Arduino、树莓派、BeagleBone、Cubieboard、pcDuino谁是开源硬件的王者?

2019-09-20 09:32:30 来源: EEFOCUS
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开源硬件历史

主流开源硬件对比

2019年8月21日,在美国圣地亚哥举办的Linux基金会开源峰会上,IBM为进一步彰显对于开源研发的支持,宣布将向开源社区授权关键技术:POWER指令集架构(ISA)


围绕POWER架构,IBM已经贡献了超过两百万行开源系统固件代码和系统参考设计,以及大量的相关技术文档,由此赋能OpenPOWER开发者。随着ISA以及其他技术被纳入开源社区,开发者将拥有构建革新性新型硬件的利器,这些硬件将可借助POWER领先的企业级能力来处理数据密集型工作负载,从而打开AI和物联网快速发展的一条捷径。


像IBM这样的巨头都在往开源方向靠拢,可见开源的力量之巨大。那什么是开源硬件呢?


"开源"这一词语是在90年代后期OSI(开放代码促进会)成立时才正式被使用。OSI是为协作开发而成立的宣传和管理的组织,在早期,开源基本上指的就是开源软件(OSS),开源硬件(OSHW)的出现晚于开源软件,下面我们来梳理一下开源硬件的历史


1997年,Bruce Perens(开源定义的创造者,OSI的共同创立者,同时也是一个业余无线电操作员和爱好者)发布了开源硬件认证程序。该程序可以让硬件开发者将他们的产品自行认证为开源。


1998年,很多人给出了他们的想象中开源硬件的发展方向。David Freeman宣布了开源硬件规范工程(OHSpec);Troy Benjegerdes把将开源软件准则应用于硬件,并创立一个商业投机机构的想法公之于众;Reinoud Lamberts创建了一个致力于低成本和开放设计电路的协作网站Open Design Circuits。


一年后,Sepehr Kiani博士,Ryan Vallance博士和Samir Nayfeh博士参与一个项目,把开源哲学应用到机器设计应用,并共同建立了非盈利结构开源设计基金会(ODF),而且着手于开发一个开源设计定义。


直至开源硬件协会(Open Source Hardware Association)对开源硬件给出了这样的定义:开源硬件是可以通过公开渠道获得的硬件设计,任何人可以对已有的设计进行学习、修改、发布、制作和销售。硬件设计的源代码的特定的格式可以为其他人获得,以方便对其进行修改。理想情况下,开源硬件使用随处可得的电子元件和材料,标准的过程,开放的基础架构,无限制的内容和开源的设计工具,以最大化个人利用硬件的便利性。开源硬件提供人们在控制他们的技术自由的同时共享知识并鼓励硬件设计开放、交流、贸易。


开源硬件的发展史并不是一帆风顺的,在上世纪90年代末的时候爆发了许多围绕OSHW概念的活动,但由于其不成熟性,很快就胎死于概念阶段。直到2005年左右,OpenCores、Reprap、Arduino、Intel loT on Instructables和Open Prothetics Project等几个主流的开源硬件项目和公司的出现,改变了这一僵局,开源硬件才再次成为焦点。


目前,主流的开源硬件有Arduino、树莓派BeagleBone、Cubieboard、pcDuino、Kiwiboard、Mixtile等,下面给大家一一介绍一下。


Arduino


Arduino UNO


Arduino的出现对于开源硬件具有里程碑式的意义,Arduino是一个欧洲团队开发的,出现于2005年,是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型台,包含硬件(各种型号的Arduino板)和软件(Arduino IDE)两部分。两者都是开放的,也就是说如果你购买了Arduino电路板,既可以获得Arduino开发板的电路图,也可以获得Arduino IDE的源代码,不需要支付额外的费用。


Arduino采用了Atmel公司的一款微处理器作为主芯片,具有体积小、价格实惠等特点。


不仅如此,Arduino除了可以独立运行外,在设计之初就考虑到了与不同的外设进行交互的需求,在与传感器、控制器件、LED、步进马达等连接时,几乎不需要增加支持电路。


Arduino IDE是基于processing IDE开发的,具有灵活、简单的特点。


软件开发语言"Arduino语言"是基于wiring语言开发的,即是对avr-gcc库的二次封装,使用者不必掌握汇编语言和C语言等复杂技术就可以进行开发,所以说Arduino对初学者非常友好。


树莓派


树莓派4B


树莓派的尺寸只有信用卡大小,它是一款由英国的树莓派基金会所开发的,目的是以低价硬件($25)及自由软件刺激在学校的基本的电脑科学教育,后来演变为电脑业余爱好者、教师、学生以及小型企业等用户的迷你电脑。


树莓派采用了ARM11系列的一款处理器,主频达到700M,以SD卡为内存硬盘,卡片主板周围有两个USB接口和一个网口,可连接电视、显示器、键盘、鼠标等设备和网线。同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口,具备所有PC的基本功能,使用者只需接通电视机和键盘,就能执行如电子表格、文字处理、玩游戏、播放高清视频等诸多功能。


目前树莓派的生态已经愈发完善,拥有详细的学习资料,丰富的附加模块以及 Pidora (基于 Fedora),Raspbian (Debian),Openelec (XBMC),和 RISC OS等一系列可供选择的定制系统。


有树莓派爱好者总结了树莓派的十大妙用:


1.把Kindle电子书变成一个电脑


2.打造出一款老是街机


3.一个宠物喂食机


4.远程咖啡机


5.一台超级计算机


6.太阳能环保电脑


7.一个匿名化网站流量的Tor代理


8.一款掌上电脑


9.一台"时间机器"


10.一台比特币"挖矿机"


BeagleBone


BeagleBone Black


BeagleBoard,作为全球第一款开源的ARM开发板,让Beagleboard.org社区走进人们的视野。BeagleBoard实际是由TI支持的一个以教育为目的的开源项目。其发布的四款板子的硬件都是由TI的工程师Gerald Coley一人设计。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,板载DDR内存、eMMC存储芯片,还带有USB以及以太网接口,其性能完全称得上一个微型计算机。与上述两款开源硬件相比,BeagleBone的运转速度几乎是Raspberry Pi的2倍,是Arduino的40倍。当然,代价就是BbeagleBone的价格是Arduino的十倍多。


BeagleBone是基于Linux系统开发的,支持程序并行运行,支持多语言编程,换句话说,在BeagleBone上可以运行Android、Ubuntu以及 Debian等系统,所以你能选用自己最喜欢的编程语言和编译工具。BeagleBone有着性能强、价格相对较低、硬件扩展性强等特点,是为嵌入式Linux极客打造的产品。开发难度要比Arduino大一些,不太适合初学者。


Cubieboard


Cubieboard7


Cubieboard,简称CB,是2012年由一支中国珠海的技术团队Cubietech开发的一个开源MiniPC和开发板。Cubieboard这个名字源于在这个团队创业初期,一个海外创客告诉他"risc + linux + small form factor + community = revolution",使得他们最终决定做开发板。


Cubieboard现有七代产品,第一代是采用A10的基础版,第二代更换了双核处理器A20,并且经过测试可以稳定地运行在1.2Ghz上,第三代产品又名Cubietruck,在原基础之上增加了RTC和无线网卡、蓝牙、千兆以太网等实用装置,在此时,Cubieboard也使用了自己的小金丝猴Logo,同时也出了自己的扩展板,让Cubieboard变成了一个完整的产品。


Cubieboard的产品可以分为三种形态,第一种形态是针对初学者的单片机,第二种形态是嵌入式Mini主机或服务器,第三种形态是一体机。


Cubieboard7作为第七代产品,搭载了Actions Semi S700四核ARM Cortex-A53处理器与Mali-450MP4 GPU,配置2GB LPDDR3内存、8GB eMMC闪存,micro SD卡插槽可拓展至32GB,和二代和六代一样,可以连接到DVK522扩展板,能更轻松地访问更多的I/O,如LVDS,RGB LCD,VGA等。目前,只有Android 5.1.1可用于该板,但CubieTech承诺将"不断维护Android,Debian,Debian Server操作系统"。


Cubieboard开发资源可以在百度网盘下载,其中包括工具、Android 5.1固件、SDK、文档、原理图(PDF)和数据表等开发资源。另外还提供了MEGA的链接,以便其余地区人员下载。


pcDuino


pcDuino


pcDuino是一种高性能、高性价比的国产迷你PC的平台,能够运行PC操作系统,如Linux 3.0、Ubuntu和Android的ICS等。它可以通过内置HDMI接口输出视频到电视或显示器屏幕。 pcDuino专门针对开源社区快速增长的需求,即希望有一个平台可以运行完整的PC操作系统,容易使用的工具链和兼容流行的Arduino开放的生态系统,如Arduino shield和开源项目等。


pcDuino采用了一款基于Cortex-A8的ARM SOC作为主处理器芯片,主频可达到1GHz,搭载了OpenGL ES2.0,OpenVG 1.1Mali 400 core的GPU,1GB DRAM,板载2GB Flash,micro SD插槽可扩展至32GB,HDMI视频输出接口,支持Linux3.0、Ubuntu12.10、Android ICS 4.0操作系统,兼容Arduino,所有Arduino扩展引脚可以通过API访问,包括UART、ADC、PWM、GPIO、I2C,拥有2.54mm Headers,编程语言方面支持C,C++ with GNU tool chain和Java with standard Android SDK,同时拥有RJ45以太网接口以及可扩展USB WiFi。


pcDuino的目标市场是树莓派客户群以及Arduino市场。


Kiwiboard


KiwiBoard


KiwiBoard (www.kiwiboard.org)是由深圳一个团队开发的开发板,是一款集成了ARM Cortex A8处理器的开放电路板,集成DDR 512M内存,Nand 4G存储,体积比信用卡还要小。


Kiwiboard 提供了一个兼容 Arduino 的解决方案,扩展板可以外接各种硬件设备,开发者可以通过 Android 来控制马达,摄像头,舵机等等。所需要做的准备工作就是学习 Android 开发,极大的降低了门槛。当然开发者也可以通过 Linux 底层,C 来控制硬件。


Mixtile


Mixtile Loft-Q


Mixtile是致趣科技推出的一个可扩展的嵌入式系列开发套件,可以帮助创客或者初创公司快速创建智能设备。之后致趣科技又推出了一款面向家居环境的原型板(命名为Mixtile LOFT-Q),采用的芯片特性偏向于娱乐方向,也可作为智能家居的控制中心和数据中心。


Mixtile Loft-Q留有2.5英寸SATA III硬盘接口,并且配置了千兆以太网口,它是低功耗小型NAS,可以通过Micro-USB 3.0设备接口连接电脑,作为移动硬盘使用。Mixtile Loft-Q提供了180-PIN拓展接口,具有强大的可拓展性,能够满足用户更多的拓展需求。将Loft-Q作为一个小而强的计算机使用,将是个充满想象的选择。


与树莓派不同的是,Mixtile是以成型产品为目标,会考虑产品开发完成的封装和外观问题,由玩家组装好之后它不会被看作是一个用来开学习、研究的东西,而就是一个家用电器。


开源硬件分析


从地域分布来看,Arduino、树莓派、BeagleBone均源自国外,发展早、成熟度高、资料全,深受极客们的喜爱,而Cubieboard、pcDuino、Kiwiboard、Mixtile属于开源中国,性价比较高,其中Cubieboard虽然在国内没有引起很大的反响,却受到了国际上的广泛认可。


从价格的角度来看,国内的板子明显比国外的板子要便宜很多,国外的三款开源开发板以Arduino最为便宜,接下来是树莓派和BeagleBone。


从开发者体验的角度来看,如果是初学者,建议选择资料多、易上手的Arduino和树莓派。这两者之间的区别是Arduino更适合做一些与电路、传感器等相关而不需要太多复杂计算的项目,比如机器人控制、四轴飞行器控制、时钟、发光阵列控制等等;树莓派的处理器运算能力更强,由于具有操作系统,可以设计出功能更丰富的软件,因此树莓派更适合做一些需要较多运算和功能的项目,比如游戏虚拟机、网页服务器、机器人、家庭智能控制系统等。如果是经验丰富的极客,推荐选择配置更强大,开发难度较大的BeagleBone,可以打造功能齐全的机器人控制等。当然国内的开源硬件板有的也是不错的,对于有兴趣的玩家也不妨试一下。

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作者简介
夏珍
夏珍

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