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Le rôle croissant des plates-formes de prototypage et des cartes de développement dans la conception professionnelle – Serveur d’impression

Le 24 septembre 2019 - 10 minutes de lecture

Figure 1 – Raspberry Pi 3 Modèle B +

La montée en puissance de plates-formes de prototypage et de cartes de développement faciles à utiliser

En 2003, une équipe d’ingénieurs en Italie a mis au point un kit de développement à base de microcontrôleur facile à utiliser et peu coûteux, qui permettait à des utilisateurs de tous niveaux d’utiliser des microcontrôleurs 8 bits modernes dans leurs projets. Cela a marqué le début de la plate-forme Arduino ™, ouvrant la voie à un grand nombre d'utilisateurs pour créer et tester rapidement des idées de systèmes électroniques. Les amateurs, les concepteurs et même les concepteurs indépendants peuvent utiliser le matériel Arduino et son environnement de développement logiciel comme base de leurs projets. Cela a été suivi en 2008 par la naissance de BeagleBoard.org, une organisation à but non lucratif, élargissant encore les choix de calcul intégré. BeagleBoard.org a été créé pour permettre aux ingénieurs et aux concepteurs de développer des microprocesseurs modernes via une plate-forme de développement à faible coût et supportée par la communauté.

Avec les plateformes Arduino ™ et BeagleBone en place et évoluant toujours entre les mains de concepteurs, de développeurs et d’amateurs, l’une des plus grandes perturbations à la fois dans l’espace informatique grand public et industriel était sur le point de se produire. Un groupe du laboratoire d’informatique de l’Université de Cambridge répondait au besoin d’une plate-forme informatique peu coûteuse qui permettrait aux étudiants d’apprendre à programmer sans avoir besoin d’un ordinateur à la maison. Le résultat a été lancé en 2012: une SBC de 35 $ appelée Raspberry Pi. Conçu à l’origine comme un outil d’apprentissage de la programmation pour les étudiants, le Raspberry Pi a été adopté par les fabricants, les concepteurs, les étudiants ainsi que par les ingénieurs, et a contribué au lancement du boom actuel des SBC et des plateformes de prototypage électronique.

En utilisant plates-formes de développement en prototypage et design professionnel

Les plates-formes de prototypage et les cartes de développement couvrent un large éventail de fonctionnalités, des solutions basées sur les microcontrôleurs aux SBC, ordinateurs à part entière entièrement fonctionnels. Leur fonctionnalité les rend adaptés à une variété de cas d'utilisation, des nœuds de capteurs IoT aux concentrateurs d'automatisation maison intelligente et aux systèmes de contrôle Industry 4.0. Même lorsque les applications nécessitent des interfaces d’entrée / sortie spécialisées, telles que les communications RS485 pour les transducteurs industriels ou les sous-systèmes de capteurs d’environnement pour la surveillance des conditions domestiques, les concepteurs peuvent étendre les capacités de la carte de développement avec des modules complémentaires qui, selon la plate-forme être connu comme des boucliers, des chapeaux, ou des capes.

Cette combinaison de fonctionnalités standard et flexibles offre de réels avantages lors de l’utilisation du prototypage et du design. Qu'un projet ait besoin de matériel personnalisé, de modules complémentaires tiers ou simplement de la carte de base, la disponibilité d'une plate-forme SBC standard complète ou de prototypage permet aux développeurs de se lancer immédiatement dans le logiciel de l'application envisagée. Cela accélère les délais de mise sur le marché et permet d’économiser sur le coût considérable que représente le développement d’une carte complète à partir de rien. La nature ouverte de la conception matérielle joue également un rôle important dans l'aide au développement, en donnant aux ingénieurs un accès rapide aux données de conception et à la documentation complète utilisée pour créer chaque plate-forme. Ceci est renforcé par la richesse du soutien de communautés, telles que la communauté Raspberry Pi, qui permet aux développeurs de s’appuyer sur les cas d’utilisation d’autres personnes et de contacter les autres pour obtenir des conseils en cas de besoin.

Figure 2 – BeagleBone Black Industrial

Tandis que Raspberry Pi, BeagleBoard et Arduino s’intéressent au marché des applications professionnelles pour leur prochaine phase de croissance, ils proposent des cartes mères qui répondent davantage aux besoins du concepteur professionnel. BeagleBoard et Raspberry Pi ont des versions optimisées pour une utilisation professionnelle, telles que le BeagleBone Black Industrial et le module de calcul Raspberry Pi. Le dernier lancement de Raspberry Pi, le Raspberry Pi 3 modèle B + comprend également l'option d'alimentation par Ethernet via une HAT, la prise en charge du wifi à double bande (2,4 et 5 Ghz) et la conformité modulaire, réduisant ainsi les coûts initiaux lorsque les développeurs passent à la certification du produit. . Destinée à l'IoT, la série MKR extrêmement compacte d'Arduino offre également des options compactes permettant de combiner une intelligence locale basée sur l'architecture de processeur Arm Cortex-M0 + avec diverses interfaces sans fil. En sélectionnant différents modules MKR, les concepteurs peuvent créer des applications pouvant se connecter à des réseaux sans fil locaux via Bluetooth ou Wifi ou opter pour des communications longue distance via une connectivité cellulaire. L'architecture de processeur commune aux modules MKR permet aux ingénieurs de normaliser le processus de conception pour différentes variantes d'un produit.

Figure 3 – Module 3 Raspberry Pi Compute (illustré avec le kit de développement)

Farnell, en tant que fabricant officiel des cartes Raspberry Pi et BeagleBoard, peut également personnaliser les cartes, en permettant aux clients d’ajouter plus d’énergie ou de mémoire, et en fin de compte, d’offrir une alternative plus rapide et moins chère que de créer une carte à partir de zéro. Un exemple de personnalisation se trouve dans le module au cœur du Smarthub de FutureHome. Basé sur le module 3 Raspberry Pi Compute, le Smarthub est le serveur du système domotique de FutureHome, qui permet de contrôler les capteurs d’éclairage, de chauffage et de mouvement via une application iPhone ou Android. Futurehome a utilisé une carte personnalisée, développée avec Farnell, intégrant le module Pi Compute et une carte de base sans fil personnalisée pour alimenter une passerelle domotique.

Considérations pour les ingénieurs de conception

Cependant, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte lors de la planification de l'utilisation d'un panneau standard pour le prototypage ou la conception:

  • En cours d'approvisionnement: Les plates-formes de prototypage et les cartes de développement sont très rentables lorsqu'elles sont utilisées en production, mais comme pour tout produit disponible dans le commerce, un fournisseur risque de cesser la production à mesure qu'il adopte de nouvelles conceptions, ce qui pourrait avoir une incidence considérable sur votre produit. Les fournisseurs de ces plates-formes de prototypage reconnaissent ce problème et s’engagent désormais à «fabriquer des périodes» pour soutenir une utilisation professionnelle. Les derniers modèles industriels Raspberry Pi 3 Modèle B + et BeagleBone Black, par exemple, sont tous deux garantis d'être en production jusqu'en 2023.
  • Compatibilité facteur de forme: Un autre élément à prendre en compte est la compatibilité entre les générations d’une famille SBC. Vous devez vous assurer que le facteur de forme physique et de brochage est identique à celui de votre carte mère intégrée, sans quoi une nouvelle conception coûteuse pourrait être nécessaire. Encore une fois, les fabricants répondent à ce besoin et le dernier lancement de Raspberry Pi a conservé le même facteur de forme physique et le même facteur de forme physique que le précédent afin de maintenir la compatibilité. La Fondation Raspberry Pi s’est également engagée à maintenir le facteur de forme SODIMM pour tous les futurs modules de calcul, ce qui facilite la mise à niveau.
  • Écart de température: La plage de température de fonctionnement requise du produit final sera souvent déterminée par le composant du panneau présentant la spécification de température la plus médiocre. Les spécifications de température de fonctionnement pour les modèles SBC standard fabriqués par Raspberry Pi, BeagleBoard et Arduino ont des plages de températures de fonctionnement relativement étroites, ce qui signifie que leur utilisation dans les applications industrielles pourrait être limitée. Cependant, il existe des options – Raspberry Pi et BeagleBoard disposent tous deux de dispositifs développés spécifiquement pour les professionnels. utilisez des étendues de température significatives: BeagleBone Black Industrial (-40 à + 85 ° C) et Raspberry Pi Compute Module 3 (-25 à +80 ° C).
  • Produit conformité: En règle générale, les SBC et autres cartes de développement sont certifiés CE et seront donc conformes à toutes les directives et normes de sécurité de l'UE en vigueur. Néanmoins, le marquage CE et la certification de produit, en particulier pour un produit intégrant la connectivité sans fil, sont plus complexes pour une conception intégrée à un système final plus large, ce qui signifie que la conception complète et les composants doivent souvent être recertifiés. Les fabricants soutiennent leurs clients en offrant une conformité modulaire afin de réduire le besoin de recertification: un exemple est l'interface WiFi du Raspberry Pi 3 modèle B +, livrée avec la conformité modulaire, de sorte que les modifications autour du module WiFi ne nécessitent pas de recertification.
  • Fonctionnalité: Les SBC standard peuvent tout simplement ne pas répondre à vos besoins et, bien qu’il existe une large gamme de HAT, capes et boucliers disponibles pour la conception et le prototypage rapides, ils peuvent ne pas convenir à votre conception finale. Comme indiqué ci-dessus, des options sont disponibles pour personnaliser les composants SBC, mais cela nécessitera un compromis entre le coût par rapport au temps de conception et le facteur de forme requis.

Les SBC et les plates-formes de prototypage offrent des itinéraires faciles, disponibles et abordables pour la commercialisation rapide de conceptions professionnelles. Les nouvelles entreprises qui arrivent sur le marché peuvent concevoir des ventes en volume, car les SBC peuvent aider à accélérer le processus de conception et à tirer parti de la courbe de croissance des applications pour l'IoT, la maison intelligente et l'Industrie 4.0. Cette souplesse et la souplesse d'utilisation d'une solution standard apportent de réels avantages à tous les clients, du fabricant unique professionnel aux grandes entreprises bien établies. Ces nouvelles cartes «professionnelles préparées» continueront à se développer et à réduire les délais de mise sur le marché de tous types. des entreprises.

Par Cliff Ortmeyer, responsable mondial du développement de solutions, Farnell

Images:

Figure 1 – Raspberry Pi 3 Modèle B +

Processeur quad-core 1,4 GHz 64 bits

1 Go de mémoire SDRAM LPDDR2

4 x ports USB 2.0

Wi-Fi, Bluetooth 4.2, BLE

Gigabit Ethernet sur USB 2.0

Port HDMI pleine taille

Support Micro SD

Figure 2 – BeagleBone Black Industrial

1.0 GHz 32 bits dual core

SDRAM DDR3L 800MHZ 512Mo

4 Go, mémoire flash eMMC 8 bits

USB 2.0

Port série

Ethernet 10 / 100M (RJ45)

HDMI type D

Support Micro SD

Figure 3 – Module Raspberry Pi Compute 3

(montré avec le kit de développement)

Processeur quad-core 1,4 GHz 64 bits

1 Go de mémoire SDRAM LPDDR2

4 Go, mémoire flash eMMC (équivalent à la carte SD du RPI 3)

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