Ascensiunea Raspberry Pi: de la un PC banal la un computer industrial

4 NOIEMBRIE 2019

Dispunând de capabilități industriale puternice, platforma Raspberry Pi, începe să fie introdusă în aplicații industriale și comerciale de către compania Kontron Poate această placă ieftină, cunoscută până acum ca fiind computerul amatorilor electroniști și folosită pe scară largă ca o platformă experimentală, să concureze cu PC-urile de standard industrial de înaltă calitate? Cerințele de utilizare industrială din punct de vedere al performanței, fiabilității și disponibilității pe termen lung sunt de multe ori mai mari decât cele ale laboratoarelor universitare sau ale micilor ateliere de hobby.

Potrivit experienței Kontron Austria (fosta companie ‘exceet electronics’ din Ebbs/Austria, acum parte a companiei Kontron și a grupului S&T) evoluția kitului Raspberry Pi este cu adevărat de neoprit. Și nu din cauză că este unic din punct de vedere tehnologic, ci mai mult pentru că este bine-cunoscut printre tinerii profesioniști. În acest sens, este comparabil cu produsele Microsoft Office sau Adobe: produsele la nivel de intrare puțin costisitoare și folosite în scopuri didactice sunt, prin natura lor, foarte populare în școli și universități. Mai târziu, atunci când sunt interesați de o carieră, această experiență le oferă avantaje în companiile în care se formează. Astfel, software-ul comercial necunoscut, se tratează cu reticență.

Experiența din ultimii 5 ani a firmei Kontron Austria spune o poveste similară: proiectele furnizate de clienți sunt dezvoltate din ce în ce mai mult pe baza Raspberry Pi. Inginerii veniți din partea clienților, precum și dezvoltatorii au învățat să lucreze și să obțină rapid rezultate pe platforme ieftine precum Raspberry Pi, Arduino sau Beagle Board, dar cei mai mulți au învățat cu ajutorul platformei Raspberry Pi. Kontron Austria știe, de asemenea, că platforma Raspberry Pi este deseori utilizată în lucrările de diplomă și de masterat, cu suport asigurat de companie.

Utilizatorii din partea clienților și dezvoltatorii solicită Raspberry

Kontron Austria are mulți ani de experiență în selectarea platformei embedded potrivite pentru cerințele clienților și în aducerea unui proiect existent de la faza de prototip la producția de serie. Aceasta înseamnă adesea că proiecte complete bazate pe Raspberry Pi au nevoie să fie dezvoltate de la nivelul de schiță în termeni de hardware și software pentru a obține un procesor industrial și o platformă de placă pentru producția de serie. Cheltuielile financiare precum și timpul de lansare a produsului pe piață – de la prima versiune până la o platformă gata de producție – sunt foarte mari pentru clienți. Pentru Kontron Austria, acesta a fost un motiv suficient să-și propună ca platforma Raspberry Pi să devină o alternativă – sau mai degrabă un supliment – la platformele industriale standard.

În același timp, Kontron Austria a definitivat primul proiect comercial bazat pe Raspberry Pi și poate trage primele concluzii. Contrar intuiției, dar nu neașteptat din punct de vedere profesional, prețul de pornire scăzut al platformei nu se traduce într-un preț redus pentru producția de volum pentru uz industrial. S-a demonstrat că pentru prototipurile bazate pe Raspberry Pi, transformarea acestora într-un produs industrial gata pentru producția de serie necesită consultanță. În unele cazuri, platforma industrială rezultată nu este mai ieftină decât o platformă embedded standardizată. Kontron Austria poate chiar să indice aplicațiile în care, după faza de consultanță, a devenit evident că un produs standard industrial a fost mai rentabil pentru producția de serie.

Prețul nu vorbește întotdeauna în favoarea Raspberry

Adesea, prețul nu este singurul argument decisiv: ceea ce este uneori mai important în legătură cu Raspberry este ușurința în utilizare a software-ului. Sistemul de operare Raspian OS bazat pe Linux este foarte ușor de utilizat. Pachetele software pot fi instalate subsecvent cu ușurință, ceea ce conduce la economie de timp. Embedded Linux, de exemplu, este mult mai dificil de instalat și administrat. Motivul pentru simplitatea Raspberry rezidă din faptul că a fost gândit inițial pentru utilizare în cercetare și educație.

Dar mai există un motiv pentru utilizarea Raspberry: sprijinul care vine din partea unei comunități mondiale de fani și specialiști, pe care nicio companie orientată comercial nu este în măsură să îl ofere. Faptul că mulți studenți și tineri „producători” sunt dedicați platformei Raspberry duce la o foarte mare deschidere și suport tehnic de care pot beneficia și companiile, așa cum se întâmplă în rețelele de socializare.

Ieșire din zona de hobby prin suport și comunitate

Dimensiunea comunității arată, de asemenea, un alt avantaj: platforma Raspberry a fost vândută în aproximativ 19 milioane de bucăți (statistică din 2018). Niciun PC industrial standard nu poate atinge această bază de utilizatori. O acoperire prin testare mai mare este virtual imposibilă, iar platforma este în mod corespunzător bine dezvoltată, motiv pentru care imaginea de “pentru hobby” nu este așa de exactă, precum se spune.

Arhitectura deschisă a sistemului de operare și numeroasele aplicații, pe de altă parte, oferă, totuși, un avantaj limitat utilizatorilor industriali. Cu toate că foarte multe aplicații sunt disponibile sub licență gratuită, orice program sursă adaptat trebuie, de asemenea, să fie publicat sub licență gratuită. Desigur, numeroase companii comerciale găsesc acest lucru dificil, deoarece software-ul pe care „îl dețin” trebuie să fie disponibil tuturor în mod gratuit. Situația nu este mult diferită atunci când sunt utilizate module individuale dintr-o aplicație existentă. Uzual, programele derivate din aceste module trebuie să fie publicate sub licență gratuită. Cu toate acestea, cei care nu sunt dependenți de Linux au opțiunea de a rula Windows IoT Core pe platformă.

Dezavantaje de luat în considerare

Cu toate acestea, există și dezavantaje în mediul industrial în ceea ce privește utilizarea Raspberry Pi, dezavantaje care trebuie să fie menționate. Unul este lipsa de standardizare, comparativ cu standarde precum SMARC™, COM Express® sau Qseven. Suplimentar, platforma Raspberry este pusă în vânzare numai de Fundația Raspberry sau de distribuitorii săi. De aceea, nu există varietate, de exemplu, în termeni de performanță, consum energetic sau echipament.

Există la ora actuală doar două generații de procesoare disponibile ca module de calcul: Modulul de calcul 1 din 2014 și Modulul de calcul 3, care a fost lansat în 2017. Raspberry nu oferă opțiuni de procesoare Intel®, AMD sau NXP pentru diferite aplicații. Garantarea disponibilității pe termen lung, de mai mult de șapte ani, precum cea oferită de Kontron pentru multe PC-uri industriale standard, nu este posibilă pentru Raspberry Pi.

Aceste dezavantaje arată, de asemenea, de ce nu poate fi făcută o declarație generală pentru ce aplicații și industrii este potrivit Raspberry. Alegerea depinde în mod uzual de aplicație. Astfel, companii precum Kontron Austria oferă un ,,Kit de start industrial”, care poate fi utilizat rapid pentru a verifica dacă modulul „Raspberry Compute” respectă cerințele. Kitul de start are toate interfețele uzual utilizate în industrie, precum Ethernet, magistrală CAN, 1-wire și RS485/RS232. Modelul de circuit încercat-și-testat, precum și conexiunea de putere la standard industrial, de 24V, asigură o utilizare sigură. Intrările și ieșirile (I/O) analogice și digitale industriale suplimentare permit integrarea în aplicații predefinite. Kitul de start poate fi utilizat pentru a scurta în mod semnificativ calea către prototip și apoi către produsul final.

Kitul de dezvoltare pentru Raspberry Pi de la Kontron include o placă de dezvoltare conformă cu specificațiile SBC, un modul Raspberry Pi Compute Module 3 Light și un card SD cu sistem de operare pre-configurat Raspian. Cu această ofertă, Kontron respectă necesitățile de dezvoltare ale departamentelor din diferite industrii care dezvoltă prototipuri bazate pe Raspberry Pi, dar care s-au ferit să utilizeze platforma în industrie datorită lipsei de suport profesional. În plus, multe aplicații și programe care sunt gratis disponibile pentru Raspberry Pi în comunitatea open source, pot fi acum utilizate în aplicații industriale fără niciun efort de dezvoltare suplimentar.

Exemplu de aplicație Raspberry în spitale

În cooperare cu un client, Kontron Austria a dezvoltat o soluție mobilă pentru înregistrarea continuă în timp real a datelor vitale de la pacienții țintuiți la pat. O cutie ascunsă, fără contact, situată sub patul de spital, măsoară și înregistrează datele vitale și avertizează asistenții și medicii în cazul unor probleme grave. Nu este necesar un contact direct cu pacientul pentru a înregistra ritmul cardiac, ritmul respirației, decubit (răni care apar uneori la bolnavii siliți să stea mult timp culcați în pat) și datele de prevenire a căderilor pacienților. Mulțumită operării de la baterie, cutia poate fi cu ușurință instalată sub orice pat.

Pe durata dezvoltării hardware-ului, următoarele cerințe tehnice s-au aflat în prim plan: suport Linux – în acest caz a fost utilizat yocto Linux, suport pentru câteva interfețe precum WLAN, LAN și Bluetooth, putere mare de calcul, care permite, de asemenea, implementare de învățare automată, precum și integrarea de procesoare adiționale independente pentru a garanta rezultatele măsurării.

Posibilitatea certificării ca dispozitiv medical

În general, produsul ar trebui să fie certificabil pentru utilizare într-un mediu clinic: ar trebui să fie aprobat ca dispozitiv medical de clasă 2b, ceea ce corespunde cu a doua cea mai înaltă clasă, precum cea pentru anestezie și echipament de respirat. Ar mai trebui să existe conformitate cu EN 60601, care definește cerințele de siguranță și ergonomie pentru echipamentele electrice medicale și sistemele medicale. Suplimentar, au fost solicitate: implementare rapidă, disponibilitate pe termen lung, raport bun preț – performanță.

Împreună cu clientul, s-a decis utilizarea modulului „Compute 3” pentru acest produs. Comparativ cu cerințele, acesta prezintă dezavantaje legate de consumul energetic și de disponibilitatea pe termen lung. Totuși, avantaje precum putere de calcul, suport Linux și, nu în ultimul rând, raportul preț-performanță, compensează dezavantajele în acest caz.

Implementarea a fost făcută rapid datorită kitului de start; testele de compatibilitate electromagnetică ale dispozitivului (care sunt cele mai importante pentru medii clinice) au fost satisfăcătoare încă de la început. Interfețele pot fi verificare foarte rapid cu Raspian OS. Unele probleme au apărut în jurul transferului prototipului în yocto Linux, dar au fost rezolvate cu ceva ajutor venit de la comunitate, precum și cu experiența de înaltă clasă a Grupului S&T, din care face parte și compania Kontron Austria.

Găsiți mai multe informații la adresa: https://www.kontron-electronics.de/passepartout/


AutorAndreas Schlaffer,
Head of R&D, Kontron Austria

 

Kontron   |    www.kontron.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre