開源硬件與物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)新模式

開源硬件與物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)新模式一、物聯(lián)網(wǎng)及開源硬件簡介當下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)逐漸成為與我們生活息息相關(guān)的新型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在信息交流、數(shù)據(jù)傳輸、傳感器、智能化等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)將是下一個推動世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”，是繼通信網(wǎng)之后的另一個萬億級市場。首先，我們應(yīng)當理解所謂物聯(lián)網(wǎng)的含義。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正迎來前所未有的發(fā)展機遇。在產(chǎn)業(yè)層面上，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)節(jié)部分實現(xiàn)突破。從產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)來看，許多廠商推出了針對物聯(lián)網(wǎng)的專用芯片，或者對物聯(lián)網(wǎng)的專用芯片，或者針對物聯(lián)網(wǎng)的特定的應(yīng)用場景進行優(yōu)化。另外，物聯(lián)網(wǎng)終端不斷演化，支持物聯(lián)能力的終端越來越多，在終端層面，速度是發(fā)展最快的。工信部物聯(lián)網(wǎng)白皮書2014中指出：“開源硬件和開放平臺催生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)新模式?！遍_源硬件平臺已經(jīng)對整個硬件層面的設(shè)計產(chǎn)生了比較深遠的影響，通過開源硬件的平臺，極大的縮短了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)周期，以前的開發(fā)非常難，現(xiàn)在通過開放的電路板和原理圖就可以開發(fā)出新的終端。另外，開放的這種平臺，還有開源硬件的配合也簡化了整體的部署?？梢钥吹剑麄€開源的理念，加速塑造了C2B的硬件的生產(chǎn)模式。開源硬件(OpenSourceHardware)指與自由及開源軟件相同方式設(shè)計的計算機和電子硬件。開源硬件也是開源文化的一部分，并且將這一概念延伸到更多樣的領(lǐng)域中。通常開源硬件會公布詳細的硬件設(shè)計信息(包括機械圖、電路圖、BOM清單、PCB版圖、HDL源碼和IC版圖)以及與開源軟件相關(guān)的驅(qū)動軟件。開源硬件(OSHW)是一個實體創(chuàng)造物的術(shù)語一機器，設(shè)備，或者其他的物理事物。它們的設(shè)計已經(jīng)對公眾發(fā)布。發(fā)布允許任何人制造，修改，分發(fā)或使用該硬件設(shè)計。此定義目的在于為開源硬件許可的開發(fā)和評估提供準則。最近幾年開源硬件取得了令人驚喜的成就，這得益于電子技術(shù)的不斷進步，比如移動技術(shù)、FPGA工藝和嵌入式設(shè)計的普及等等。更多的廠商投入到開源硬件設(shè)計中來，而大廠商也看到了開源硬件中的機會，畢竟越多的人使用市場越廣。從超大系統(tǒng)級設(shè)計到芯片SoC設(shè)計，從移動平臺到單片機平臺，從具體的應(yīng)用產(chǎn)品到模塊化產(chǎn)品都能夠看到開源硬件的項目。其中，Arduino的誕生可謂開源硬件發(fā)展史上的一個新的里程碑。二、開源硬件項目實例Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的arduino板）和軟件（arduinoIDE），是一個基于開放原始碼的軟硬體平臺，構(gòu)建于開放原始碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java，C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會告訴Arduino電路板要做些什么了。作為世界上最受歡迎的開源硬件，Arduino具備以下特點：1、 開放源代碼的電路圖設(shè)計，程序開發(fā)接口免費下載，也可依個人需求自己修改。2、 使用低價格的微處理控制器（AVR系列控制器），可以采用USB接口供電，不需外接電源，也可以使用外部9VDC輸入。3、 Arduino支持ISP在線燒，可以將新的“bootloader”固件燒入AVR芯片。有了bootloader之后，可以通過串口或者USBtoRS232線更新固件。4、 可依據(jù)官方提供的Eagle格式PCB和SCH電路圖簡化Arduino模組，完成獨立運作的微處理控制；可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接例如：紅外線，超音波，熱敏電阻，光敏電阻，伺服馬達,…等）5、 支持多種互動程序，如：Flash、Max/Msp、vvvv、PD、C、Processing等。6、 應(yīng)用方面，利用Arduino,突破以往只能使用鼠標、鍵盤、CCD等輸入的裝置的互動內(nèi)容，可以更簡單地達成單人或多人游戲互動。

□zDIGITAL;P；OO<UN0)iRxtiuARDUXNO□zDIGITALMUI：?■I.ARDUIND.CC-HADEINITALY>*■rArduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是利用Arduino編程語言（基于Wiring）和Arduino開發(fā)環(huán)境（basedonProcessing來實現(xiàn)的?；贏rduino的項目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上運行的軟件，他們之間進行通信（比如Flash,Processing,MaxMSP）來實現(xiàn)。MUI：?■I.ARDUIND.CC-HADEINITALY>*■r因為Arduino的種種優(yōu)勢，越來越多的專業(yè)硬件開發(fā)者已經(jīng)或開始使用Arduino來開發(fā)他們的項目、產(chǎn)品；越來越多的軟件開發(fā)者使用Arduino進入硬件、物聯(lián)網(wǎng)等開發(fā)領(lǐng)域。Arduino開源硬件平臺通過開放設(shè)計圖、原理圖、材料清單和集成開發(fā)環(huán)境，滿足個性化需求的傳感器節(jié)點、網(wǎng)關(guān)等原型產(chǎn)品開發(fā)，極大地縮短了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)周期，采用傳統(tǒng)模式需要5個月以上的開發(fā)周期通過開源平臺可以縮短至2周~1個月。僅2013年Arduino即發(fā)布了數(shù)十個改進版本，擁有數(shù)百萬開發(fā)者和成千上萬的應(yīng)用。由此看出，開源硬件平臺已經(jīng)對整個硬件層面的設(shè)計產(chǎn)生了比較深遠的影響，通過開源硬件的平臺，極大的縮短了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)周期，以前的開發(fā)非常難，現(xiàn)在通過開放的電路板和原理圖就可以開發(fā)出新的終端。另外，開放的這種平臺，還有開源硬件的配合也簡化了整體的部署。還有一個不得不提的開源硬件的實例一aspberryPi（樹莓派）。樹莓派（raspberrypi）,是一款基于linux系統(tǒng)的、只有一張信用卡大小的卡片式計算機。研發(fā)樹莓派的最初目的是通過低價硬件及自由軟件來推動在學校的基礎(chǔ)的計算機學科教育，但很快樹莓派就得到計算機和硬件愛好者青睞；他們用它學習編程，并創(chuàng)造出各種各樣新奇的、風靡一時的軟硬件應(yīng)用。在接口方面，RaspberryPi提供了可供鍵鼠使用的USB接口，此外還有快速以太網(wǎng)接口、SD卡擴展接口以及1個HDMI高清視頻輸出接口，可與顯示器或者TV相連。它被廣泛應(yīng)用于檢測、計算機、GPS、智能機器人、遠程監(jiān)控、自動化系統(tǒng)等方面，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)良好的結(jié)合，通過開源平臺實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)模式的優(yōu)化，實現(xiàn)了計算機學科教育的智能化，降低了計算機及編程學習的門檻。不過樹莓派本身并不是特別開放，你無法得到所有的設(shè)計電路并自由復制一塊樹莓派，樹莓派所搭載的ARMBroadcom微處理器需要昂貴的自動化工具來構(gòu)建，無法通過零售渠道獲得，并且需要一系列的閉源二進制代碼。不過這樣的現(xiàn)狀也許會在Broadcom開放顯卡驅(qū)動后得到改變，并且樹莓派項目的目標之一就是走向完全開放。相關(guān)的實例還有SeeeduinoCloud。SeeeduinoCloud是一款基于DraginoWiFi物聯(lián)網(wǎng)模塊HE和ATmega32u4的微控制器板。HE是一個高性能、低成本的150M，2.4GWiFi模塊，在漢語中意味著核心，并且它內(nèi)置開源的OpenWrt系統(tǒng)。SeeeduinoCloud完全兼容Arduino，Grove，擴展板和IDE（版本高于1.5.3）。除了Arduino常規(guī)接口，SeeeduinoCloud還支持內(nèi)置的以太網(wǎng)和WiFi，USB-A端口使得需要網(wǎng)絡(luò)連接和大量存儲的原型設(shè)計非常容易。將SeeeduinoCloud用作一個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)也不失為一個好主意?？梢詫崿F(xiàn)感知網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)，以及不同類型感知網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換.既可以實現(xiàn)廣域互聯(lián).也可以實現(xiàn)局域互聯(lián)。三、綜述開放源碼硬件從誕生到現(xiàn)在將近十多年了，很多人為它的發(fā)展付出了大量的努力，但是并沒有像開放源碼軟件那樣深入人心，很多項目也以失敗告終。究其原因，開源硬件面臨挑戰(zhàn)主要有：1）免費的EDA工具2）許可證3）成本4）質(zhì)量5）產(chǎn)品6）廠商支持7）商業(yè)模式。開源硬件和開放平臺對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)模式的發(fā)展有著極其重要的作用，因此克服開源硬件所面臨的挑戰(zhàn)是大力發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不可避免的話題。盡管目前開源硬件還面臨各種各樣的困難，但是隨著技術(shù)的進步以及無數(shù)愛好者的努力，相信開源硬件一定會一直發(fā)展下去，畢竟開源是大