Pourquoi Raspberry Pi n'est pas un bon choix pour les produits commerciaux

RPi a fait du bien dans le monde, en particulier pour les jeunes ingénieurs en herbe, mais voici pourquoi ce n'est probablement pas ce dont vous avez besoin pour un professionnel projet.

RPi a fait du bien dans le monde, en particulier pour les jeunes ingénieurs en herbe, mais voici pourquoi ce n'est probablement pas ce dont vous avez besoin pour un projet professionnel.

Dans une récente enquête de l'AAC, environ 20 % des personnes interrogées ont déclaré utiliser des cartes « maker » dans les produits finaux. Dans une question de lecteur, certains membres de la communauté ont signalé avoir utilisé des cartes de fabricants, y compris le Raspberry Pi, dans divers contextes, y compris quelques exemples de développement professionnel.

Bien que les cartes maker soient des outils importants dans de nombreuses situations, y compris l'éducation STEM et le prototypage de produits, dans cet article, je soulignerai certaines des lacunes des cartes maker en ce qui concerne les exigences générales d'un produit commercial ou industriel, en utilisant le Raspberry Pi comme un exemple.

Mon objectif ici n'est pas de vous décourager d'utiliser Raspberry Pi ou de porter un jugement sur celui-ci. Sans aucun doute, Raspberry Pi est une excellente initiative et une excellente carte informatique embarquée pour l'éducation et le prototypage. Mon objectif est plutôt d'informer les ingénieurs sur certains des concepts qui peuvent avoir un impact sur le développement de leurs produits commerciaux, en particulier s'ils utilisent Raspberry Pi comme carte informatique embarquée de base.

Pourquoi certains ingénieurs choisissent-ils RPi ?

Essayons d'abord de comprendre pourquoi de nombreux ingénieurs peuvent vouloir utiliser Raspberry Pi pour le développement de leurs produits.

Le Raspberry Pi présente divers avantages :

• Faible coût (~35 $)
• Puissance de traitement énorme dans une carte compacte
• De nombreuses interfaces (HDMI, plusieurs USB, Ethernet, Wi-Fi et Bluetooth embarqués, de nombreux GPIO, alimentés par USB, etc.)
• Prend en charge Linux, Python (ce qui facilite la création d'applications)
• Exemples facilement disponibles avec le soutien de la communauté
• Développer une telle carte embarquée va coûter beaucoup d'argent et d'efforts

Lorsque vous construisez un hobby ou un projet personnel, tous les points mentionnés ci-dessus sont bons. Mais, si vous construisez un produit industriel ou commercial, vous devez penser à de nombreux autres paramètres critiques avant de choisir une carte embarquée prête à l'emploi.

Alors, quels sont les différents paramètres à prendre en compte avant de sélectionner une carte de développement embarquée pour le développement de leurs produits ?

1. De combien avez-vous besoin d'une disponibilité à long terme ?

La disponibilité du matériel que vous sélectionnez pour votre conception est le paramètre le plus critique à prendre en compte lors de la construction d'un produit. En moyenne, si vous construisez un produit commercial, il vous faudra près de 18 à 24 mois avant de pouvoir commencer à le vendre sur le marché.

Après ce point, vous voudriez vendre le produit pendant quelques années, disons trois à quatre ans, avant de vouloir commencer à migrer vers une autre carte. Donc, si vous envisagez d'utiliser une carte de développement intégrée prête à l'emploi dans votre produit, je considère que le minimum disponible de cette carte est de sept ans ou plus.

Faisons maintenant une vérification rapide, selon le site Web de Raspberry Pi, sur la disponibilité engagée des cartes :

• Disponibilité du Raspberry Pi 3 modèle B+, janvier 2023 (il reste environ 3,5 ans à partir de juillet 2019)
• Disponibilité du Raspberry Pi 3 modèle A+, janvier 2023 (il reste environ 3,5 ans)
• Disponibilité du Raspberry Pi Zero, janvier 2022 (il reste environ 2,5 ans)

Gardez à l'esprit que les engagements de disponibilité mentionnés ci-dessus ne garantissent pas l'accès à un nombre spécifique de cartes lorsque vous en avez besoin. Alors la question pour vous, le designer, devient :voulez-vous choisir une planche qui n'est disponible que pour les trois à quatre prochaines années ? En plus de cela, avez-vous pensé à la façon dont vous mettrez la main sur les quantités dont vous avez besoin quand vous en avez besoin ?

Indépendamment de ce que vous recherchez, une recommandation est de visiter des sites tels que Digi-Key, Mouser et d'autres pour vérifier la disponibilité de vos composants. Vous devriez être en mesure de contacter un représentant qui peut discuter s'il est en mesure de stocker les quantités dont vous avez besoin.

2. Pouvez-vous gérer l'exécution de votre système d'exploitation (OS) sur une carte SD ?

Raspberry Pi Board exécute Linux sur une carte SD. Cela peut signifier que les applications renforcées poseront un problème car cette connexion de carte SD peut avoir des problèmes de vibrations sur le terrain. Il n'y a aucune disposition pour garantir que les connexions sont intactes pendant le fonctionnement. Vous pourriez finir par utiliser des solutions de contournement peu fiables (rubans double face, colle, etc.).

Un autre problème avec cette situation de carte SD est qu'elle peut être corrompue si elle est écrite de manière importante ou si la carte n'est pas correctement mise hors tension alors que l'opération d'écriture de fichier était toujours en cours. Afin de résoudre ce problème, vous pouvez finir par fournir une batterie externe ou une alimentation basée sur un supercondensateur pour fournir un signal d'interruption de mise hors tension afin que votre logiciel puisse gérer un arrêt correct avant que la carte ne s'éteigne.

3. Quelle importance accordez-vous aux connexions USB ?

Les cartes RPi manquent de connecteurs d'en-tête USB, ce qui rend impossible la connexion de capteurs, modems, etc. via une connexion USB. Cela oblige les développeurs à connecter ces périphériques via un câble USB (pas la méthode recommandée, en particulier pas pour les applications industrielles).

Ensuite, l'aspect le plus important est la disponibilité de l'ensemble de fonctionnalités requis. Il existe diverses fonctionnalités qui ne sont pas disponibles sur la carte Raspberry Pi et qui pourraient être essentielles lors de la conception d'un produit commercial.

4. Avez-vous besoin d'une horloge en temps réel avec batterie de secours ?

Dans la plupart des cas, si vous souhaitez suivre les événements en temps réel, vous avez besoin d'une horloge en temps réel. Ce n'est pas quelque chose qui est standard avec les cartes Pi. Si vous souhaitez ajouter un circuit RTC externe, vous pouvez le faire, mais cela augmentera les coûts, les efforts et l'espace.

5. Avez-vous besoin de l'une de ces fonctionnalités/interfaces ?

Voici quelques éléments dont vous pourriez avoir besoin, mais que la famille Pi ne serait pas en mesure de vous fournir.

• Interface LCD : Tous les signaux RVB d'affichage arrivent sur l'en-tête à 40 broches. Si l'on doit utiliser un écran TFT, très peu ou pas de GPIO seront disponibles.
• ADC embarqué : Si votre produit a besoin d'un ADC (résolution 8/10/12 bits), vous devrez ajouter une puce ADC externe via I ² C/SPI.
• Flash EEPROM/FRAM/SPI : Pour les applications d'enregistrement de données, il est très important d'avoir à bord une EEPROM ou une FRAM ou une Flash pour le stockage des données. À l'heure actuelle, il n'y a aucune disposition pour cela.
• UART limités : Un seul UART est disponible sur l'en-tête et cela ne permet pas huit signaux. Habituellement, deux ou trois UART sont nécessaires pour la plupart des exigences.
• Un nombre limité d'E/S : 28 GPIO sont disponibles sur l'en-tête mais ceux-ci ne suffisent pas pour de nombreuses applications commerciales.

En raison des points ci-dessus, un tableau séparé peut être nécessaire pour combler le vide.

6. Aurez-vous besoin d'une alimentation externe ?

Dans un produit commercial, vous devez fournir une alimentation AC-DC supplémentaire (si le produit est directement alimenté par AC) ou une alimentation DC-DC (si le produit est alimenté par un adaptateur externe (6V/12/24V) ou une batterie) pour alimenter la carte.

Le connecteur d'alimentation sur la carte doit également être fiable pendant le fonctionnement. Une alimentation basée sur un micro connecteur USB n'est pas recommandée pour un produit commercial. De plus, pour éviter que Raspberry Pi ne tombe en panne, il doit également être protégé contre les tensions inverses, les surtensions et les surcharges.

7. Comment aborderez-vous la gestion thermique ?

Le microprocesseur du Raspberry Pi génère de la chaleur qui doit être gérée, sinon cela peut avoir un impact sur la fiabilité de la carte. Pour l'instant, seul un petit dissipateur thermique avec de la colle peut être utilisé. Il n'y a pas de trous de montage à proximité du processeur afin que le dissipateur thermique puisse être fixé correctement.

Image thermique d'un exemple de circuit d'ADI

En fin de compte, si vous utilisez les capacités de calcul du Raspberry Pi à 70-90%, vous aurez peut-être besoin d'un dissipateur thermique approprié et vous finirez par utiliser les trous de montage de la carte et un dissipateur thermique plus gros, qui peut ne pas être facilement disponible. Il pourrait être nécessaire de concevoir un dissipateur thermique sur mesure et de le fabriquer. Il s'agit d'un coût et d'un effort supplémentaires.

À noter que le RPi 4 récemment annoncé rencontrait des problèmes de surchauffe qu'une mise à jour du micrologiciel devrait résoudre.

8. Quelle est l'importance de la taille de votre facteur de forme ?

Comme pour toute conception d'appareil, l'espace est un problème. Baser une conception autour d'une carte comme un Pi se traduira par des restrictions sur le facteur de forme de votre conception finale.

• Comment concevez-vous un produit avec une forme ronde, un certain compromis sera-t-il nécessaire ?
• Une taille plus petite que la carte Raspberry Pi n'est certainement pas possible, n'est-ce pas ?
• HDMI est disponible d'un côté et les connecteurs USB et Ethernet sont fournis d'un autre côté. Dans une application, où l'accès au port HDMI est requis par l'utilisateur, vous devez utiliser un câble pour le rapprocher des connecteurs USB/Ethernet et le monter avec un boîtier personnalisé. La connexion par câble HDMI n'est pas fiable pour le fonctionnement sur le terrain.
• Extra USB (Modèle B+) :dans une application, si seulement deux USB doivent être exposés à l'utilisateur, l'un d'entre eux doit utiliser un boîtier personnalisé pour masquer les deux autres ports USB.

9. De quelle aide au développement avez-vous besoin ?

Les cartes Raspberry Pi sont remarquablement prises en charge via les forums en ligne et la communauté. Cependant, étant donné que les points forts de RPi résident dans le support communautaire, ils ne se spécialisent pas dans le support de développement professionnel. Seriez-vous en mesure de lancer le produit dans des délais serrés en utilisant le support de la communauté ou auriez-vous besoin d'un support dédié ?

Avant même de décider, vous devez créer une liste de contrôle de tous les composants logiciels que vous allez utiliser et vérifier le niveau de support disponible. La plupart du temps, il est recommandé de tester les performances afin d'être sûr d'obtenir ce que vous attendez de votre produit final.

10. Quels sont vos besoins en matière d'évolutivité ?

Parce qu'à ce jour, les cartes Raspberry Pi ne sont pas conçues avec des produits commerciaux à l'esprit, elles n'ont pas de cartes compatibles qui peuvent être utilisées en remplacement et/ou offrir des performances différentes afin que le développeur puisse choisir en fonction des exigences de calcul.

Que feriez-vous si vous terminiez le développement et réalisiez ensuite qu'il y avait une demande pour différentes spécifications ? Surtout lorsque vous essayez de passer de l'étape de prototypage à une partie plus évolutive du processus de développement de produits, il est important d'envisager la conception pour la refonte.

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Tous les points ci-dessus sont subjectifs aux exigences du produit commercial. Dans certains cas, ce que propose Raspberry Pi est plus que suffisant pour l'application. Dans ces cas, vous souhaiterez peut-être l'utiliser pour le développement de votre produit. Mais j'espère que cette liste de points mentionnés ci-dessus pourra servir de liste de contrôle à prendre en compte par les ingénieurs avant de prendre des décisions concernant l'utilisation de Raspberry Pi dans leur produit.

Mon conseil aux ingénieurs qui recherchent des cartes informatiques embarquées facilement disponibles est d'utiliser des cartes professionnelles. De nombreuses entreprises (comme Kontron, Congatec, Compulab, etc.) proposent des cartes avec une disponibilité garantie de plus de sept ans. De nombreux autres fabricants de cartes proposeront également une qualité de qualité industrielle et l'option d'évolutivité.

Même si vous choisissez de travailler avec des cartes destinées à des applications commerciales, nous espérons que cet article vous donnera quelques éléments de réflexion lorsque vous concevez des produits industriels.