/ 12/ 24 В).

Для питания следует использовать надежный разъем. К сожалению, разъем USB-micro не рекомендуется для применения в коммерческих приложениях. Кроме того, чтобы защитить Raspberry Pi от сбоев, необходимо, чтобы источник питания имел встроенную защиту от обратного напряжения, выбросов напряжения и перегрузки по току.

7. Как вы будете решать проблему отвода тепла?

Процессор Raspberry Pi выделяет достаточно много тепла, которое необходимо отводить, чтобы избежать проблем с перегревом и надежностью. На данный момент разработчики могут использовать только небольшой радиатор, который предполагается устанавливать с помощью клея. Специализированные монтажные отверстия для надежного крепления радиатора вблизи процессора отсутствуют.

Тепловой режим работы схемы от ADI

Рис. 3. Тепловой режим работы схемы от ADI

В конечном счете, если вы используете вычислительную мощность Raspberry Pi на 70-90%, то вам обязательно потребуется мощный радиатор, который не всегда есть в наличии. Кроме того, для крепления придется использовать монтажные отверстия, расположенные по краям платы. В результате может потребоваться изготовление радиатора по индивидуальному заказу, а это опять-таки дополнительные затраты времени и средств.

Здесь стоит отметить, что недавно анонсированная новая модель Raspberry Pi 4 испытывает некоторые проблемы с перегревом, которые, как сообщается, должны быть решены обновлением прошивки.

8. Насколько для Вас важны габариты?

Для большинства современных устройств отсутствие свободного пространства становится болевой точкой. Использование плат Raspberry Pi, накладывает вполне конкретные ограничения на габариты конечного устройства:

  • Что делать, если конечное устройство должно иметь круглую форму? Потребуется компромисс?
  • Габариты конечного устройства могут быть меньшие, чем у платы Raspberry Pi. Не так ли?
  • HDMI-разъем на платах Raspberry Pi расположен с одной стороны, а разъемы USB и Ethernet с другой. В некоторых приложениях, где все эти интерфейсы должны использоваться одновременно, может потребоваться дополнительное кабельное подключение, чтобы вывести HDMI  на ту же панель, что и USB и Ethernet. Кабельные подключения HDMI также нельзя считать надежными при работе в промышленных и многих коммерческих условиях.
  • В моделях Raspberry Pi Model B+ присутствует дополнительная пара USB-разъемов. В некоторых приложениях требуется скрыть от пользователя эти разъемы, для чего потребуется разработка специального корпуса.

 9. Нужна ли Вам профессиональная поддержка разработчиков?

Платы Raspberry Pi имеют замечательную поддержку в виде онлайн-форумов и различных сообществ пользователей. Однако, мощная поддержка со стороны сообществ вовсе не является поддержкой со стороны профессиональных разработчиков. Сможете ли вы запустить продукт в сжатые сроки, используя поддержку сообщества, или вам понадобится специальная профессиональная поддержка?

Прежде чем принять решение, вы должны создать контрольный список всех программных компонентов, которые вы собираетесь использовать, и проверить уровень поддержки. В большинстве случаев рекомендуется самостоятельно тестировать производительность, чтобы убедиться, что вы получите то, что ожидаете от конечного продукта.

10. Каковы ваши потребности масштабируемости?

Платы Raspberry Pi не ориентированы на коммерческие приложения и представлены в виде набора отдельных модулей, а не в виде упорядоченной унифицированной линейки моделей, отличающихся вычислительной мощностью. Другими словами, если Вам потребуется увеличить производительность, то Вы не сможете выбрать более мощную плату с тем же форм-фактором. Вместо этого Вам потребуется перерабатывать весь конструктив. 

Что Вы будете делать, если после окончания разработки Вы вдруг поняли, что у потребителей есть спрос на другие спецификации устройства? Чрезвычайно важно учитывать возможности масштабирования и расширения функционала при переходе от прототипов к реальным серийным моделям.

Все вышеперечисленные пункты являются субъективными и не обязательно будут актуальными для всех коммерческих приложений. В некоторых случаях возможностей, предоставляемых Raspberry Pi, будет более чем достаточно. В таких случаях платы Raspberry Pi можно смело использовать для разработки, в том числе и коммерческих устройств. Однако, я надеюсь, предложенный список потенциальных недостатков поможет разработчикам правильно принять решение об использовании Raspberry Pi в своих проектах.

Мой совет для инженеров, которые ищут доступные встраиваемые платы, – используйте профессиональные продукты. Многие компании (например, Embest, Technexion, Embedded Artists, Wandboard  и др.) предлагают встраиваемые платы с гарантированной длительностью жизненного цикла более семи лет. Многие производители выпускают встраиваемые платы, разработанные специально для промышленных приложений и допускающие возможность масштабирования.

Надеюсь, эта статья будет полезна и в том случае, если вы все-таки решите использовать коммерческие встраиваемые платы в промышленных приложениях.

Исходник: www.allaboutcircuits.com

Производитель: Терраэлектроника
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TE-Raspberry Pi Kit
TE-Raspberry Pi Kit
Терраэлектроника
Арт.: 1232598 ИНФО
Доступно: 14 шт. 2920,00
Вместе дешевле! Отладочный комплект TE-Raspberry Pi Kit уже содержит камеру, корпус и карту памяти TE-Raspberry Pi Kit - отладочный комплект на базе популярной отладочной платы Raspberry Pi с картой памяти 8Gb, модуля 5MP камеры и пластикового корпуса
TE-Raspberry Pi Kit 2920,00 от 2 шт. 2500,00 от 3 шт. 2250,00 от 7 шт. 2090,00 от 17 шт. 1980,00
14 шт.
(на складе)
Производитель: Raspberry
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
Raspberry Pi Compute Module
Raspberry Pi Compute Module
Raspberry
Арт.: 1352913 ИНФО PDF
Доступно: 19 шт. от 1 шт. от 3453,56
Выбрать
условия
поставки
Встраиваемый модуль на платформе Raspberry Pi
Raspberry Pi Compute Module от 1 шт. от 3453,56
19 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
RPI Compute Module
RPI Compute Module
Raspberry
Арт.: 1353109 ИНФО PDF
Доступно: 17 шт. от 1 шт. от 3822,03
Выбрать
условия
поставки
COMPUTE MODULE, RASPBERRY PI DEV BOARD
RPI Compute Module от 1 шт. от 3822,03
17 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
RASPBERRY-MODB+-512M
RASPBERRY-MODB+-512M
Raspberry
Арт.: 1931363 ИНФО PDF
Доступно: 15 шт. от 1 шт. от 4514,89
Выбрать
условия
поставки
RASPBERRY PI MODEL B+ BOARD
RASPBERRY-MODB+-512M от 1 шт. от 4514,89
15 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
Raspberry Pi 3 Model B
Raspberry Pi 3 Model B
Raspberry
Арт.: 2092497 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт. 3550,00
Raspberry Pi 3 Model B Новое устройство построено на базе 64-битного процессора ARM Cortex A53 с частотой 1,2 ГГц, который, по заверению производителя, на 50% быстрее его предшественника 4-ядерного ARM Cortex-A7 CPU.…
Raspberry Pi 3 Model B 3550,00 от 5 шт. 3390,00 от 10 шт. 3230,00
20 шт.
(на складе)
Raspberry Pi 3 Model B+
Raspberry Pi 3 Model B+
Raspberry
Арт.: 2719910 ИНФО PDF
Доступно: 20 шт. 3630,00
Raspberry Pi3 Model B+ - обновленная версия легендарной линейки RPi.
Raspberry Pi 3 Model B+ 3630,00 от 5 шт. 3460,00 от 10 шт. 3300,00
20 шт.
(на складе)

Сравнение позиций

  • ()