工程民主化：动力十足的开源硬件
发布时间：2014-12-16 11:30
发布者：designapp
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现在有一个愈来愈明显的设计趋势，它正开始影响到设计世界乃至工程师的创新方式，有些人甚至说是在酝酿一场革命。开源正以超乎我们想象的速度进入硬件世界，其代表是Raspberry Pi、Arduino、3D打印、嵌入式Linux，以及强大的社区知识共享与反馈，它可能成为设计循环中一个日益民主化的方案。 在开源世界中，硬件要落后软件数年时间，后者主要是由Linux带领。这种差异的主要原因是：硬件是实际的，因此复制成本更高，更困难。除此以外，有些情况下的许可仍很模糊，有关IP窃贼和谁将受益的担忧也让人望而却步。 但对很多设计工程师、制造商、黑客或玩家来说(还包括像SparkFun和Gadget Factory这样的年轻公司，甚至更多现有的业内成员)，好处超过了顾虑，包括能够从当前分享的工作快速做出原型、获得用户社区的意见，以及低成本或无进入成本。对很多人而言，这些好处提高了专业工程能力。开源硬件正在试图进入一切事物的设计中，从能够给照片加胡子的玩乐型人脸识别相机，到智能手表，再到太空跳伞(由红牛同温层计划所赞助的超高空跳伞)中使用的技术。 对于不同的公司或工程师，什么是开源，什么不是开源，定义上可能有些模糊。开源硬件协会(OSHWA)的定义是这样的：开源硬件是其设计向公众开放的硬件，这样，任何人都可以在该设计基础上研究、修改、分发、制造和销售该设计或硬件。硬件的来源(即产生设计的东西)优先选择方便修改的格式。理想情况下，开源硬件使用现成的元件与材料、标准工艺、开放基础架构、无限制的内容，以及开源的设计工具，从而将个人制造和使用硬件的能力最大化。开源硬件在共享知识和鼓励通过设计的公开交换来实现商务目标的同时，赋予了人们控制自身技术的自由。 提示 ● 开源可以提高专业工程与设计水平，因为它丰富了创意，提供了快速原型路径，并且鼓励学习与知识共享。 ● 作为日益民主化的设计方案的一部分，来自开源社区的用户反馈变得越来越珍贵。 ● 并非只有新兴公司和独立黑客与制造商涉入开源领域，成熟的电子公司，包括Atmel和德州仪器公司也参与其中。 ● “免费”与“开源”不是一回事，开源硬件和开源软件的定义主要依赖于许可。 ● 开源可以带来收益，有些开源硬件公司已取得相当可观的增长和利润。 不过，开源硬件在工程师和开发人员心中激起的精神与热情是无法定义的。Burning Man和Maker Faire这些通过开源硬件表达创意的活动都充分展现出了这种激情。 Atmel公司就是其中之一，它多年来一直在为Arduino这样一个领先的开源电子原型平台和社区欢呼。该公司还在继续做自己的传统系列，但也已经开始将Arduino整合到一些产品中(图1、2)，并在今年5月的Maker Faire Bay Area展示了其Arduino开发板，开发板采用了Atmel AVR UC3、megaAVR，以及基于SAM3X8 ARM处理器的MCU。  图1：Atmel公司的应用工程师Bob Martin破解了一台万代公司的六爪电子小强，在里面放了一个Atmel微控制器，这样，它就具备了智能功能。  图2：Agent智能手表，以Atmel SAM7X动力Netduino为原型，提供与智能手机的双向通信、无线充电以及较长电池寿命。 Atmel开源设计的成果包括Agent智能手表，其原型基于一个Atmel SAM7X动力的Netduino开源电路板。Agent由Secret Labs与House of Horology制造，Kickstarter推出，截止本文发稿时，已经获得了85万美元资金，是其最初设定的10万美元目标的8.5倍。智能手表预计会在今秋上市，该手表采用双处理器设计，包括一个Atmel公司的SAM4S微控制器和一个tinyAVR。 Atmel公司开源社区经理Eric Weddington指出，采用Arduino和开源硬件做原型，然后做进一步产品开发的公司数量明显增加。Weddington说：“工程民主化，我们都是目击者。Arduino使处理复杂的嵌入式工程变得容易，而在过去，这一直是那些有广泛软硬件技能的工程师的工作范畴，他们要处理相互冲突的约束和要求，尤其是在深度嵌入式系统中。一直都是一群非常专业的人士才能处理嵌入式系统。但有了开源硬件、Arduino以及开源软件后，使用嵌入式系统变得非常简单，任何从未做过嵌入式工程的人都可以参与进来。对我来说就是这样。它开启了巨大的创造力。人们用Arduino可以做各种工作。” Atmel并非电子工程领域唯一一家将开源整合到自身战略中的著名公司。德州仪器公司通过其LaunchPad套件和BeagleBoard与BeagleBone产品来支持开源。BeagleBoard.org是一个专业开发人员与爱好者聚集的社区，他们在这里相互合作、展示项目、咨询问题、提供反馈。该社区于2008年面世，现在每周平均有5万次点击，是业内最活跃的开源社区之一。 TI公司Beagle家族的最新成员是45美元的1GHz BeagleBone Black开源Linux计算机(图3)，该产品发布于4月份的DESIGN West，采用了该公司1GHz Sitara AM335x ARM Cortex-A8处理器。超过30块插件板(BeagleBoard.org社区管它叫“cape(披肩)”)都兼容BeagleBone Black，预期还会有更多的cape。迄今为止，BeagleBone Black与这些cape的整合(如3D打印机、DMX照明控制器、盖革计数器、遥控潜水艇以及LCD触摸屏等)都获得了积极的评价。 Black甚至获得了Limor “Ladyada” Fried的赞许，最近她因自己的工作而被《创业家》杂志授予当前工程师类别的年度创业家称号，她是一名开源设计的长期支持者，并建立了Adafruit Industries公司，该公司正在销售Black平台。  图3：45美元的Beagle Bone Black只有信用卡大小，是Linux计算机开源软硬件开发平台。 BeagleBoard.org的共同创始人、TI公司嵌入式处理器软件架构经理Jason Kridner指出，免费硬件与开源硬件之间存在着一个差异。他解释道：“你可以免费获得它们，但仍然有一些东西在许可条款内，它限制了你的范围和可做的工作。是否开源只在于许可条款，无关花钱多少或者是否花钱。有时候，某些事件需要有回报，这是社区成长的一个重要部分。但多数情况下，我们会试图保证你可以做自己想要的事，以及可以用硬件做自己想做的事。” 回报通常是以在这些开源社区进行反馈的形式。Chris Taylor是SparkFun电子公司的工程师，该公司是一个已成立十年的开源硬件公司，发展迅速，现已拥有130多名雇员，450件原创产品。他表示：“社区提供的最有价值元素是改进循环、反馈循环。” Taylor补充道：“以我们SparkFun为例，当我们在网上贴出了一个设计的代码，就会有人得到这个代码并加以使用，发现要改进的地方或错误，我们可以立即修改，这多亏有了社区。如果硬件有可改进的地方，产品页面就像一个论坛，可以提交一个评论。由于它是开源的，因此任何人都可以做改进，当SparkFun看到这些，就可以将这些修改加入版本修订循环中。于是，因为有社区，下一个产品版本就会更好。这种反馈与产生新产品的敏捷性相结合，就是拥有开源社区的优势。” Gert van Loo曾开发了非常流行的Raspberry Pi板原型，并创建了Gertboard(图4)，Gertboard是用于Raspberry Pi的一块I/O扩展板，具有很高的灵活性。他指出，如果没有社区反馈，Pi就不会出现。Pi完美地实现了其目标—激发创造性和对计算机科学和工程的学习兴趣，但Gert van Loo指出，没有开源社区的滋养，低价板永远不会取得这样的成就。  图4：Gert van Loo在今年4月份DESIGN West 2013大会的一个工作室建立了一块Gertboard。与会的每个人都收到了一块由Newark element14提供的免费Gertboard。 他说：“计划开始时总是要在社区里抛出很多板子，然后会有很多针对教育、支持、软件和驱动的开发，你需要的所有东西回过头来又从开源得到。想法总是这样。开始时，最终目标非常明确是教育，但我们知道第一批面世后，肯定不会用于教育了。这可能是一场灾难。这个(Raspberry Pi基金会创始人Eben Upton)设想的开发系列是我们遵从的初始目标。” 【分页导航】 第1页：开源硬件是向公众开放的硬件 第2页：付出了技术，能得到回报吗？ 第3页：近期有局限，但潜能无限 第4页：附文：《开源硬件：你加入了吗？》 付出了技术，能得到回报吗？ 虽然所有这些回报是很好的知识分享，但接下来，一些工程师心中最大的问题就变成了IP的收入与支付。如果参与这些社区的个人是免费工作，那他们的利益何在？谁又会得到报酬？ Brad Dixon是明导公司(Mentor Graphics)开源与工具解决方案总监，该公司涉入开源领域的是其Embedded Alley运行的Linux和Android产品，以及用于嵌入式开发的基于GNU的CodeSourcery工具链。他说：“Linux基金会(LF)在这方面做的很好。人们以为，Linux核心是一些爱好者在家中创造出来的，这是个误解。绝大多数人为Linux出力是因为这是他们的工作，并且他们能够从中获得报酬。人们有获而劳。” “通常，你看到人们为了利益而工作。他们要解决一个问题，并且他们知道，如果能做出改进，就再也不必为此而困扰。或者，很多情况下，他们希望进入某个领域，而成为全球人才池中的一份子是他们的一种面试方式。我们的很多工程师都曾在开源世界里与我们共同工作。” Jack Gassett是已有四年历史的Papilio FPGA平台公司Gadget Factory的创始人，该公司以Papilio FPGA而快速地声名大振。 Jack Gassett说：“如果没有开源，我们迄今所有的产品都不会存在。这就是为什么我们的板子都是开源的。我们希望人们能够站在我们的肩上。” 但Gassett认为，开源硬件(OSHW)许可仍需要做一些修改，才能更适合于商务许可授权。他解释道：“最终，我们生活在一个资本社会里。开源有时候和它有些分歧。我们运营一项业务，目的是建立业务并从中盈利。我们不断地集中资源，这样才可以不断发明，给市场带来新的产品，但我们没有人打算成为百万富翁。” Gassett的一位曾是黑客的伙伴Kalesh Weaver补充说：“开源并不意味着不挣钱，开源讲的是信息免费。每个成功的开源社区都有一个成功的支持性商业社区，通常由率先开始做社区、最了解社区的开发人员组成。难道这些人不应该获得报酬来继续社区工作么？” “看看互联网与信息免费吧。它正在改变世界各地的文化。这就是黑客们所一贯讲述的：我们停不下来，只要找到自己的定位，并把它做好，有人会补偿你。” 作为一个组织，OSHWA正在审核许可授权，探讨其自称的“文档困境”(document jams)，积极活跃的OSHW开发人员聚集在一起，讨论并寻找做出更标准化的开源设计文档的方法。其中包括未明确的许可授权，以及对侵犯知识产权的担心，该组织认为这种担心可能阻止人们去制备文档。OSHWA表示：“文档化包括对来自其它来源的内容的重新使用。如果人们不了解知识产权许可，或不太了解自己使用内容的知识产权，他们就可能不敢去做文档。一个有关开源硬件文档知识产权问题的明确指引，以及一个法律支持框架可以消除这种担忧。” 这并不是说，非开源硬件就没有自己的许可授权与知识产权问题，也并不意味着开源硬件设计马上就有许可授权和知识产权问题。 TI公司的Kridner说：“你一定要理解自己所获取知识产权的许可证。无论它是开放许可还是封闭许可，你都必须了解自己能得到什么。开放特性并不一定产生问题，你只是需要了解与所获取知识产权有关的条款。” 【分页导航】 第1页：开源硬件是向公众开放的硬件 第2页：付出了技术，能得到回报吗？ 第3页：近期有局限，但潜能无限 第4页：附文：《开源硬件：你加入了吗？》 近期有局限，但潜能无限 显然在不远的将来，工程工作并不会全面转向开源硬件设计，就像软件设计并没有全部转向Linux一样。但随着更多的独立工程师与公司加入进来，设计改进方面存在着巨大的潜能。 Gert van Loo认为：“再也不存在像爱好者硬件这类东西了。处理器与PCB电子的开发已不再简单，这就是开源硬件获得地位的原因所在。高端处理器对设计不再是微不足道的了。但另一方面，对一家大公司来说，与在营销和所有其它方面的开销相比，这方面的花销还真是九牛一毛。” 他补充说：“开源硬件使我们更容易选择和尝试一款处理器，而且很多新手也会用，仅此而已。”他警告说不要将现有开源硬件用于需要绝对安全和充分测试的领域，例如汽车和军用领域(附文：《开源硬件：你加入了吗？》)。 开源硬件及其简单系统仍然是一个更广泛变革的一部分。TI公司的Kridner说：“开源硬件只是整个制造民主化中的一部分。制造者和黑客都有相当大的用武之地。现在已在围绕激光切割与3D打印机做工具开发，所有这些需要专业级制造的工作似乎都能为普通人所用。这是真正的制造民主化。” 确实，如果像Cooking Hacks这样的公司能够以850美元价格提供一个基于Arduino的3D打印机套件，从而快速、实惠地做出原型的机械部件，那么设计方法就很可能有一个巨大的转变。 SparkFun的Taylor说：“我们正在逐步接近于用电子邮件向某人发送一个设计，然后打印出一台手机。人们正在获取闭源设计并复制，然后将其扫描成3D文件，然后在3D打印机上打印出来。” 但这并非明天或后天就会到来的事。而且虽然开源可以让更多爱好者成为工程师，但专业工程师的角色只会得到加强。 Atmel公司的Weddington认为：“总体而言，工程的民主化确实扩展了可以进入市场的创意想法池，但我们也必须区分可以进入市场的各种想法，看哪些无需正规的工程化，哪些要更专业的工程化。嵌入式系统中总是会提到闪动一只灯的‘hello world’应用。做这种事很容易，但如果打算开发医疗设备或航空设备的开关，那还是需要专业的工程背景。我绝不认为硬件民主化会独立于传统的专业工程团队，它只是作为补充而已。” 【分页导航】 第1页：开源硬件是向公众开放的硬件 第2页：付出了技术，能得到回报吗？ 第3页：近期有局限，但潜能无限 第4页：附文：《开源硬件：你加入了吗？》 附文 开源硬件：你加入了吗？ 我们最近向EDN.com社区的工程师询问了他们是否已涉入开源领域。以下是他们的一些回应： ● “我觉得开源硬件就像任何其它工具一样……是在某个时间和地点使用正确东西的问题。至于我是否会用开源硬件做一个实际量产的产品？不会，原因很简单，我所做的行业没有这方面需求。”—sam512bb ● “我的一位工程师同事把我们的教学实验室转到了Arduino，之后我也参与了。它做原型非常快速也很省钱，克服了开源硬件在测试、测量和原型方面的很多缺点。”—Casey H ● “实际上我正打算和大学俱乐部一起启动一个计算机项目。我觉得我们会做成开源软硬件。这样，即使我们离校，这个项目也会继续下去，希望如此……”—Ajmal14 ● “如果我把自己的设计发布成开源的，就能阻止其他所有人去拥有它的专利，而不至于因为没有付许可费，连我自己都不能用了。”—Douglas Butler 您也可以进入www.edn.com/4412385分享自己的想法。 【分页导航】 第1页：开源硬件是向公众开放的硬件 第2页：付出了技术，能得到回报吗？ 第3页：近期有局限，但潜能无限 第4页：附文：《开源硬件：你加入了吗？》 |
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