为什么 Raspberry Pi 不是商业产品的好选择

RPi 在世界上做了一些惊人的好事，特别是对于有抱负的年轻工程师，但这里有一个细分，为什么它可能不是专业人士所需要的项目。

RPi 在世界上取得了一些惊人的成就，尤其是对于有抱负的年轻工程师而言，但以下是为什么它可能不是专业项目所需要的细分。

在最近的 AAC 调查中，大约 20% 的受访者声称在最终产品中使用了“创客”板。在读者提问中，一些社区成员报告了在各种环境中使用创客板（包括 Raspberry Pi），包括一些专业开发示例。

虽然创客板在许多情况下都是重要的工具——包括 STEM 教育和产品原型设计——在本文中，我将重点介绍创客板在商业或工业产品的一般要求方面的一些缺点，使用 Raspberry Pi 作为示例。

我的目标不是阻止您使用 Raspberry Pi 或对其进行判断。毫无疑问，Raspberry Pi 是一项伟大的创举，也是用于教育和一些原型设计的出色嵌入式计算机板。相反，我的目标是让工程师了解一些可能影响其商业产品开发的概念，尤其是当他们使用 Raspberry Pi 作为基础嵌入式计算板时。

为什么有些工程师选择 RPi？

让我们先来了解一下为什么很多工程师可能希望使用 Raspberry Pi 进行产品开发。

Raspberry Pi 有多种好处：

• 低成本（约 35 美元）
• 紧凑型电路板中的巨大处理能力
• 许多接口（HDMI、多个 USB、以太网、板载 Wi-Fi 和蓝牙、许多 GPIO、USB 供电等）
• 支持 Linux、Python（可以轻松构建应用程序）
• 具有社区支持的现成示例
• 开发这样的嵌入式电路板将花费大量金钱和精力

当你在建立一个爱好或个人项目时，上面提到的所有要点都是好的。但是，如果您正在构建工业或商业产品，则在选择任何现成的嵌入式板卡之前，您必须考虑许多其他关键参数。

那么，在选择嵌入式开发板进行产品开发之前，应该考虑哪些不同的参数？

1.您需要多少长期可用性？

您为设计选择的硬件的可用性是构建产品时要考虑的最关键参数。平均而言，如果您正在构建商业产品，则需要将近 18-24 个月的时间才能开始在市场上销售。

在此之后，您可能希望将产品销售几年——比方说三到四年——然后再开始迁移到另一个板。因此，如果您正在考虑在您的产品中使用现成的嵌入式开发板，我认为该板的最短可用时间为七年或更长时间。

现在让我们根据 Raspberry Pi 网站快速检查一下这些板的承诺可用性：

• Raspberry Pi 3 B+ 型上市，2023 年 1 月（距 2019 年 7 月还剩约 3.5 年）
• Raspberry Pi 3 Model A+ 上市，2023 年 1 月（还剩约 3.5 年）
• Raspberry Pi 零可用性，2022 年 1 月（还剩约 2.5 年）

请记住，上述可用性承诺并不能保证在您需要时访问特定数量的板。因此，您作为设计师的问题变成了您是否要选择仅在未来三到四年内可用的电路板？最重要的是，您有没有想过如何在需要时获得所需的数量？

无论您采购什么产品，建议之一是访问 Digi-Key、Mouser 等网站以检查您的组件的可用性。您应该能够找到一位代表，他可以讨论他们是否能够库存您需要的数量。

2.您可以在 SD 卡上运行您的操作系统 (OS) 吗？

Raspberry Pi Board 在 SD 卡上运行 Linux。这可能意味着坚固耐用的应用程序会出现问题，因为此 SD 卡连接可能会在现场出现振动问题。没有规定确保连接在运行时完好无损。您最终可能会使用不可靠的解决方法（双面胶带、胶水等）。

这种 SD 卡情况的另一个问题是，如果大量写入或在文件写入操作仍在进行时板没有正确断电，它可能会损坏。为了解决这个问题，您最终可能需要提供外部电池或基于超级电容器的电源来提供市电断电中断信号，以便您的软件可以在电路板关闭之前处理正确的关机。

3. USB 连接对您来说有多重要？

RPi 板缺少 USB 接头连接器，这使得无法通过 USB 连接连接传感器、调制解调器等。这迫使开发人员通过 USB 电缆连接这些外围设备（不是推荐的方式，特别是不适用于工业应用）。

接下来，最重要的方面是所需功能集的可用性。 Raspberry Pi 板上有多种功能不可用，这些功能在设计商业产品时可能是必不可少的。

4.您需要带备用电池的实时时钟吗？

在大多数情况下，如果要使用实时跟踪事件，则需要实时时钟。这不是 Pi 板的标准配置。如果您想添加外部 RTC 电路，您可以这样做，但这会增加成本、工作量和空间。

5.您需要这些功能/界面中的任何一个吗？

以下是您可能确定需要但 Pi 系列无法提供的一些内容。

• 液晶界面： 所有显示 RGB 信号都来自 40 针接头。如果需要使用 TFT 显示器，则很少或没有 GPIO 可用。
• 板载 ADC： 如果您的产品需要ADC（8/10/12bit分辨率），则需要通过I ² 外接ADC芯片 C/SPI。
• EEPROM/FRAM/SPI 闪存： 对于数据记录应用，具有用于数据存储的板载 EEPROM 或 FRAM 或闪存非常重要。目前，没有这方面的规定。
• 有限的 UART： 接头上只有一个 UART 可用，并且不允许有八个信号。通常，大多数要求需要两个或三个 UART。
• 有限数量的 I/O： 接头上有 28 个 GPIO，但这些对于许多商业应用来说还不够。

由于以上几点，可能需要一个单独的板来填补空白。

6.您需要外部电源吗？

在商用产品中，您需要提供额外的 AC-DC 电源（如果产品直接由 AC 供电）或 DC-DC 电源（如果产品由外部适配器供电（6V/12/24V）或电池）为电路板供电。

板上的电源连接器在运行时也需要可靠。不建议将基于 USB 微型连接器的电源用于商业产品。此外，为了避免树莓派出现故障，它还应该具有反向电压、浪涌和过载保护。

7.您将如何进行热管理？

Raspberry Pi 上的微处理器会产生热量，必须对其进行管理，否则可能会影响电路板的可靠性。到目前为止，只能使用带有胶水的小型散热器。处理器附近没有提供安装孔，可以正确固定散热器。

来自 ADI 的示例电路的热图像

最终，如果您将 Raspberry Pi 的计算能力使用到 70-90%，您可能需要一个合适的散热器，最终您将使用板上的安装孔和更大的散热器，这可能不容易获得。可能需要定制设计散热器并制造它。这是额外的成本和努力。

请注意，最近发布的 RPi 4 遇到了一些过热问题，据报道固件更新应该解决这些问题。

8.您的外形尺寸有多重要？

与任何设备设计一样，空间是一个痛点。围绕 Pi 之类的电路板进行设计将转化为对最终设计外形的限制。

• 您将如何设计圆形产品，需要一定程度的妥协？
• 比 Raspberry Pi 板更小的尺寸肯定是不可能的，对吧？
• 一侧提供 HDMI，另一侧提供 USB 和以太网连接器。在用户需要访问 HDMI 端口的应用中，您需要使用电缆将其靠近 USB/以太网连接器并使用定制外壳进行安装。 HDMI 电缆连接对于现场操作不可靠。
• 额外的 USB（B+ 型）：在一个应用中，如果只需要向用户暴露两个 USB，一个需要使用自定义外壳来隐藏其他两个 USB 端口。

9.您需要多少开发支持？

Raspberry Pi 开发板受到在线论坛和社区的大力支持。然而，因为 RPi 的优势在于社区支持，所以他们并不专注于专业的开发支持。您能否使用社区支持在紧迫的时间内推出产品，还是需要专门的支持？

在做出决定之前，您应该创建一份您将要使用的所有软件组件的清单，并检查可用的支持级别。大多数情况下，建议测试性能，以确保最终产品达到预期效果。

10.您的可扩展性需求是什么？

因为，迄今为止，Raspberry Pi 板卡在设计时并未考虑到商业产品，因此它们没有可用作替代品和/或提供不同性能的兼容板卡，因此开发人员可以根据计算要求进行选择。

如果您完成开发，然后意识到对不同规格的需求，您会怎么做？尤其是在尝试从原型设计阶段转移到产品开发过程中更具可扩展性的部分时，考虑返工设计非常重要。

以上所有要点均受商业产品要求的影响。在某些情况下，Raspberry Pi 提供的内容对于应用程序来说绰绰有余。在这些情况下，您可能希望将其用于产品开发。但是，我希望上面提到的这个要点列表可以作为工程师在决定在他们的产品中使用 Raspberry Pi 之前考虑的清单。

对于正在寻找现成的嵌入式计算板的工程师，我的建议是使用专业板。许多公司（如 Kontron、Congatec、Compulab 等）提供的电路板保证可用性超过七年。许多其他电路板制造商也将拥有工业级质量和可扩展性选项。

但是，即使您选择使用用于商业应用的电路板，希望本文能给您提供一些在设计工业产品时需要考虑的事项。