逛美國電子超市看創(chuàng)客、開源硬件和MCU的新發(fā)展

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2016 年 6 月某天我來到硅谷 Sannyvale 的大型電子超市 Fry’s ，一款小巧的 Arduino 開發(fā)板進(jìn)入我的視野，它就是 Arduino 101 (美國以外的市場統(tǒng)稱為 Genuino 101) 見圖 1。Arduino 101 的核心是 Intel Curie（居里）芯片模塊，它包含一個 32 位 Quark 微處理器和一個 32 位 ARC 微處理器，有 384kB 閃存、80kB SRAM，還包含一個低功耗藍(lán)牙芯片，一個用于手勢識別的加速度傳感器和一個六軸加速度陀螺儀，你可以把居里芯片模塊看作一個超級的物聯(lián)網(wǎng) SoC MCU（片上系統(tǒng)單片機）。

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圖 1 Fry’s 陳列的 Arduino 101

如同 Intel 新硬件組負(fù)責(zé)人 Mike Bell 所說，居里會讓你“離終端產(chǎn)品的距離更近一步，你只需要把你所需要的功能添加上去然后就有了一個非常棒的可穿戴式設(shè)備?！?/p>

開源硬件 Arduino
Massimo Banzi 是意大利一家設(shè)計學(xué)院的教師，他的學(xué)生常常抱怨不能找到一塊價格便宜、功能強大的控制主板來設(shè)計他們的機器人。2005 年的冬天，Banzi 和 David Cuartielles 討論到這個問題。David Cuartielles 是西班牙的 MCU 設(shè)計工程師，當(dāng)時在這所學(xué)校做訪問研究。討論之后，他們決定自己設(shè)計一塊控制主板，他們找來了 Banzi 的學(xué)生 David Mellis，讓他來編寫代碼程序，Arduino 從此誕生。

Arduino 的流行和創(chuàng)建團(tuán)隊奉行的開源思想有很大的關(guān)系。與開源軟件一樣（比如 Linux），任何人都可以免費復(fù)制、修改 Arduino 的設(shè)計，并且可以生產(chǎn)原版硬件和修改后的硬件，只有你在產(chǎn)品上注明版權(quán)來自 Arduino, 而且你也必須要把你的硬件設(shè)計開源。這樣讓新的硬件項目的開發(fā)周期大大縮減，成功率大大提高。

Arduino 平臺由兩部分組成: 一個部分是硬件主控板和接口板（shield），另一個部分是 Arduino IDE （開發(fā)環(huán)境）。最著名的主控板是 Arduino Uno，其他的主控板，還有 Arduino Yun、Mega 和 LilyPad (可穿戴方向)。每一個主控板都包含一顆 MCU ，上面講到這幾塊主控板的 MCU 都是 Atmel 公司的 MCU，比如 Uno 使用的是 AVR ATMega328，一款 8 位 MCU。2013 年有了 ArduinoDue，Arduino 世界迎來了首款 32 位 MCU 主控板 -Arduino Due。Due 采用 MCU 是 AT91SAM3X8E ，這是一個 ARM Cortex M3 核心的單片機。2014 年 Arduino 又推出 Zero，這是一款基于 Atmel SAMD21 ARM Cortex M0 的主控板。因為種種原因， Due 和 Zero 這兩款 ARM 內(nèi)核的主控板在 Arduino 社區(qū)的影響力都不高。

Arduino 集成開發(fā)環(huán)境（IDE）使用了接近自然語法的高級語言編程，當(dāng)程序員寫完代碼后，點擊上傳按鍵，系統(tǒng)自動編譯成機器碼，然后上傳到開發(fā)板上執(zhí)行。這樣的設(shè)計思路和使用方式，讓單片機（MCU）開發(fā)更加簡單和實用。開發(fā)者不需要很強的硬件芯片級知識，不一定有 C 語言編程經(jīng)驗，就可以完成一個簡單控制電路，因此，Arduino 受到了創(chuàng)客們(maker)的追捧，創(chuàng)客們使用 Arduino 產(chǎn)品開發(fā)出了許許多多很酷的產(chǎn)品，最著名的就是開源的 3D 打印機 makerBot。

創(chuàng)客和電子積木
我在 Fry’s 還看到一款電子積木 Littlebits。

圖 2 littlebits 電子積木

LittleBits 是一種可以組裝的 DIY 電子元件套裝，與大家很熟悉的樂高積木有些相似，所以大家也就稱這樣的設(shè)計為電子積木?？梢哉f，它是一種“不是玩具”的玩具。每一個“bit”都是一個獨立的電子組件，比如一個揚聲器、一個光傳感器、一個閃爍的 LED 燈。把這些電子積木組裝在一起，就能制作出很酷的東西出來，沒有任何編程要求。這讓那些沒有任何電子線路和軟件編程經(jīng)驗的創(chuàng)客們開心極了，甚至?xí)r尚設(shè)計師們也可以圓自己的創(chuàng)客夢了。其實 LittleBits 自己也是個創(chuàng)業(yè)公司，公司在紐約，最近在曼哈頓開了一家專賣店，不僅賣產(chǎn)品，還展示使用 LittleBits 的創(chuàng)客們的作品。

LittleBits 的“沒有編程要求”也意味著“不支持編程”。每個模塊功能都是寫死的，如果你想要嘗試一些新功能，它就無能為力了。為了解決這個問題，最近 littleBits 宣布推出 Arduino 模塊，這個模塊和其他模塊功能一樣，還增加一個可編程功能。創(chuàng)客們需要做的，就是使用模塊上的 USB 接口連上電腦，通過標(biāo)準(zhǔn) Arduino IDE 上傳程序就可以了。

為了讓希望掌握 littleBits 編程的創(chuàng)客們學(xué)習(xí)，LittleBits 專門提供了一個以 Arduino 為核心的起步套裝產(chǎn)品 coding kit ，包含一個 Arduino 模塊和八個其他 littleBits 模塊（電池、開關(guān)、伺服和控制模塊），售價為 89 美元，見圖 2。

結(jié)束語
據(jù) Gartner 預(yù)測，50%的新物聯(lián)網(wǎng)裝置將來自未來三年內(nèi)成立的創(chuàng)客公司，看到如火如荼的創(chuàng)客大潮，傳統(tǒng)的嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)芯片公司也躍躍欲試，文章開始提到的 Intel 與 Arduino 合作開發(fā)的 Arduino 101 開發(fā)板就一個例子，市場對這個 32 位 MCU 的 Arduino 平臺的反映非常積極，將 WiFi 和藍(lán)牙模塊集成在平臺上，為該板增添吸引力，解決長期以來 Arduino 藍(lán)牙和 WiFiShield 不標(biāo)準(zhǔn)，使用在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不方便的問題。

另外一家傳統(tǒng)的 MCU 公司 - 意法半導(dǎo)體（ST）近日與 Arduino 公司宣布了一項合作協(xié)議，讓業(yè)界領(lǐng)先的 STM32 系列 MCU 以及意法半導(dǎo)體的傳感器、功率器件和通信連接技術(shù)走進(jìn) Arduino 創(chuàng)客社區(qū)。合作協(xié)議中的 STAR 開發(fā)項目的首款產(chǎn)品是基于 STM32F469 的 STAR Otto 主控板，據(jù)悉最近可以向公眾展出， STAR 是 ST 和 Arduino 的前兩個字母組合。

以后，基于 MCU 的開發(fā)多數(shù)都會轉(zhuǎn)向 Arduino 為代表的開源硬件嗎？答案是否定的，因為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛，Arduino 很難滿足各個行業(yè)的需求。比如汽車和醫(yī)療電子，它們對安全和可靠性要求極為嚴(yán)格，Arduino 設(shè)計很難滿足。

Arduino 自己對產(chǎn)品市場定位是很清楚的，在談到與 ST 合作的項目時，Arduino 公司首席執(zhí)行官兼總裁 Federico Musto 表示：“創(chuàng)客社區(qū)歡迎 STM32 家族到來，我們的產(chǎn)品將增加音頻輸入輸出和觸屏控制器等新功能。我們有十足的把握，商用物聯(lián)網(wǎng)公司也將會使用這些新功能，輕松設(shè)計新的智能家居產(chǎn)品應(yīng)用，或改進(jìn)工業(yè)自動化和工控產(chǎn)品?！?/p>

以 Ardunio 為代表的開源硬件的思想、技術(shù)和產(chǎn)品對 MCU 嵌入式開發(fā)和教學(xué)工作將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，國內(nèi)同行應(yīng)給予足夠的重視和關(guān)注。

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！

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系列之一：智能家居的 S 曲線

摘要：任何技術(shù)發(fā)展都會有屬于自己的成熟曲線，也就是必要要經(jīng)歷初期－發(fā)展－成熟這幾個階段，這是市場營銷的一個規(guī)律（稱為 S 曲線），智能家居作為一個高技術(shù)產(chǎn)業(yè)也不會例外……

系列之二：Android 開發(fā)，才剛剛開始

摘 要：從 2008 年 Android1.0 問世到現(xiàn)在短短的 6 年 Android 發(fā)展迅速，2013 年手機市場占有率 78.6%，正在進(jìn)入各種嵌入式智能設(shè)備領(lǐng) 域 （汽車、家居和穿戴），Android 生態(tài)環(huán)境的企業(yè)正在更加廣泛的領(lǐng)域研究和推廣 Android 的應(yīng)用，隨著 Android 終端市場占有率的攀升和應(yīng)用 軟件增加，Android 應(yīng)用的云和服務(wù)器端開發(fā)和測試需求也日益增大……

系列之三：與 Misfit 的硬件對比看小米手環(huán)做減法

摘 要：市場對小米手環(huán)的反應(yīng)基本是兩種；一是做手環(huán)的創(chuàng)業(yè)公司們唉聲一片，79 元的價格讓他們以前賣數(shù)百元的手環(huán)沒法生存了。另外一類是贊揚小米手環(huán)是戰(zhàn) 略性的布局、激活市場、占領(lǐng)入口等等。分析之后，對其簡單實用的特點有了進(jìn)一步的認(rèn)識。小米手環(huán)在諸多方面借鑒了 Misfit 手環(huán)……

系列之四：物聯(lián)網(wǎng)的成算

摘要：我對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識是來自 2010 年參加中國物聯(lián)網(wǎng)大會的感受，之后在接受工控網(wǎng)采訪的時候我談了兩點：第一，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)密不可分。第二，物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科建設(shè)才剛剛開始……

系列之五：開學(xué)季，也來談?wù)勄度胧浇虒W(xué)

摘要：最近我有機會參加賽靈思公司和機械工業(yè)出版社華章分社共同舉辦的“嵌入式課程教學(xué)創(chuàng)新研討會”，與長期從事嵌入式教學(xué)工作的老師們共同交流嵌入式教學(xué)現(xiàn)狀和未來發(fā)展，在會上我做了“嵌入式教學(xué)需改革和創(chuàng)新“的發(fā)言，談了自己對嵌入式教學(xué)的理解和思考……

系列之六：從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件

摘要：10 月我參加了蘇州集成電路協(xié)會的企業(yè) VIP 俱樂部活動，以《從嵌入式系統(tǒng)視角看智能硬件》為題談了我對智能硬件設(shè)計和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的看法，以下是主要的觀點……

系列之七：我看工業(yè) 4.0 與嵌入式系統(tǒng)

摘要：農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市的安防和物流行業(yè)已經(jīng)初據(jù)規(guī)模，智能家居和可穿戴設(shè)備正在興起新一輪的創(chuàng)業(yè)高潮，互聯(lián)網(wǎng)公司也正在追趕這一輪萬物互聯(lián)（IoT）的大潮，而工業(yè) 4.0 將會帶領(lǐng)我們深入到一個嶄新的領(lǐng)域－智能工業(yè)……

系列之八：2015 年的嵌入式有哪些看點

摘 要：2014 年歲末，在 2015 年新年到來之際，我希望給過去一年的嵌入式系統(tǒng)做些梳理和 2015 年技術(shù)發(fā)展做一些展望。最近網(wǎng)上一篇“嵌入式系統(tǒng)的十大 設(shè)計趨勢”吸引不少網(wǎng)友的關(guān)注，其中部分結(jié)論與我的觀點一致。“嵌入式系統(tǒng)的十大設(shè)計趨勢”一文（10 Embedded Design Trends），根據(jù)《EE Live！》的一項年度調(diào)查總結(jié)了嵌入式設(shè)計……

系列之九：英特爾嵌入式之路到底能走多遠(yuǎn)？

摘要：英特爾用了不到 2 年的時間迅速完成了從中低端到中高端、面向物聯(lián)網(wǎng)市場的嵌入式處理器的布局。在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和軟件方面，英特爾也在動作……

系列之十：恩智浦收購飛思卡爾對嵌入式產(chǎn)業(yè)有何影響

摘要：這里我無意從財經(jīng)角度對收購作出點評，單從這兩家著名的嵌入式系統(tǒng)公司并購中，深入剖析行業(yè)發(fā)展的端倪。

系列之十一：智能硬件，從單品到系統(tǒng)

摘 要：最近看了智能產(chǎn)品圈舉辦的“尋找爆品－首屆智能硬件產(chǎn)品創(chuàng)新大賽活動”，聽了活動中的四個發(fā)言，看了十余款產(chǎn)品。只有海爾一款便攜式洗衣機給我留下一 些印象，但它也稱不上是智能硬件。最近，互聯(lián)網(wǎng)上一篇“越過 2014 年智能硬件死亡谷誰還活著了？”更是給風(fēng)風(fēng)火火的智能硬件行業(yè)澆了一盆冷水……

系列之十一：微信硬件平臺，騰訊押寶押對了？

摘要：4 月中旬到深圳參加國際嵌入式系統(tǒng)展，參加了 MCU 創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會之后我有機會訪問了一家開發(fā)藍(lán)牙模塊和藍(lán)牙無線應(yīng)用產(chǎn)品的公司，他們介紹并演示了一款微信藍(lán)牙硬件讓我對久聞的微信硬件平臺有了一個直觀的認(rèn)識……

系列之十二：硅谷見聞 - 半導(dǎo)體行業(yè)震蕩繼續(xù)

摘 要：近日，美國的各大媒體紛紛報道了 Intel 收購 Altera 的消息。洛杉磯時報的題目是“Intel buying Altera for $16.7 billion in lates chip deal”, 連線雜志的題目是“Eying the future data center Intel buys chip maker Alter”，PC world 的題目是“Five reason why Intel wants to buy Altera”。聯(lián)想起幾天前 Avago 以 370 億美元收購了 Broadcom，半導(dǎo)體行業(yè)繼續(xù)發(fā)生翻天覆地的震蕩……

系列之十二：硅谷見聞二 -- 品味谷歌的 IoT 戰(zhàn)略

摘要：我是 5 月 30 日到的硅谷，28 日是著名的 Google I／O 開發(fā)者大會，會上宣布了谷歌的 IoT（物聯(lián)網(wǎng)）戰(zhàn)略，重點是 Brillo OS 和 IoT 協(xié)議 Weave……