開(kāi)源硬件簡(jiǎn)介

開(kāi)源硬件指與自由及開(kāi)放原始碼軟件相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件。開(kāi)源硬件開(kāi)始考慮對(duì)軟件以外的領(lǐng)域開(kāi)源，是開(kāi)源文化的一部分。其中，Arduino的誕生可謂開(kāi)源硬件發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。

說(shuō)到開(kāi)源硬件，大家不一定很了解，但是說(shuō)到創(chuàng)客大家最近一年應(yīng)該耳聞了很多。開(kāi)源硬件這個(gè)東西，在現(xiàn)在，幾乎是和創(chuàng)客綁定在一起的。

幾乎所有的開(kāi)源硬件社區(qū)都是由創(chuàng)客組成。開(kāi)源硬件幾乎可以算是創(chuàng)客的工具箱，給創(chuàng)客提供了大量的方便。

開(kāi)源硬件是像開(kāi)源軟件學(xué)習(xí)的。把原理圖開(kāi)源初衷就是給大家一個(gè)模板，使得更多的東西能被復(fù)用，就好像編程里的對(duì)象，做好一個(gè)類，一個(gè)庫(kù)，大家只需要修修補(bǔ)補(bǔ)就行，不用再付出重復(fù)的勞動(dòng)。

開(kāi)源硬件，以Arduino為例，帶來(lái)的是什么呢？

1.接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

Arduino定義了很多標(biāo)準(zhǔn)的接口。如Arduino UNO，Arduino Mega，Arduino Nano，以及xbee接口。在Arduino中包括SPI接口以及I2C接口的位置都是標(biāo)準(zhǔn)化的。這些標(biāo)準(zhǔn)化帶來(lái)的好處就是，對(duì)于Arduino兼容模塊的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，只要設(shè)計(jì)兼容這些接口的硬件。那么客戶拿到手的模塊使用會(huì)非常簡(jiǎn)單。擴(kuò)展板直接插上就可以用，模塊看清楚數(shù)字口或者模擬口就行，I2C，SPI設(shè)備接的位置都一樣。非常方便使用。

2、使用流程的標(biāo)準(zhǔn)化。

對(duì)于開(kāi)源硬件來(lái)說(shuō)，接口的標(biāo)準(zhǔn)化使得使用流也可以標(biāo)準(zhǔn)化。選擇一個(gè)Arduino模塊的流呈一般是想一個(gè)功能（idea）-》百度（或論壇）查詢使用傳感器》淘寶開(kāi)源硬件店詢問(wèn)合適模塊-》查看模塊使用方式- 》購(gòu)買(mǎi)》收到模塊后下載程序庫(kù)文件- 》打開(kāi)庫(kù)里的demo例程燒錄程序》插上模塊運(yùn)行-》修改程序?yàn)樽?己所用。

3.教育的標(biāo)準(zhǔn)化

流程的標(biāo)準(zhǔn)化使得硬件的入門(mén)門(mén)檻被大幅度的降低。包括出現(xiàn)的一些圖開(kāi)化編程軟件sketch等使得門(mén)檻被進(jìn)一步降低門(mén)檻低，東西又標(biāo)準(zhǔn)化，那么低齡教學(xué)，便成為可能。那么門(mén)檻到底有多低呢？小學(xué)生也可以學(xué)。目前由于創(chuàng)客風(fēng)流行，很 多中小學(xué)老師也加入創(chuàng)客行列，使得創(chuàng)客的工具Arduino也可以被中小學(xué)生認(rèn)識(shí)。目前使用Arduino教學(xué)的中小學(xué)主要還是集中在上海及周邊地區(qū)，但根據(jù)老師的反饋，確實(shí)效果不錯(cuò)。開(kāi)源硬件是一個(gè)橋梁，他連接了硬件和軟件，讓硬件工程師，在不了解庫(kù)的具體實(shí)現(xiàn)的情況下能使用很多人編寫(xiě)的庫(kù)。再也不用過(guò)多的糾結(jié)于各種不同 的通信協(xié)議，各種驅(qū)動(dòng)的編寫(xiě)。如果創(chuàng)客能夠改變世界，那開(kāi)源硬件一定是他背后的那個(gè)默默付出的她。

開(kāi)源硬件優(yōu)勢(shì)

1. 開(kāi)源硬件降低了硬件領(lǐng)域的門(mén)檻，更多的人可以參與

開(kāi)源硬件提供大量經(jīng)過(guò)大家驗(yàn)證和持續(xù)改進(jìn)的模塊，可以讓設(shè)計(jì)硬件像做加法、搭積木那樣簡(jiǎn)單，讓更多地人更容易的參與進(jìn)來(lái)。這里面，模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和接口化非常的重要，這個(gè)Arduino就做的很好，所以非常多的藝術(shù)家、設(shè)計(jì)師參與進(jìn)來(lái)，帶來(lái)了非常多的創(chuàng)意。

有了很多人的參與，就可能有人像Mark Zuckerberg利用開(kāi)源軟件建立facebook那樣，利用開(kāi)源硬件設(shè)計(jì)出非常優(yōu)秀的產(chǎn)品。

2. 開(kāi)源硬件可以促進(jìn)硬件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和接口化，提高硬件開(kāi)發(fā)的速度和效率

3. 開(kāi)源硬件可以降低硬件的BOM成本

優(yōu)秀的開(kāi)源硬件設(shè)計(jì)會(huì)被更多的采用，其中采用的物料、IC會(huì)被大量的使用。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，降低的ROM成本是可觀的。

硬件工程相對(duì)于軟件工程而言，有著以下幾個(gè)本質(zhì)的區(qū)別

1. 模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化，以及修改的便捷性

軟件產(chǎn)品都有著定義完整，并且可以隨時(shí)調(diào)整的輸入輸出。一旦一個(gè)軟件模塊編寫(xiě)運(yùn)行測(cè)試通過(guò)，那么這個(gè)模塊就可以被視作黑盒子，被另外一個(gè)完整定義的模塊調(diào)用運(yùn)行。只要軟件之間的接口不變，那么各個(gè)模塊之間的邏輯就不會(huì)發(fā)生變化，這就使得軟件的開(kāi)發(fā)人員之間可以僅僅通過(guò)定義好的接口來(lái)互相合作，而無(wú)論這些開(kāi)發(fā)人員身處何處。

而在硬件領(lǐng)域，工程師們就沒(méi)有那么幸運(yùn)了。首先，這個(gè)世界上不存在只要知道接口就可以加入設(shè)計(jì)使用的硬件。硬件的選型是一件很麻煩的事情，即使工作很多年的硬件設(shè)計(jì)師，在選用從未使用過(guò)的硬件設(shè)備時(shí)，也很有可能在接口電壓或是時(shí)鐘頻率的匹配這種“小事情”上栽跟頭——隨便哪里冒出來(lái)的一個(gè)接觸電阻和寄生電容就可能把整個(gè)電路給弄砸了。硬件設(shè)計(jì)師們沒(méi)有強(qiáng)大的IDE，沒(méi)有美好的編譯器和解釋器，所有硬件工程師都在第一堂EDA設(shè)計(jì)課上被告知：軟件仿真是不可靠的，只能作為參考。硬件設(shè)計(jì)唯一能依靠的就是扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。像是“一個(gè)中國(guó)工程師和一個(gè)美國(guó)工程師遠(yuǎn)距離合作開(kāi)發(fā)出來(lái)一個(gè)信號(hào)采集器”這種在開(kāi)源軟件看來(lái)很正常的合作模式在硬件領(lǐng)域是不可能發(fā)生的。硬件設(shè)計(jì)師們必須坐在一起跑仿真，測(cè)芯片，焊板子。

2. 生產(chǎn)和發(fā)布成本

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一旦某個(gè)模塊的接口需要改變，那么軟件工程師所要做的就是坐在電腦前修改代碼然后使用短信，電話，email或是git，svn這些工具通知所有需要使用這個(gè)模塊的人，大家一起調(diào)試通過(guò)后修改就完成了。這個(gè)過(guò)程的溝通成本和修改成本，除了人力以外，基本為零。發(fā)布軟件的成本那就更低了，以前好歹還需要用軟盤(pán)光盤(pán)這樣的載體，現(xiàn)在有了互聯(lián)網(wǎng)，那基本都是零成本了。

硬件開(kāi)發(fā)的情景則相反，當(dāng)硬件工程師千辛萬(wàn)苦跑了無(wú)數(shù)仿真做出來(lái)的電路送到工廠花了不少鈔票制作出來(lái)之后，示波器，邏輯分析和頻譜分析儀（他們都價(jià)值不菲）會(huì)用嚴(yán)酷的事實(shí)告訴你：這個(gè)東西不對(duì)。如果你做的是板級(jí)電路，那么恭喜你，運(yùn)氣好的話rework其中的某些器件能夠拯救你的設(shè)計(jì)。如果你做的是芯片級(jí)設(shè)計(jì)，那么就準(zhǔn)備好再花個(gè)幾十萬(wàn)做剖面，X光，F(xiàn)IB等找出問(wèn)題，重新流片看看老天爺是不是能保佑你吧。硬件的設(shè)計(jì)修改成本實(shí)在是太高了，這也是為什么現(xiàn)在Arduino之類的通用板和IP core的市場(chǎng)這么火的原因。另外，等做出產(chǎn)品熱賣(mài)了，那么隨之而來(lái)的倉(cāng)儲(chǔ)，貨運(yùn)，分銷(xiāo)，售后等體系的建設(shè)，絕對(duì)也是花錢(qián)如流水。在硬件產(chǎn)品公司中，開(kāi)發(fā)人員的成本往往只是很小的一部分。

3. 入行門(mén)檻

在軟件業(yè)極度發(fā)達(dá)的今天，任何具有良好邏輯思維能力的人只要感興趣，就可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得足夠的教育從而稱為一名軟件開(kāi)發(fā)人員。而所有的投資僅僅只是一臺(tái)可以上網(wǎng)的電腦。這就使得現(xiàn)在的程序員數(shù)量不斷上升，你總是可以碰到幾個(gè)閑著找事的程序員一起來(lái)合作一些有趣的事情。

而硬件這行當(dāng)，至今仍然還需要科班出身的專業(yè)人員來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，我沒(méi)有見(jiàn)過(guò)自學(xué)成才的電子硬件設(shè)計(jì)工程師。培養(yǎng)一名合格的硬件設(shè)計(jì)工程師，需要大量物理和電子方面的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)，并且伴隨大量使用各種儀器的實(shí)習(xí)工作，這其中的時(shí)間和材料成本是非常高的。硬件工程師數(shù)量不多，加上之前提到的協(xié)作的困難，使得找一批搞硬件的聚到一起做風(fēng)險(xiǎn)很高的開(kāi)源工作很不容易。

總而言之，硬件的開(kāi)源要做起來(lái)，就需要克服設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)化，成本高，入行門(mén)檻高這幾個(gè)問(wèn)題。而在我看來(lái)，這些問(wèn)題很難在短時(shí)間內(nèi)被解決?；蛟S像Arduino和IP core這樣的解決方案能夠在某些領(lǐng)域獲得突破，但就總體的電子電路設(shè)計(jì)而言，我看不到很好的開(kāi)源模式。