Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Statsstyrelsen: Små, enkla maskinvaruregler

Läs artiklar från tidningen här på Göra:. Har du inte prenumeration än? Få en idag.

Under de senaste åren har vi sett en stor tillväxt i antal och sortiment av både mikrokontroller och enkeldata datorer. Precis som i början av 1980-talet, när ankomsten av billiga hemdatorer lett till en explosion av variation och val, har tillväxten i antalet mikrokontrollerbrädor på dagens marknad medfört att tillverkarna har experimenterat med både funktioner och formfaktorer.

Vi lever dock på en annan tid, och trenderna som driver tillväxten i mikrokontroller har lett oss på en annan väg än vad de gjorde förra gången. På 1980-talet tittade vi på de nya hemmedatorerna och såg inte bara glödande skärmar, men lådor som kunde manipuleras på alla sätt. Dagens datorer, smartphones och tabletter ses istället som ett sätt att kommunicera. Numera är en mikrokontroller - eller till och med en "riktig" dator - utan en internetanslutning bara en tegelsten.

Kollar tillbaka

Dagens microcontroller-styrelsemarknad började med utvecklingsstyrelser. I huvudsak var dessa brytningsbrädor för nya marker som tillverkarna ville ta med på marknaden. De tillät professionella ingenjörer att experimentera innan de ställde order på tusentals, eller kanske miljoner, chips för att sätta in sina produkter.

Ur ett hobbyistisk perspektiv byggdes dessa utvecklingsbrädor för yrkesverksamma och var generellt för dyra att vara användbara. För det mesta var den nu värdiga PIC-mikrokontrollen ryggraden i tillverkarens rörelse elektroniska byggnader och kom av chipet, snarare än av styrelsen.

Ett urval av PIC mikroprocessorer. Foto med tillstånd Microchip Technology.

Den moderna eran, som definieras av mikrokontroller, blir bekvämt förpackade på brädor, började med Arduino. Den "lilla blå styrelsen som kunde" har förändrat det sättet att vi gör elektronik, inte bara för hobbyister, utan även för proffs. De dyra - och dåligt dokumenterade - utvecklingsbrädorna för den professionella marknaden har gett sig till billigare mikrokontroller som är mycket lättillgängliga. Det har varit bra för alla, inklusive professionella, och vi har beslutsfattare att tacka för det.

Ser fram emot

Det är säkert att säga att den växande populariteten hos internetanslutna smarta enheter, det så kallade Internet-området (IoT), har förändrats mikrocontrollerbrädesmarknaden.

Nuvarande generation av brädor kommer nu med radio, ibland massor av radioapparater. Innan IoT, mikrocontrollers, liksom datorer i det förflutna, sågs som ett sätt att automatisera eller styra. Nu har de också blivit kommunikationsverktyg.

Det är bara att de för det mesta pratar med varandra, snarare än för oss.

Radiantennen på en Adafruit Feather-bräda. Foto av Hep Svadja.

Kasta i kökshandtaget

Microcontroller Board Market är i övergång. Precis som hur vi använder datorer förändras, förändras sättet vi bygger hårdvara med det. På grund av det är tillverkarna inte helt säkra på hur människor ska använda sin produkt. Svaret från många har varit panik, och de "kastar en annan radio på den."

Ankomsten av det jag kallar "diskbänk", som försöker vara allt för alla, har varit en av huvudtrenderna under det senaste året eller två. Detta är särskilt tydligt på Kickstarter, där människor desperat försöker skilja sina styrelser från alla andra.

Microcontrollers används i sista hand för att styra saker, och det betyder att det inte finns ett enda användningsfall. Men det betyder inte att det är en bra idé att ha ett styrelse - med all kraft och alla nödvändiga radioapparater - att göra alla jobb som en mikrokontroller kan bli ombedd att göra. En typisk köksfack innehåller flera radioapparater, och mer CPU och RAM än de flesta inbyggda enheter kommer någonsin att behöva göra sina jobb. Och den här hårdvaran är dyr. "En styrelse för att styra dem alla" kommer aldrig att vara rätt styrelse att använda. Som med UNIX-kommandoraden, bör folk försöka fokusera på att bygga små, enkla hårdvaruverktyg, inte gigantiska monoliter.

Form Matters

Ett olycka som uppstod från slutet av tidiga hemdatorer är nu uppenbart: det minskande antalet och olika former av formfaktorer där dessa datorer kom. Vi ser nu samma sak för mikrokontrollerare och i viss mån enkla datorer.

Människor bör fokusera på att bygga små, enkla hårdvaruverktyg, inte gigantiska monoliter.

Den "klassiska" Arduino-layouten, inklusive den irriterande, oregelbundna förskjutningen mellan stiften 7 och 8, har blivit en standard, nästan som standard. Förutom kloner och imitatorer har den enorma samhället som omger brädan tagit med sig sköldar och annan hårdvara avsedd för sin konfiguration. Det betyder att brädor som kanske inte liknar en Arduino beräknat liknar det fysiskt.

Ett urval av Arduino formfaktorskivor med 7: e och 8: e stiften förskjutna. Bilder av Hep Svadja.

Andra styrelseledamöter har börjat se sin design bli standardiserad nu också. Adafruits utbud av Feather boards har till exempel en standard layout, en som imitatorer och konkurrenter börjar dubbla.

Det finns också en rörelse som förekommer i den mindre delen av marknaden där tillverkare har börjat producera integrerade moduler på ett enkelspår. Den gjutna modulen är oftast avsedd att monteras på andra kretskort, och är nu ett vanligt sätt att få dagens små ytmonterade delar i händerna på en större community som ofta inte har verktygen eller färdigheterna att använda sig av dem direkt. Detta blev särskilt uppenbart med ankomsten av ESP8266, vilket ledde till att en ESP-12-liknande form blev standard. Konkurrenter som RTL8710 kommer nu i mycket liknande konfigurationer. Vissa är jämn stiftkompatibla.

På samma sätt har Raspberry Pi-layouten imiterats, med flera nyare brädor som duplicerar det exakt. En av dem, Asus 'Tinker, snabbar snabbt ut en nisch som ett billigt mediacenter. Och Raspberry Pi Zeros popularitet, tillsammans med den senaste ankomsten av en trådlös variant som har gjort brädan mycket mer användbar, kan börja köra imitatorer. Men vi bevittnar inte en fullständig formfaktor standardisering för enstegs-datorer - åtminstone inte än. Raspberry Pi's huvudblock är som standard Arduino, som standard, och för SBC-marknaden är det kanske tillräckligt.

Computing som är billigt nog att kasta bort

Allmänt använda mikrokontrollerbrädor med inbyggda Wi-Fi kan nu hittas för mindre än två dollar, medan en enstaka dator kan hämtas för endast några få dollar mer. Även för de av oss som har vuxit upp med Moores lag verkar det nästan otänkbart. Och ändå kommer vi till en plats där databehandling inte bara är billig, det är väsentligen gratis.

En hallon Pi Zero, ESP8266 och CHIP. Foto av Hep Svadja.

Det förändrar hur människor använder mikrokontroller. ESP8266 har varit en olycklig framgång, och på många sätt är motsatsen till "köksdisken" att tillverkarna - osäkra på sina marknader - pressar som lösningen till IoT.

"Bra nog" är ibland allt som behövs.

ESP8266 är också framgångsrikt på grund av det samhälle som snabbt växte runt det. Det här samhället samverkade inte på grund av de funktioner som brädan erbjöd - det har funnits andra små formfaktor trådlösa brädor - men på grund av en funktion gav de andra brädorna inte prispunkten. Som ett resultat har ESP8266 blivit "tredje gemenskapen" av tillverkaren elektronikvärlden tillsammans med Arduino och Raspberry Pi. Även om en del av den framgången kan hänföras till ESP8266 / Arduino-kompatibiliteten, är chipets samhällsbyggda Lua-utvecklingsmiljö faktiskt mycket mer utbredd, vilket tyder på att prispunkten verkligen är den sak som ledde till att gemenskapen antogs. Det verkar som att "tillräckligt bra" ibland är allt som behövs.

Ankomsten av FPGA

Fältprogrammerbara grinduppsättningar (FPGA) är en mycket annorlunda sorts odjur än en mikrokontroller. Med mikrokontroller har du kontroll över programmet, koden som lever på chipet. Med en FPGA börjar du med en tom skiffer. Du designar kretsen. Det finns ingen processor att köra programvara på tills du designar den.

SiFive SOCs kommer från produktionslinjen. Foto med tillstånd SiFive.

Det kan låta galet, men det som ger dig är flexibilitet, och åldern för tillverkaren FPGA har kommit utan mycket riktigt fanfare. Det finns nu en öppen källkodskedja för Lattice's iCE40 FPGA, och FPGA-styrelser som riktar sig specifikt mot makermarknaden - som Aloriums XLR8 - börjar dyka upp. Dessa brädor ger flexibilitet på hårdvara, så att du kan anpassa hårdvaran istället för att ersätta den när ditt projekt utvecklas - något tillverkarprojekt har en tendens att göra över tiden.

Det har också varit intressant att se utseendet på FPGA-liknande chips inom "riktiga" produkter. Till exempel är Apples nya AirPods faktiskt byggt runt ett Cypress PSoC-chip.

Kringsträd. Illustrerad av Rob Nance.

Packaging Machine Learning

En av de mest spännande funktionerna i Arduino 101-kortet när den släpptes var 128-nods neurala nätverket dolt inne i Intel Curie som körde styrelsen. I månader efter det att den släpptes var det nästan omöjligt att få någon information om eller tillgång till nätverket, med Intel lovande att dokumentation och bibliotekstöd var "snart". Det ändrades med CurieNeurons biblioteks ankomst från General Vision. En fri version ger begränsad åtkomst; Pro-biblioteket erbjuder fullt stöd till en kostnad av $ 19 per användare (vilket är nästan två tredjedelar av kostnaden för styrelsen själv), och det kommer att vara för rika för de flesta tillverkare.

Vilket är det som hände med resten av Intels erbjudanden till tillverkarens marknad. Pitched mot high end-beslutsfattarna som behövde hög prestanda, blev Galileo, Joule och Edison styrelser nyligen återtagna från marknaden med liten varning. På en marknad där lågplankar sträcker sig rutinmässigt för att göra saker som de flesta trodde de inte kunde göra, kommer de dyra och dåligt dokumenterade styrelserna alltid att vara svåra att sälja.

Vad vill folk verkligen ha i en styrelse?

De flesta, och de flesta beslutsfattare, vill lösa ett problem. Även om vissa för styrelsens specifikationer verkligen spelar roll, är dessa människor överlägset minoriteten. Vad vissa tillverkare inte förstår, ibland upprepade gånger, är att de flesta inte behöver mer prestanda än vad de behöver, och skulle hellre betala mindre för rätt verktyg än extra för något överdrivet. I slutändan är de flesta inte intresserade av diskbänken, förutom när de behöver göra tvätten.

Del

Lämna En Kommentar