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開源硬件歷史
主流開源硬件對比
2019 年 8 月 21 日，在美國圣地亞哥舉辦的 Linux 基金會開源峰會上，IBM為進(jìn)一步彰顯對于開源研發(fā)的支持，宣布將向開源社區(qū)授權(quán)關(guān)鍵技術(shù)：POWER 指令集架構(gòu)（ISA）。
圍繞 POWER 架構(gòu)，IBM 已經(jīng)貢獻(xiàn)了超過兩百萬行開源系統(tǒng)固件代碼和系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，以及大量的相關(guān)技術(shù)文檔，由此賦能 OpenPOWER 開發(fā)者。隨著 ISA 以及其他技術(shù)被納入開源社區(qū)，開發(fā)者將擁有構(gòu)建革新性新型硬件的利器，這些硬件將可借助 POWER 領(lǐng)先的企業(yè)級能力來處理數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載，從而打開 AI 和物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的一條捷徑。
像 IBM 這樣的巨頭都在往開源方向靠攏，可見開源的力量之巨大。那什么是開源硬件呢？
“開源”這一詞語是在 90 年代后期 OSI（開放代碼促進(jìn)會）成立時才正式被使用。OSI 是為協(xié)作開發(fā)而成立的宣傳和管理的組織，在早期，開源基本上指的就是開源軟件（OSS），開源硬件（OSHW）的出現(xiàn)晚于開源軟件，下面我們來梳理一下開源硬件的歷史。
1997 年，Bruce Perens（開源定義的創(chuàng)造者，OSI 的共同創(chuàng)立者，同時也是一個業(yè)余無線電操作員和愛好者）發(fā)布了開源硬件認(rèn)證程序。該程序可以讓硬件開發(fā)者將他們的產(chǎn)品自行認(rèn)證為開源。
1998 年，很多人給出了他們的想象中開源硬件的發(fā)展方向。David Freeman 宣布了開源硬件規(guī)范工程（OHSpec）；Troy Benjegerdes 把將開源軟件準(zhǔn)則應(yīng)用于硬件，并創(chuàng)立一個商業(yè)投機(jī)機(jī)構(gòu)的想法公之于眾；Reinoud Lamberts 創(chuàng)建了一個致力于低成本和開放設(shè)計(jì)電路的協(xié)作網(wǎng)站 Open Design Circuits。
一年后，Sepehr Kiani 博士，Ryan Vallance 博士和 Samir Nayfeh 博士參與一個項(xiàng)目，把開源哲學(xué)應(yīng)用到機(jī)器設(shè)計(jì)應(yīng)用，并共同建立了非盈利結(jié)構(gòu)開源設(shè)計(jì)基金會（ODF），而且著手于開發(fā)一個開源設(shè)計(jì)定義。
直至開源硬件協(xié)會（Open Source Hardware Association）對開源硬件給出了這樣的定義：開源硬件是可以通過公開渠道獲得的硬件設(shè)計(jì)，任何人可以對已有的設(shè)計(jì)進(jìn)行學(xué)習(xí)、修改、發(fā)布、制作和銷售。硬件設(shè)計(jì)的源代碼的特定的格式可以為其他人獲得，以方便對其進(jìn)行修改。理想情況下，開源硬件使用隨處可得的電子元件和材料，標(biāo)準(zhǔn)的過程，開放的基礎(chǔ)架構(gòu)，無限制的內(nèi)容和開源的設(shè)計(jì)工具，以最大化個人利用硬件的便利性。開源硬件提供人們在控制他們的技術(shù)自由的同時共享知識并鼓勵硬件設(shè)計(jì)開放、交流、貿(mào)易。
開源硬件的發(fā)展史并不是一帆風(fēng)順的，在上世紀(jì) 90 年代末的時候爆發(fā)了許多圍繞 OSHW 概念的活動，但由于其不成熟性，很快就胎死于概念階段。直到 2005 年左右，OpenCores、Reprap、Arduino、Intel loT on Instructables 和 Open Prothetics Project 等幾個主流的開源硬件項(xiàng)目和公司的出現(xiàn)，改變了這一僵局，開源硬件才再次成為焦點(diǎn)。
目前，主流的開源硬件有 Arduino、樹莓派、BeagleBone、Cubieboard、pcDuino、Kiwiboard、Mixtile 等，下面給大家一一介紹一下。
Arduino
Arduino UNO
Arduino 的出現(xiàn)對于開源硬件具有里程碑式的意義，Arduino 是一個歐洲團(tuán)隊(duì)開發(fā)的，出現(xiàn)于 2005 年，是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型臺，包含硬件（各種型號的 Arduino 板）和軟件（Arduino IDE)兩部分。兩者都是開放的，也就是說如果你購買了 Arduino 電路板，既可以獲得 Arduino 開發(fā)板的電路圖，也可以獲得 Arduino IDE 的源代碼，不需要支付額外的費(fèi)用。
Arduino 采用了 Atmel 公司的一款微處理器作為主芯片，具有體積小、價格實(shí)惠等特點(diǎn)。
不僅如此，Arduino 除了可以獨(dú)立運(yùn)行外，在設(shè)計(jì)之初就考慮到了與不同的外設(shè)進(jìn)行交互的需求，在與傳感器、控制器件、LED、步進(jìn)馬達(dá)等連接時，幾乎不需要增加支持電路。
Arduino IDE 是基于 processing IDE 開發(fā)的，具有靈活、簡單的特點(diǎn)。
軟件開發(fā)語言“Arduino 語言”是基于 wiring 語言開發(fā)的，即是對 avr-gcc 庫的二次封裝，使用者不必掌握匯編語言和 C 語言等復(fù)雜技術(shù)就可以進(jìn)行開發(fā)，所以說 Arduino 對初學(xué)者非常友好。
樹莓派
樹莓派 4B
樹莓派的尺寸只有信用卡大小，它是一款由英國的樹莓派基金會所開發(fā)的，目的是以低價硬件（$25）及自由軟件刺激在學(xué)校的基本的電腦科學(xué)教育，后來演變?yōu)殡娔X業(yè)余愛好者、教師、學(xué)生以及小型企業(yè)等用戶的迷你電腦。
樹莓派采用了 ARM11 系列的一款處理器，主頻達(dá)到 700M，以 SD 卡為內(nèi)存硬盤，卡片主板周圍有兩個 USB 接口和一個網(wǎng)口，可連接電視、顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備和網(wǎng)線。同時擁有視頻模擬信號的電視輸出接口和 HDMI 高清視頻輸出接口，具備所有 PC 的基本功能，使用者只需接通電視機(jī)和鍵盤，就能執(zhí)行如電子表格、文字處理、玩游戲、播放高清視頻等諸多功能。
目前樹莓派的生態(tài)已經(jīng)愈發(fā)完善，擁有詳細(xì)的學(xué)習(xí)資料，豐富的附加模塊以及 Pidora (基于 Fedora), Raspbian (Debian), Openelec (XBMC), 和 RISC OS 等一系列可供選擇的定制系統(tǒng)。
有樹莓派愛好者總結(jié)了樹莓派的十大妙用：
1. 把 Kindle 電子書變成一個電腦
2. 打造出一款老是街機(jī)
3. 一個寵物喂食機(jī)
4. 遠(yuǎn)程咖啡機(jī)
5. 一臺超級計(jì)算機(jī)
6. 太陽能環(huán)保電腦
7. 一個匿名化網(wǎng)站流量的 Tor 代理
8. 一款掌上電腦
9. 一臺“時間機(jī)器”
10. 一臺比特幣“挖礦機(jī)”
BeagleBone
BeagleBone Black
BeagleBoard，作為全球第一款開源的 ARM 開發(fā)板，讓 Beagleboard.org 社區(qū)走進(jìn)人們的視野。BeagleBoard 實(shí)際是由 TI 支持的一個以教育為目的的開源項(xiàng)目。其發(fā)布的四款板子的硬件都是由 TI 的工程師 Gerald Coley 一人設(shè)計(jì)。BeagleBone 就是其中一款板子，主芯片采用了 TI 的基于 Cortex-A8 的芯片：AM335x，板載 DDR 內(nèi)存、eMMC 存儲芯片，還帶有 USB 以及以太網(wǎng)接口，其性能完全稱得上一個微型計(jì)算機(jī)。與上述兩款開源硬件相比，BeagleBone 的運(yùn)轉(zhuǎn)速度幾乎是 Raspberry Pi 的 2 倍，是 Arduino 的 40 倍。當(dāng)然，代價就是 BbeagleBone 的價格是 Arduino 的十倍多。
BeagleBone 是基于 Linux 系統(tǒng)開發(fā)的，支持程序并行運(yùn)行，支持多語言編程，換句話說，在 BeagleBone 上可以運(yùn)行 Android、Ubuntu 以及 Debian 等系統(tǒng)，所以你能選用自己最喜歡的編程語言和編譯工具。BeagleBone 有著性能強(qiáng)、價格相對較低、硬件擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，是為嵌入式 Linux 極客打造的產(chǎn)品。開發(fā)難度要比 Arduino 大一些，不太適合初學(xué)者。
Cubieboard
Cubieboard7
Cubieboard，簡稱 CB，是 2012 年由一支中國珠海的技術(shù)團(tuán)隊(duì) Cubietech 開發(fā)的一個開源 MiniPC 和開發(fā)板。Cubieboard 這個名字源于在這個團(tuán)隊(duì)創(chuàng)業(yè)初期，一個海外創(chuàng)客告訴他“risc + linux + small form factor + community = revolution”，使得他們最終決定做開發(fā)板。
Cubieboard 現(xiàn)有七代產(chǎn)品，第一代是采用 A10 的基礎(chǔ)版，第二代更換了雙核處理器 A20，并且經(jīng)過測試可以穩(wěn)定地運(yùn)行在 1.2Ghz 上，第三代產(chǎn)品又名 Cubietruck，在原基礎(chǔ)之上增加了 RTC 和無線網(wǎng)卡、藍(lán)牙、千兆以太網(wǎng)等實(shí)用裝置，在此時，Cubieboard 也使用了自己的小金絲猴 Logo，同時也出了自己的擴(kuò)展板，讓 Cubieboard 變成了一個完整的產(chǎn)品。
Cubieboard 的產(chǎn)品可以分為三種形態(tài)，第一種形態(tài)是針對初學(xué)者的單片機(jī)，第二種形態(tài)是嵌入式 Mini 主機(jī)或服務(wù)器，第三種形態(tài)是一體機(jī)。
Cubieboard7 作為第七代產(chǎn)品，搭載了 Actions Semi S700 四核 ARM Cortex-A53 處理器與 Mali-450MP4 GPU，配置 2GB LPDDR3 內(nèi)存、8GB eMMC 閃存，micro SD 卡插槽可拓展至 32GB，和二代和六代一樣，可以連接到 DVK522 擴(kuò)展板，能更輕松地訪問更多的 I/O，如 LVDS，RGB LCD，VGA 等。目前，只有 Android 5.1.1 可用于該板，但 CubieTech 承諾將“不斷維護(hù) Android，Debian，Debian Server 操作系統(tǒng)”。
Cubieboard 開發(fā)資源可以在百度網(wǎng)盤下載，其中包括工具、Android 5.1 固件、SDK、文檔、原理圖(PDF)和數(shù)據(jù)表等開發(fā)資源。另外還提供了 MEGA 的鏈接，以便其余地區(qū)人員下載。
pcDuino
pcDuino
pcDuino 是一種高性能、高性價比的國產(chǎn)迷你 PC 的平臺，能夠運(yùn)行 PC 操作系統(tǒng)，如 Linux 3.0、Ubuntu 和 Android 的 ICS 等。它可以通過內(nèi)置 HDMI 接口輸出視頻到電視或顯示器屏幕。 pcDuino 專門針對開源社區(qū)快速增長的需求，即希望有一個平臺可以運(yùn)行完整的 PC 操作系統(tǒng)，容易使用的工具鏈和兼容流行的 Arduino 開放的生態(tài)系統(tǒng)，如 Arduino shield 和開源項(xiàng)目等。
pcDuino 采用了一款基于 Cortex-A8 的 ARM SOC 作為主處理器芯片，主頻可達(dá)到 1GHz，搭載了 OpenGL ES2.0，OpenVG 1.1Mali 400 core 的 GPU，1GB DRAM，板載 2GB Flash，micro SD 插槽可擴(kuò)展至 32GB，HDMI 視頻輸出接口，支持 Linux3.0、Ubuntu12.10、Android ICS 4.0 操作系統(tǒng)，兼容 Arduino，所有 Arduino 擴(kuò)展引腳可以通過 API 訪問，包括 UART、ADC、PWM、GPIO、I2C，擁有 2.54mm Headers，編程語言方面支持 C, C++ with GNU tool chain 和 Java with standard Android SDK，同時擁有 RJ45 以太網(wǎng)接口以及可擴(kuò)展 USB WiFi。
pcDuino 的目標(biāo)市場是樹莓派客戶群以及 Arduino 市場。
Kiwiboard
KiwiBoard
KiwiBoard （www.kiwiboard.org）是由深圳一個團(tuán)隊(duì)開發(fā)的開發(fā)板，是一款集成了 ARM Cortex A8 處理器的開放電路板，集成 DDR 512M 內(nèi)存，Nand 4G 存儲，體積比信用卡還要小。
Kiwiboard 提供了一個兼容 Arduino 的解決方案，擴(kuò)展板可以外接各種硬件設(shè)備，開發(fā)者可以通過 Android 來控制馬達(dá)，攝像頭，舵機(jī)等等。所需要做的準(zhǔn)備工作就是學(xué)習(xí) Android 開發(fā)，極大的降低了門檻。當(dāng)然開發(fā)者也可以通過 Linux 底層，C 來控制硬件。
Mixtile
Mixtile Loft-Q
Mixtile 是致趣科技推出的一個可擴(kuò)展的嵌入式系列開發(fā)套件，可以幫助創(chuàng)客或者初創(chuàng)公司快速創(chuàng)建智能設(shè)備。之后致趣科技又推出了一款面向家居環(huán)境的原型板（命名為 Mixtile LOFT-Q），采用的芯片特性偏向于娛樂方向，也可作為智能家居的控制中心和數(shù)據(jù)中心。
Mixtile Loft-Q 留有 2.5 英寸 SATA III 硬盤接口，并且配置了千兆以太網(wǎng)口，它是低功耗小型 NAS，可以通過 Micro-USB 3.0 設(shè)備接口連接電腦，作為移動硬盤使用。Mixtile Loft-Q 提供了 180-PIN 拓展接口，具有強(qiáng)大的可拓展性，能夠滿足用戶更多的拓展需求。將 Loft-Q 作為一個小而強(qiáng)的計(jì)算機(jī)使用，將是個充滿想象的選擇。
與樹莓派不同的是，Mixtile 是以成型產(chǎn)品為目標(biāo)，會考慮產(chǎn)品開發(fā)完成的封裝和外觀問題，由玩家組裝好之后它不會被看作是一個用來開學(xué)習(xí)、研究的東西，而就是一個家用電器。
開源硬件分析
從地域分布來看，Arduino、樹莓派、BeagleBone 均源自國外，發(fā)展早、成熟度高、資料全，深受極客們的喜愛，而 Cubieboard、pcDuino、Kiwiboard、Mixtile 屬于開源中國，性價比較高，其中 Cubieboard 雖然在國內(nèi)沒有引起很大的反響，卻受到了國際上的廣泛認(rèn)可。
從價格的角度來看，國內(nèi)的板子明顯比國外的板子要便宜很多，國外的三款開源開發(fā)板以 Arduino 最為便宜，接下來是樹莓派和 BeagleBone。
從開發(fā)者體驗(yàn)的角度來看，如果是初學(xué)者，建議選擇資料多、易上手的 Arduino 和樹莓派。這兩者之間的區(qū)別是 Arduino 更適合做一些與電路、傳感器等相關(guān)而不需要太多復(fù)雜計(jì)算的項(xiàng)目，比如機(jī)器人控制、四軸飛行器控制、時鐘、發(fā)光陣列控制等等；樹莓派的處理器運(yùn)算能力更強(qiáng)，由于具有操作系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)出功能更豐富的軟件，因此樹莓派更適合做一些需要較多運(yùn)算和功能的項(xiàng)目，比如游戲虛擬機(jī)、網(wǎng)頁服務(wù)器、機(jī)器人、家庭智能控制系統(tǒng)等。如果是經(jīng)驗(yàn)豐富的極客，推薦選擇配置更強(qiáng)大，開發(fā)難度較大的 BeagleBone，可以打造功能齊全的機(jī)器人控制等。當(dāng)然國內(nèi)的開源硬件板有的也是不錯的，對于有興趣的玩家也不妨試一下。
與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載！
