康泰克于2021年4月以“将方便使用的Raspberry Pi用于FA和测量控制”为标语，开始销售支持Raspberry Pi的HATsize 扩展板卡。本专栏主要介绍康泰克针对“Raspberry Pi”扩展板卡提出的概念、设想的用途。
目次
个人计算机用测量控制接口板的历史
在工业用途上也开始受到关注的Raspberry Pi
在工业用途上使用时的优点
在工业用途上使用时的缺点
关于功能扩展
在工业用途上利用的方法
RAS/RTC Raspberry Pi 板卡（CPI-RAS）的特征
Raspberry Pi 数字量输入输出板卡的特征
今后的展望
个人计算机用测量控制接口板的历史
日本的个人计算机（下称PC）的历史始于NEC公司1979年发布的PC-8001。康泰克也从1982年开始了NEC公司的PC-8001的IO单元“PC-8012”以及可在PC-8801上使用的个人计算机用接口板的开发、销售。后来，NEC公司发布了配置16位CPU的PC-9801。另外，在海外成为标准的IBM-PC兼容PC(DOS/V)在日本普及，可用图形UI操作PC的Windows问世等，PC所处的环境随着时代的变化取得了重大发展。
*资料来源：摘自免费百科词典“维基百科（Wikipedia）”以及康泰克的“沿革”
康泰克也在“FA领域也可以方便使用个人计算机！”的口号指引下，进行PC所要求的多样化的个人计算机用接口板的开发和销售，扩展总线支持的性能随着时代的进步而提高，为在工业用途上得到活用的PC的发展做出了贡献。
现在，不仅专为Intel、AMD等的PC开发的CPU，而且采用ARM架构的微机也在工业、教育、流通、通信等领域被快速采用。Raspberry Pi可以说是采用ARM架构的PC，也越来越被关注在工业用途上的活用，发展成为新的事实标准。康泰克一直以来提供了任何人都可轻松使用在FA上的产品，同样也开始了支持Raspberry Pi的扩展板卡的开发和销售，今后仍将继续提供可在工业用途上简单活用的产品。
在工业用途上也开始受到关注的Raspberry Pi
2012年设想在教育用途上使用而发布了Raspberry Pi，发布后历时大约10年，在维持其概念的情况下进化到第4代。在这一历史进程中，Raspberry Pi不受周边设备、教育用途的束缚，诞生了大量的应用事例，作为可轻松开发程序的平台，知名度越来越高。
为了响应工业嵌入用途的需求，发布了“Raspberry Pi Compute Module”，在工业用途上也活用Raspberry Pi平台的企业增加，Raspberry Pi基金会宣布，截至2018年6月，月产量的60%用于工业用途。
在工业用途上使用时的优点
以下说明在工业用途上使用Raspberry Pi时的优点。
● 互联网上有很多活用各种各样的接口的信息
考虑Raspberry Pi的最大理由很容易被认为是廉价，但是如果实际考虑在自己公司的产品上采用，与廉价相比，最大的优点是周边设备多、互联网上有很多活用各种各样的接口的信息。
在自己公司的产品上采用控制器，在自己公司的工厂的改善活动中使用时，为编写程序收集信息，在该处运行的软件的开发工时成了巨大的成本。
采用Raspberry Pi时，“想使用特定的传感器”、“想与周边装置通信”、“想连接云服务”等等，能够简单获取响应各种各样的要求的信息。在Raspberry Pi的世界，可能不是所有的信息都是可靠性高的信息，所以也需要仔细检查信息，进行验证，但是存在可参考的大量信息，这在开发软件上是很大的好处。
● 能够活用可大量使用软件开发成果的Linux
另外，传统的软件开发以瀑布模型的开发手法为主，首先决定整体的基本设计和日程，然后遵照该计划进行开发和封装。如今大规模的系统开发、需要可靠性的软件依然利用这一方法打造。但是，近来要求缩短开发周期，要求开发新颖性高的软件。为此，与传统的开发手法相比，能够缩短开发周期的敏捷开发受到关注。
敏捷开发是一种在开发中途能够灵活地应对规格的更改、添加的开发手法，这种手法不在发布的计划阶段决定严密的规格就进行开发，更重视成员间的交流。
即使采用这样的开发手法，Raspberry Pi的开发环境也能够活用可大量使用软件开发成果的Linux，可简单获取与大量周边设备连接的事例，Raspberry Pi的开发环境从原型的验证到实际运行得以顺利推进。
在工业用途上使用时的缺点
● USB端口供给的电源容量不足、与SD卡的可靠性有关的动作不稳定
另一方面，在工业用途上使用Raspberry Pi的缺点可以列举出USB端口供给的电源容量不足、与SD卡的可靠性有关的动作不稳定等问题。
关于电源容量，在单独使用Raspberry Pi的板卡时不会成为大问题，但是在使用USB连接周边设备时，或者连接显示装置、扩展输入输出板卡时，可能出现供电不足的问题。在工业用途上使用Raspberry Pi时，需要考虑总功耗。
关于SD卡的可靠性，不能消除发生固态硬盘的改写次数的问题、SD卡的故障、测量数据损坏等现象的可能性。建议使用为工业用途制造的SD卡，为了避免在系统设计阶段将数据写入SD卡，可以将测量数据保存到云、网络存储器等，通过此类对策降低风险。
● 内置的日历时钟得不到保持
另外，由于设计Raspberry Pi时将主要使用目的限定为教育用途，所以会有内置的日历时钟得不到保持（电源OFF后日期和时间消失）的特点。要是能够处在始终连接网络与时间服务器同步的环境下就没有大问题，但是在嵌入装置、设备时，不能连接网络的情况比较多，而且有时也要管理日历、时间使其使其正常运行，所以在系统设计时需要考虑对策。
关于功能扩展
作为为Raspberry Pi扩展功能的方法，除了像普通的个人计算机那样的LAN端口、USB接口之外，还提供用被称作HAT（Hardware Attached on Top）的40个引脚的引脚接头对线路板进行堆叠连接的扩展方法。在Raspberry Pi基金会公开的规格中，规定了板卡的物理布局、制造商的信息、为了Linux正确识别引脚后在扩展的板卡上连接所需的GPIO的设置、与容纳设备树的一部分的板载I2C EEPROM内存有关的信息。
在引脚接头上配置了GPIO、UART、I2C、SPI、I2S、PWM等扩展所需的信号。
※出自Raspberry Pi官网打开另一个窗口。红色5v、橙色3.3v、黒色GND、白色Advanced use only
※摘自Embedded Linux Wiki。
Raspberry Pi的标准OS“Raspbian”可通过“gpio”命令获取GPIO的设置及状态。另外，还提供了被称作“RPi.GPIO”的Python的安装包，所以还可从脚本语言的Python、PHP简单执行。
将扩展板卡安装在Raspberry Pi上时，按照以下的步骤进行。
在工业用途上利用的方法
康泰克已经开始销售支持Raspberry Pi的扩展接口（CPI系列）。
为了在工业用途上放心地使用Raspberry Pi，CPI系列采取了以下对策。
● 针对电源容量不足的对策
前面已经讲过，使用Raspberry Pi的USB端口供电，连接周边装置、扩展板卡时会有问题发生。康泰克根据提供工业用途产品的丰富经验，认为Raspberry Pi也需要能够从12-24V的DC电源供电。在RAS/RTC板卡（CPI-RAS）上设置可供给DC电源的电源连接器，将其作为驱动Raspberry Pi的电源，可供给的电源也能支持8V-28VDC的宽电压。另外，在电源电路上配置可产生5VDC 5A的高输出高效率电源和去除外部干扰的干扰过滤器，提供Raspberry Pi的CPU板干净的电源。由此，无论是增设周边装置、多块扩展板卡的情况下，还是配置在依靠电池运作的移动设备上的情况下，都能供给稳定的电源。
● 针对程序的稳定运作的对策
在工业用途上使用Raspberry Pi时，需要完成度高的软件，但是也可能因为某种原因，导致程序停止运作、或者是发生意料之外的故障。需要即使出现这样的软件问题也能从系统上使其安全地停止，自动恢复的体系。在RAS/RTC板卡（CPI-RAS）上内置了看门狗定时器（WDT）的功能。万一CPU失控等，即使预料外的程序被执行，也能从硬件上使CPU重启。
另外，也有人对原本设想使用在教育用途的Raspberry Pi的运行温度感到不安。 使用配置在RAS/RTC板卡（CPI-RAS）上的微机芯片的功能，能够测量RAS/RTC板的温度。由此能够确认Raspberry Pi周边温度的变化，在为改善周边温度环境考虑设置送风用风扇、冷却装置等对策时将其作为一种标准。
● 支持工业应用的功能
构建工业用途的系统时，很多时候需要正确的时间管理。配置在Raspberry Pi上的时钟功能（RTC）没有后备电池的功能。虽然温度补偿的RTC，在一般的温度环境25°C下时间是正确的，但是在低温环境、高温环境下，由于内部石英的特性，可以出现走时慢的情况。在RAS/RTC板（CPI-RAS）上配置了RTC，具备能够利用后备电池进行温度补偿的功能，根据温度环境调整时间，以求提高时间的精度。
另外，也支持通过定时器中断执行的间歇运行，所以也能够在指定日期启动Raspberry Pi。为了将关闭状态的消耗电流控制在最小限度，还配置了专用的低功耗电源电路。
为了使Raspberry Pi也能实现电源开关功能，RAS/RTC板卡（CPI-RAS）能够从电源开关以及接口连接器的数字输入进行电源操作。也支持通过长按强制进行电源OFF的功能，所以在嵌入用途的运用上十分方便。
● 提供便利的软件开发环境
为了方便用户使用Raspberry Pi上的扩展板卡，康泰克提供RAS/RTC板卡用驱动程序和数字量输入输出驱动程序。为了让过去使用Windows对康泰克扩展板卡进行应用开发的顾客也可以轻松使用Raspberry Pi进行开发，我们还提供了考虑到与Windows版的API-PAC/API-TOOL兼容性的函数库。
ARM Linux用 RAS驱动程序 CORAS(LNX) for ARM Ver.1.00
Linux版数字量输入输出驱动程序 API-DIO(LNX)
● 提供可解决技术疑问的场所
作为可解决康泰克的Raspberry Pi用扩展板卡的技术疑问点的场所，我们准备了“ConTEC Discussion Forum”。这是进行与康泰克的产品、软件有关的咨询、商量、委托的网站，不仅由康泰克发布信息，进行回答，而且可以通过自动翻译功能与全世界的技术人员一同解决问题。
ConTEC Discussion Forum
RAS/RTC Raspberry Pi 板卡（CPI-RAS）的特征
CPI-RAS是为Raspberry Pi 增加RAS功能、RTC功能、8V-28VDC电源输入功能的扩展板卡。是使用40针排针堆叠连接的HAT size板卡，为 Raspberry Pi 用于工业用途附加了可用性和可维护性。
Raspberry Pi 数字量输入输出板卡的特征
数字输入/输出板卡是为Raspberry Pi增设光电耦合器绝缘数字输入/输出功能的扩展板卡。
使用40针排针堆叠连接的HAT size板卡，为Raspberry Pi的测量控制增设数字输入/输出功能。
● 使用易于接线的推压式接线端子
采用不需要工具或压接端子，方便且易于使用的推压型端子台，可在接线的状态下进行安装和拆卸。
● 支持最多8张板卡的堆叠连接
在HAT规格上扩展设定了ID地址，最多可以连接8个堆栈。 *可以与其他公司的HAT混合使用。
● 支持与PC扩展板卡兼容的API, Python
API与康泰克的PCI Express / PCI / USB /以太网类型的测量控制设备兼容。开发成果可以在多个平台上使用。提供了适用于Python和GCC的示例程序，因此可以立即开始编程。
● 提供多种输入/输出类型
6点输入/16 点输出/8 点输入 8 点输出可用于灌电流类型、集电极开路和拉电流输出。还提供 16 点半导体继电器输出。
驱动电压兼容12-24VDC输入输出。
● 带光电耦合器的总线绝缘
光耦合器将 Raspberry Pi 的 GPIO 40PIN 连接器与 I/O 接口隔离，以增加抗噪能力。
* CPI-RRY-16 可以使用光电 MOS 实现总线绝缘。
● 支持-20度到60度的环境
支持-20度到60度的环境温度，可在各种环境下使用。
今后的展望
现在康泰克的Raspberry Pi用扩展板卡只有数字量输入输出板卡，但是今后我们将积极开发和销售模拟输入输出、RS-232C/RS-422等的通信板卡、以及特殊用途的专用板卡等，以及提供可以备份，在工业用途上使用的Raspberry Pi的产品。
关于在工业用途上使用Raspberry Pi，我们考虑未来从可使用廉价硬件，使用方便的开发环境这一背景，逐渐渗透到要求高可靠性、高性能的领域。如同在康泰克创立初期，被认为是兴趣爱好产品的个人计算机也开始被工业领域采用，现在在工业领域已经成为了不可或缺的存在，Raspberry Pi也被认为数年后将成为工厂设备、嵌入装置不可缺少的存在。
“PC For All Automation”，康泰克基于这一普遍理念为了成为带动在工业用途上有效利用Raspberry Pi的企业，未来仍将提供新产品及其活用方法。
