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現在有一個愈來愈明顯的設計趨勢，它正開始影響到設計世界乃至工程師的創新方式，有些人甚至說是在醞釀一場革命。開源正以超乎我們想象的速度進入硬件世界，其代表是Raspberry Pi、Arduino、3D打印、嵌入式Linux，以及強大的社區知識共享與反饋，它可能成為設計循環中一個日益民主化的方案。 在開源世界中，硬件要落后軟件數年時間，后者主要是由Linux帶領。這種差異的主要原因是：硬件是實際的，因此復制成本更高，更困難。除此以外，有些情況下的許可仍很模糊，有關IP竊賊和誰將受益的擔憂也讓人望而卻步。 但對很多設計工程師、制造商、黑客或玩家來說(還包括像SparkFun和Gadget Factory這樣的年輕公司，甚至更多現有的業內成員)，好處超過了顧慮，包括能夠從當前分享的工作快速做出原型、獲得用戶社區的意見，以及低成本或無進入成本。對很多人而言，這些好處提高了專業工程能力。開源硬件正在試圖進入一切事物的設計中，從能夠給照片加胡子的玩樂型人臉識別相機，到智能手表，再到太空跳傘(由紅牛同溫層計劃所贊助的超高空跳傘)中使用的技術。 對于不同的公司或工程師，什么是開源，什么不是開源，定義上可能有些模糊。開源硬件協會(OSHWA)的定義是這樣的：開源硬件是其設計向公眾開放的硬件，這樣，任何人都可以在該設計基礎上研究、修改、分發、制造和銷售該設計或硬件。硬件的來源(即產生設計的東西)優先選擇方便修改的格式。理想情況下，開源硬件使用現成的元件與材料、標準工藝、開放基礎架構、無限制的內容，以及開源的設計工具，從而將個人制造和使用硬件的能力最大化。開源硬件在共享知識和鼓勵通過設計的公開交換來實現商務目標的同時，賦予了人們控制自身技術的自由。 提示 ● 開源可以提高專業工程與設計水平，因為它豐富了創意，提供了快速原型路徑，并且鼓勵學習與知識共享。 ● 作為日益民主化的設計方案的一部分，來自開源社區的用戶反饋變得越來越珍貴。 ● 并非只有新興公司和獨立黑客與制造商涉入開源領域，成熟的電子公司，包括Atmel和德州儀器公司也參與其中。 ● “免費”與“開源”不是一回事，開源硬件和開源軟件的定義主要依賴于許可。 ● 開源可以帶來收益，有些開源硬件公司已取得相當可觀的增長和利潤。 不過，開源硬件在工程師和開發人員心中激起的精神與熱情是無法定義的。Burning Man和Maker Faire這些通過開源硬件表達創意的活動都充分展現出了這種激情。 Atmel公司就是其中之一，它多年來一直在為Arduino這樣一個領先的開源電子原型平臺和社區歡呼。該公司還在繼續做自己的傳統系列，但也已經開始將Arduino整合到一些產品中(圖1、2)，并在今年5月的Maker Faire Bay Area展示了其Arduino開發板，開發板采用了Atmel AVR UC3、megaAVR，以及基于SAM3X8 ARM處理器的MCU。 圖1：Atmel公司的應用工程師Bob Martin破解了一臺萬代公司的六爪電子小強，在里面放了一個Atmel微控制器，這樣，它就具備了智能功能。 圖2：Agent智能手表，以Atmel SAM7X動力Netduino為原型，提供與智能手機的雙向通信、無線充電以及較長電池壽命。 Atmel開源設計的成果包括Agent智能手表，其原型基于一個Atmel SAM7X動力的Netduino開源電路板。Agent由Secret Labs與House of Horology制造，Kickstarter推出，截止本文發稿時，已經獲得了85萬美元資金，是其最初設定的10萬美元目標的8.5倍。智能手表預計會在今秋上市，該手表采用雙處理器設計，包括一個Atmel公司的SAM4S微控制器和一個tinyAVR。 Atmel公司開源社區經理Eric Weddington指出，采用Arduino和開源硬件做原型，然后做進一步產品開發的公司數量明顯增加。Weddington說：“工程民主化，我們都是目擊者。Arduino使處理復雜的嵌入式工程變得容易，而在過去，這一直是那些有廣泛軟硬件技能的工程師的工作范疇，他們要處理相互沖突的約束和要求，尤其是在深度嵌入式系統中。一直都是一群非常專業的人士才能處理嵌入式系統。但有了開源硬件、Arduino以及開源軟件后，使用嵌入式系統變得非常簡單，任何從未做過嵌入式工程的人都可以參與進來。對我來說就是這樣。它開啟了巨大的創造力。人們用Arduino可以做各種工作。” Atmel并非電子工程領域唯一一家將開源整合到自身戰略中的著名公司。德州儀器公司通過其LaunchPad套件和BeagleBoard與BeagleBone產品來支持開源。BeagleBoard.org是一個專業開發人員與愛好者聚集的社區，他們在這里相互合作、展示項目、咨詢問題、提供反饋。該社區于2008年面世，現在每周平均有5萬次點擊，是業內最活躍的開源社區之一。 TI公司Beagle家族的最新成員是45美元的1GHz BeagleBone Black開源Linux計算機(圖3)，該產品發布于4月份的DESIGN West，采用了該公司1GHz Sitara AM335x ARM Cortex-A8處理器。超過30塊插件板(BeagleBoard.org社區管它叫“cape(披肩)”)都兼容BeagleBone Black，預期還會有更多的cape。迄今為止，BeagleBone Black與這些cape的整合(如3D打印機、DMX照明控制器、蓋革計數器、遙控潛水艇以及LCD觸摸屏等)都獲得了積極的評價。 Black甚至獲得了Limor “Ladyada” Fried的贊許，最近她因自己的工作而被《創業家》雜志授予當前工程師類別的年度創業家稱號，她是一名開源設計的長期支持者，并建立了Adafruit Industries公司，該公司正在銷售Black平臺。 圖3：45美元的Beagle Bone Black只有信用卡大小，是Linux計算機開源軟硬件開發平臺。 BeagleBoard.org的共同創始人、TI公司嵌入式處理器軟件架構經理Jason Kridner指出，免費硬件與開源硬件之間存在著一個差異。他解釋道：“你可以免費獲得它們，但仍然有一些東西在許可條款內，它限制了你的范圍和可做的工作。是否開源只在于許可條款，無關花錢多少或者是否花錢。有時候，某些事件需要有回報，這是社區成長的一個重要部分。但多數情況下，我們會試圖保證你可以做自己想要的事，以及可以用硬件做自己想做的事。” 回報通常是以在這些開源社區進行反饋的形式。Chris Taylor是SparkFun電子公司的工程師，該公司是一個已成立十年的開源硬件公司，發展迅速，現已擁有130多名雇員，450件原創產品。他表示：“社區提供的最有價值元素是改進循環、反饋循環。” Taylor補充道：“以我們SparkFun為例，當我們在網上貼出了一個設計的代碼，就會有人得到這個代碼并加以使用，發現要改進的地方或錯誤，我們可以立即修改，這多虧有了社區。如果硬件有可改進的地方，產品頁面就像一個論壇，可以提交一個評論。由于它是開源的，因此任何人都可以做改進，當SparkFun看到這些，就可以將這些修改加入版本修訂循環中。于是，因為有社區，下一個產品版本就會更好。這種反饋與產生新產品的敏捷性相結合，就是擁有開源社區的優勢。” Gert van Loo曾開發了非常流行的Raspberry Pi板原型，并創建了Gertboard(圖4)，Gertboard是用于Raspberry Pi的一塊I/O擴展板，具有很高的靈活性。他指出，如果沒有社區反饋，Pi就不會出現。Pi完美地實現了其目標—激發創造性和對計算機科學和工程的學習興趣，但Gert van Loo指出，沒有開源社區的滋養，低價板永遠不會取得這樣的成就。 圖4：Gert van Loo在今年4月份DESIGN West 2013大會的一個工作室建立了一塊Gertboard。與會的每個人都收到了一塊由Newark element14提供的免費Gertboard。 他說：“計劃開始時總是要在社區里拋出很多板子，然后會有很多針對教育、支持、軟件和驅動的開發，你需要的所有東西回過頭來又從開源得到。想法總是這樣。開始時，最終目標非常明確是教育，但我們知道第一批面世后，肯定不會用于教育了。這可能是一場災難。這個(Raspberry Pi基金會創始人Eben Upton)設想的開發系列是我們遵從的初始目標。” 【分頁導航】 第1頁：開源硬件是向公眾開放的硬件 第2頁：付出了技術，能得到回報嗎？ 第3頁：近期有局限，但潛能無限 第4頁：附文：《開源硬件：你加入了嗎？》 付出了技術，能得到回報嗎？ 雖然所有這些回報是很好的知識分享，但接下來，一些工程師心中最大的問題就變成了IP的收入與支付。如果參與這些社區的個人是免費工作，那他們的利益何在？誰又會得到報酬？ Brad Dixon是明導公司(Mentor Graphics)開源與工具解決方案總監，該公司涉入開源領域的是其Embedded Alley運行的Linux和Android產品，以及用于嵌入式開發的基于GNU的CodeSourcery工具鏈。他說：“Linux基金會(LF)在這方面做的很好。人們以為，Linux核心是一些愛好者在家中創造出來的，這是個誤解。絕大多數人為Linux出力是因為這是他們的工作，并且他們能夠從中獲得報酬。人們有獲而勞。” “通常，你看到人們為了利益而工作。他們要解決一個問題，并且他們知道，如果能做出改進，就再也不必為此而困擾。或者，很多情況下，他們希望進入某個領域，而成為全球人才池中的一份子是他們的一種面試方式。我們的很多工程師都曾在開源世界里與我們共同工作。” Jack Gassett是已有四年歷史的Papilio FPGA平臺公司Gadget Factory的創始人，該公司以Papilio FPGA而快速地聲名大振。 Jack Gassett說：“如果沒有開源，我們迄今所有的產品都不會存在。這就是為什么我們的板子都是開源的。我們希望人們能夠站在我們的肩上。” 但Gassett認為，開源硬件(OSHW)許可仍需要做一些修改，才能更適合于商務許可授權。他解釋道：“最終，我們生活在一個資本社會里。開源有時候和它有些分歧。我們運營一項業務，目的是建立業務并從中盈利。我們不斷地集中資源，這樣才可以不斷發明，給市場帶來新的產品，但我們沒有人打算成為百萬富翁。” Gassett的一位曾是黑客的伙伴Kalesh Weaver補充說：“開源并不意味著不掙錢，開源講的是信息免費。每個成功的開源社區都有一個成功的支持性商業社區，通常由率先開始做社區、最了解社區的開發人員組成。難道這些人不應該獲得報酬來繼續社區工作么？” “看看互聯網與信息免費吧。它正在改變世界各地的文化。這就是黑客們所一貫講述的：我們停不下來，只要找到自己的定位，并把它做好，有人會補償你。” 作為一個組織，OSHWA正在審核許可授權，探討其自稱的“文檔困境”(document jams)，積極活躍的OSHW開發人員聚集在一起，討論并尋找做出更標準化的開源設計文檔的方法。其中包括未明確的許可授權，以及對侵犯知識產權的擔心，該組織認為這種擔心可能阻止人們去制備文檔。OSHWA表示：“文檔化包括對來自其它來源的內容的重新使用。如果人們不了解知識產權許可，或不太了解自己使用內容的知識產權，他們就可能不敢去做文檔。一個有關開源硬件文檔知識產權問題的明確指引，以及一個法律支持框架可以消除這種擔憂。” 這并不是說，非開源硬件就沒有自己的許可授權與知識產權問題，也并不意味著開源硬件設計馬上就有許可授權和知識產權問題。 TI公司的Kridner說：“你一定要理解自己所獲取知識產權的許可證。無論它是開放許可還是封閉許可，你都必須了解自己能得到什么。開放特性并不一定產生問題，你只是需要了解與所獲取知識產權有關的條款。” 【分頁導航】 第1頁：開源硬件是向公眾開放的硬件 第2頁：付出了技術，能得到回報嗎？ 第3頁：近期有局限，但潛能無限 第4頁：附文：《開源硬件：你加入了嗎？》 近期有局限，但潛能無限 顯然在不遠的將來，工程工作并不會全面轉向開源硬件設計，就像軟件設計并沒有全部轉向Linux一樣。但隨著更多的獨立工程師與公司加入進來，設計改進方面存在著巨大的潛能。 Gert van Loo認為：“再也不存在像愛好者硬件這類東西了。處理器與PCB電子的開發已不再簡單，這就是開源硬件獲得地位的原因所在。高端處理器對設計不再是微不足道的了。但另一方面，對一家大公司來說，與在營銷和所有其它方面的開銷相比，這方面的花銷還真是九牛一毛。” 他補充說：“開源硬件使我們更容易選擇和嘗試一款處理器，而且很多新手也會用，僅此而已。”他警告說不要將現有開源硬件用于需要絕對安全和充分測試的領域，例如汽車和軍用領域(附文：《開源硬件：你加入了嗎？》)。 開源硬件及其簡單系統仍然是一個更廣泛變革的一部分。TI公司的Kridner說：“開源硬件只是整個制造民主化中的一部分。制造者和黑客都有相當大的用武之地。現在已在圍繞激光切割與3D打印機做工具開發，所有這些需要專業級制造的工作似乎都能為普通人所用。這是真正的制造民主化。” 確實，如果像Cooking Hacks這樣的公司能夠以850美元價格提供一個基于Arduino的3D打印機套件，從而快速、實惠地做出原型的機械部件，那么設計方法就很可能有一個巨大的轉變。 SparkFun的Taylor說：“我們正在逐步接近于用電子郵件向某人發送一個設計，然后打印出一臺手機。人們正在獲取閉源設計并復制，然后將其掃描成3D文件，然后在3D打印機上打印出來。” 但這并非明天或后天就會到來的事。而且雖然開源可以讓更多愛好者成為工程師，但專業工程師的角色只會得到加強。 Atmel公司的Weddington認為：“總體而言，工程的民主化確實擴展了可以進入市場的創意想法池，但我們也必須區分可以進入市場的各種想法，看哪些無需正規的工程化，哪些要更專業的工程化。嵌入式系統中總是會提到閃動一只燈的‘hello world’應用。做這種事很容易，但如果打算開發醫療設備或航空設備的開關，那還是需要專業的工程背景。我絕不認為硬件民主化會獨立于傳統的專業工程團隊，它只是作為補充而已。” 【分頁導航】 第1頁：開源硬件是向公眾開放的硬件 第2頁：付出了技術，能得到回報嗎？ 第3頁：近期有局限，但潛能無限 第4頁：附文：《開源硬件：你加入了嗎？》 附文 開源硬件：你加入了嗎？ 我們最近向EDN.com社區的工程師詢問了他們是否已涉入開源領域。以下是他們的一些回應： ● “我覺得開源硬件就像任何其它工具一樣……是在某個時間和地點使用正確東西的問題。至于我是否會用開源硬件做一個實際量產的產品？不會，原因很簡單，我所做的行業沒有這方面需求。”—sam512bb ● “我的一位工程師同事把我們的教學實驗室轉到了Arduino，之后我也參與了。它做原型非常快速也很省錢，克服了開源硬件在測試、測量和原型方面的很多缺點。”—Casey H ● “實際上我正打算和大學俱樂部一起啟動一個計算機項目。我覺得我們會做成開源軟硬件。這樣，即使我們離校，這個項目也會繼續下去，希望如此……”—Ajmal14 ● “如果我把自己的設計發布成開源的，就能阻止其他所有人去擁有它的專利，而不至于因為沒有付許可費，連我自己都不能用了。”—Douglas Butler 您也可以進入www.edn.com/4412385分享自己的想法。 【分頁導航】 第1頁：開源硬件是向公眾開放的硬件 第2頁：付出了技術，能得到回報嗎？ 第3頁：近期有局限，但潛能無限 第4頁：附文：《開源硬件：你加入了嗎？》 |
