Raspberry Pi가 상업용 제품에 적합하지 않은 이유

RPi는 특히 젊은 엔지니어 지망생들에게 놀라운 성과를 거두었지만 전문가에게 필요한 것이 아닌 이유에 대한 분석입니다. 프로젝트.

RPi는 특히 젊은 엔지니어 지망생을 위해 세계에서 놀라운 일을 해냈지만 전문 프로젝트에 RPi가 필요하지 않은 이유에 대한 분석입니다.

최근 AAC 설문조사에서 응답자의 약 20%가 최종 제품에 "제조업체" 보드를 사용한다고 주장했습니다. 독자 질문에서 일부 커뮤니티 회원은 전문 개발의 몇 가지 예를 포함하여 다양한 설정에서 Raspberry Pi를 포함한 메이커 보드를 사용한다고 보고했습니다.

메이커 보드는 STEM 교육 및 제품 프로토타이핑을 포함하여 많은 상황에서 중요한 도구이지만 이 기사에서는 Raspberry Pi를 예.

여기서 내 목표는 라즈베리 파이 사용을 방해하거나 이에 대한 판단을 내리는 것이 아닙니다. 의심의 여지 없이 Raspberry Pi는 교육 및 일부 프로토타이핑을 위한 훌륭한 이니셔티브이자 훌륭한 임베디드 컴퓨터 보드입니다. 오히려 제 목표는 특히 Raspberry Pi를 기본 임베디드 컴퓨팅 보드로 사용하는 경우 상용 제품 개발에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 개념에 대해 엔지니어에게 알리는 것입니다.

일부 엔지니어가 RPi를 선택하는 이유는 무엇입니까?

많은 엔지니어가 제품 개발에 Raspberry Pi를 사용하려는 이유를 먼저 이해해 보겠습니다.

Raspberry Pi에는 다양한 이점이 있습니다.

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저비용(~35$)

컴팩트한 보드에 담긴 엄청난 처리 능력

다양한 인터페이스(HDMI, 다중 USB, 이더넷, 온보드 Wi-Fi 및 블루투스, 다수의 GPIO, USB 전원 공급 등)

Linux, Python 지원(애플리케이션 구축 용이)

커뮤니티 지원으로 즉시 사용 가능한 예시

이러한 임베디드 보드를 개발하려면 많은 비용과 노력이 필요합니다.

취미나 개인 프로젝트를 구축할 때는 위에서 언급한 모든 사항이 좋습니다. 그러나 산업용 또는 상업용 제품을 구축하는 경우 즉시 사용할 수 있는 임베디드 보드를 선택하기 전에 다른 많은 중요한 매개변수에 대해 생각해야 합니다.

그렇다면 제품 개발을 위해 임베디드 개발 보드를 선택하기 전에 고려해야 할 다양한 매개변수는 무엇입니까?

1. 장기 가용성이 얼마나 필요합니까?

설계를 위해 선택한 하드웨어의 가용성은 제품을 구축할 때 고려해야 할 가장 중요한 매개변수입니다. 평균적으로 상용 제품을 구축하는 경우 시장에서 판매를 시작하기까지 거의 18-24개월이 걸립니다.

이 시점이 지나면 다른 보드로 마이그레이션을 시작하기 전에 몇 년(예:3~4년) 동안 제품을 판매하고 싶을 것입니다. 따라서 제품에 사용할 기성품 임베디드 개발 보드를 고려하고 있다면 해당 보드의 최소 사용 가능 기간은 7년 이상이라고 생각합니다.

이제 Raspberry Pi 웹 사이트에 따라 커밋된 보드 가용성에 대해 간단히 확인하겠습니다.

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Raspberry Pi 3 Model B+ 가용성, 2023년 1월(2019년 7월에서 3.5년 남음)

Raspberry Pi 3 Model A+ 출시, 2023년 1월(약 3.5년 남음)

Raspberry Pi Zero 가용성, 2022년 1월(~2.5년 남음)

위에서 언급한 가용성 약정이 필요할 때 특정 수의 보드에 대한 액세스를 보장하지 않는다는 점을 명심하십시오. 따라서 디자이너인 당신의 질문은 향후 3~4년 동안 사용할 수 있는 보드를 선택하시겠습니까? 게다가 필요할 때 필요한 수량을 어떻게 손에 넣을지 생각해보셨나요?

소싱 대상에 관계없이 Digi-Key, Mouser 및 기타 사이트를 방문하여 구성 요소의 가용성을 확인하는 것이 좋습니다. 필요한 수량을 비축할 수 있는지 논의할 수 있는 담당자를 만날 수 있어야 합니다.

2. SD 카드에서 운영 체제(OS)를 실행할 수 있습니까?

Raspberry Pi Board는 SD 카드에서 Linux를 실행합니다. 이것은 이 SD 카드 연결이 현장에서 진동에 문제가 있을 수 있으므로 견고한 애플리케이션이 문제를 일으킬 수 있음을 의미할 수 있습니다. 작동 중에 연결이 손상되지 않았는지 확인하는 조항은 없습니다. 신뢰할 수 없는 해결 방법(양면 테이프, 접착제 등)을 사용하게 될 수도 있습니다.

이 SD 카드 상황의 또 다른 문제는 파일 쓰기 작업이 계속 진행되는 동안 많이 쓰거나 보드의 전원이 제대로 꺼지지 않으면 손상될 수 있다는 것입니다. 이 문제를 해결하기 위해 보드가 꺼지기 전에 소프트웨어가 적절한 종료를 처리할 수 있도록 주 전원 끄기 인터럽트 신호를 제공하는 외부 배터리 또는 슈퍼커패시터 기반 전원 공급 장치를 제공해야 할 수 있습니다.

3. USB 연결이 당신에게 얼마나 중요한가요?

RPi 보드에는 USB 헤더 커넥터가 없기 때문에 USB 연결을 통해 센서, 모뎀 등을 연결할 수 없습니다. 따라서 개발자는 USB 케이블을 통해 주변 장치를 연결해야 합니다(특히 산업용 응용 프로그램에는 권장되지 않음).

다음으로 가장 중요한 측면은 필요한 기능 세트의 가용성입니다. 라즈베리 파이 보드에서는 사용할 수 없는 다양한 기능이 있으며 이는 상용 제품을 설계할 때 필수적일 수 있습니다.

4. 배터리 백업 기능이 있는 실시간 시계가 필요하십니까?

대부분의 경우 실시간으로 이벤트를 추적하려면 실시간 시계가 필요합니다. 이것은 Pi 보드에 표준으로 제공되는 것이 아닙니다. 외부 RTC 회로를 추가하려는 경우 추가할 수 있지만 비용, 노력 및 공간이 추가됩니다.

5. 이러한 기능/인터페이스가 필요하십니까?

다음은 귀하가 필요하다고 판단할 수 있지만 Pi 제품군이 제공할 수 없는 몇 가지 사항입니다.

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LCD 인터페이스: 모든 디스플레이 RGB 신호는 40핀 헤더에서 나옵니다. TFT 디스플레이를 사용해야 하는 경우 사용할 수 있는 GPIO가 거의 또는 전혀 없습니다.

온보드 ADC: 제품에 ADC(8/10/12비트 해상도)가 필요한 경우 I ² 를 통해 외부 ADC 칩을 추가해야 합니다. C/SPI.

EEPROM/FRAM/SPI 플래시: 데이터 로깅 애플리케이션의 경우 데이터 저장을 위해 온보드 EEPROM, FRAM 또는 플래시를 갖는 것이 매우 중요합니다. 현재로서는 이에 대한 규정이 없습니다.

제한된 UART: 헤더에서 하나의 UART만 사용할 수 있으며 8개의 신호를 허용하지 않습니다. 일반적으로 대부분의 요구 사항에는 2~3개의 UART가 필요합니다.

제한된 수의 I/O: 헤더에서 28개의 GPIO를 사용할 수 있지만 많은 상용 애플리케이션에는 충분하지 않습니다.

위의 점들로 인해 그 공백을 메우기 위해 별도의 보드가 필요할 수 있습니다.

6. 외부 전원 공급 장치가 필요합니까?

상용 제품의 경우 추가 AC-DC 전원 공급 장치(제품이 AC에서 직접 전원을 공급받는 경우) 또는 DC-DC 전원 공급 장치(제품이 외부 어댑터(6V/12/24V)에 의해 전원이 공급되는 경우)를 제공해야 합니다. 또는 배터리) 보드에 전원을 공급합니다.

보드의 전원 공급 장치 커넥터도 작동 중에 안정적이어야 합니다. USB 마이크로 커넥터 기반 전원 공급 장치는 상용 제품에 권장되지 않습니다. 또한, Raspberry Pi의 고장을 방지하려면 역전압, 서지 및 과부하에 대한 보호 기능도 있어야 합니다.

7. 열 관리에 어떻게 접근하시겠습니까?

Raspberry Pi의 마이크로프로세서는 관리해야 하는 열을 생성하므로 보드의 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 현재로서는 접착제가 있는 작은 방열판만 사용할 수 있습니다. 방열판을 제대로 고정할 수 있도록 프로세서 근처에 장착 구멍이 없습니다.

ADI의 예시 회로의 열화상

궁극적으로 Raspberry Pi의 계산 능력을 70-90%까지 사용하는 경우 적절한 방열판이 필요할 수 있으며 보드의 장착 구멍과 쉽게 구할 수 없는 더 큰 방열판을 사용하게 될 것입니다. 방열판을 맞춤 설계하고 제조해야 할 수도 있습니다. 이것은 추가 비용과 노력입니다.

참고로, 최근에 발표된 RPi 4에는 펌웨어 업데이트가 해결해야 하는 일부 과열 문제가 발생했습니다.

8. 폼 팩터 크기가 얼마나 중요합니까?

모든 장치 설계와 마찬가지로 공간은 골칫거리입니다. Pi와 같은 보드를 기반으로 한 디자인은 최종 디자인의 폼 팩터에 대한 제한으로 해석됩니다.

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동그란 모양의 제품을 어떻게 디자인하시겠습니까? 어느 정도 타협이 필요합니다.

라즈베리파이 보드보다 작은 사이즈는 당연히 불가능하겠죠?

한 면에는 HDMI가 제공되고 다른 면에는 USB 및 이더넷 커넥터가 제공됩니다. 사용자가 HDMI 포트에 액세스해야 하는 애플리케이션에서는 케이블을 사용하여 USB/이더넷 커넥터 근처로 가져오고 맞춤형 인클로저에 장착해야 합니다. 현장 작업에 HDMI 케이블 연결이 안정적이지 않습니다.

추가 USB(모델 B+):애플리케이션에서 2개의 USB만 사용자에게 노출되어야 하는 경우 하나는 맞춤형 인클로저를 사용하여 다른 2개의 USB 포트를 숨겨야 합니다.

9. 얼마나 많은 개발 지원이 필요하십니까?

Raspberry Pi 보드는 온라인 포럼 및 커뮤니티를 통해 크게 지원됩니다. 그러나 RPi의 강점은 커뮤니티 지원에 있기 때문에 전문적인 개발 지원을 전문으로 하지 않습니다. 커뮤니티 지원을 사용하여 촉박한 일정으로 제품을 출시할 수 있습니까? 아니면 전담 지원이 필요합니까?

결정을 내리기 전에 사용할 모든 소프트웨어 구성 요소의 체크리스트를 만들고 사용 가능한 지원 수준을 확인해야 합니다. 대부분의 경우 최종 제품에서 기대하는 것을 얻을 수 있도록 성능을 테스트하는 것이 좋습니다.

10. 확장성 요구 사항은 무엇입니까?

지금까지 Raspberry Pi 보드는 상용 제품을 염두에 두고 설계되지 않았기 때문에 개발자가 계산 요구 사항에 따라 선택할 수 있도록 교체 및/또는 다른 성능을 제공할 수 있는 호환 보드가 없기 때문입니다.

개발을 마치고 다른 스펙에 대한 수요가 있다는 것을 알게 된다면 어떻게 하시겠습니까? 특히 프로토타입 단계에서 제품 개발 프로세스의 더 확장 가능한 부분으로 이동하려고 할 때 재작업을 위한 디자인을 고려하는 것이 중요합니다.

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위의 모든 사항은 상용 제품 요구 사항에 따라 주관적입니다. 어떤 경우에는 Raspberry Pi가 제공하는 것이 애플리케이션에 충분합니다. 이러한 경우 제품 개발에 사용할 수 있습니다. 그러나 위에서 언급한 이 요점 목록이 엔지니어가 제품에서 Raspberry Pi를 사용하는 것에 대한 결정을 내리기 전에 고려해야 할 체크리스트 역할을 할 수 있기를 바랍니다.

쉽게 사용할 수 있는 임베디드 컴퓨팅 보드를 찾고 있는 엔지니어를 위한 조언은 전문 보드를 사용하는 것입니다. 많은 회사(Kontron, Congatec, Compulab 등)는 7년 이상 가용성을 보장하는 보드를 제공합니다. 다른 많은 기판 제조업체도 산업 등급의 품질과 확장성 옵션을 제공합니다.

그러나 상업용 응용 프로그램을 위한 보드로 작업하기로 선택하더라도 이 기사가 산업용 제품을 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 사항을 제공할 수 있기를 바랍니다.