История Arduino: революция во встраиваемой электронике


Итальянский Ренессанс был невероятным двухсотлетним периодом человеческой истории, отмеченным замечательным прогрессом как в искусстве, так и в науке и технике. Такие имена, как Леонардо да Винчи, Галилео Галилей и Сандро Боттичелли, — это лишь некоторые из великих умов, которые подарили миру невероятные знания, искусство и изобретения.

Первая плата Arduino

Несколько столетий спустя ренессанс электроники возник в небольшом итальянском городке Ивреа. А все началось с паяной вручную печатной платы, которая стала известна во всем мире как Arduino.

Примерно такую же плату, как на приведенном выше рисунке, вы можете изготовить самостоятельно, руководствуясь инструкциями из следующей статьи.

Картина «Мона Лиза» да Винчи

«Мона Лиза» да Винчи демонстрирует сближение науки и искусства в период Возрождения

В (академическом) начале…

До начала 2000-х годов многие инженеры и производители, интересующиеся встраиваемой электроникой, осваивали платформу BASIC Stamp на базе микроконтроллеров PIC. BASIC Stamp стал популярным, поскольку аппаратное обеспечение было относительно недорогим по сравнению с большинством микроконтроллерных платформ того времени. За 139 долларов США (с поправкой на инфляцию к 2022 году, почти 400 долларов) в 1990-х годах вы получали Stamp, кабель для программирования параллельного порта и копию Stamp Editor. Язык программирования в стиле BASIC (вариант под названием PBASIC) был прост в освоении, но редактор работал только в Windows. Тем не менее, основной упор в BASIC Stamp был сделан на людей с техническим складом ума. Для многих из тех, кто имел художественные наклонности и жаждал возможности интегрировать технологии в свое искусство, BASIC Stamp оказался далеко не идеальным, поскольку его нельзя было программировать на Mac, а стоимость все еще была немного высокой, особенно для студентов.

Примерно в 2003 году ситуация начала меняться. Откройте для себя Институт интерактивного дизайна Ивреа (IDII) и настоящий шторм технологий и искусства.

Институт интерактивного проектирования Ивреа (IDII)

Институт интерактивного проектирования Ивреа (IDII), место рождения Arduino

Группа студентов и профессоров, чья работа была связана с интерактивным искусством, была разочарована тем, что технологии того времени были скорее помехой, чем помощью в воплощении их творческих работ в жизнь. Одними из первых участников были Эрнандо Барраган, Массимо Банзи, Кейси Рис и Бен Фрай. Магистерская диссертация Баррагана была посвящена платформе разработки электропроводки, построенной на основе скромного микроконтроллера ATmega128 и печатной платы ручной работы. Банзи был одним из советников Баррагана вместе с Реасом. Фрай и Риас были создателями интегрированной среды разработки (IDE). Эрнандо будет использовать среду processing в качестве основы для исходной Arduino IDE, которая лишь недавно (сентябрь 2022 г.) была заменена более современной Arduino IDE 2.0. Эти решения заложат основу для создания всемирной экосистемы Arduino.

ПРИМЕЧАНИЕ. Следует отметить, что с момента первого запуска IDE Arduino также выпустила интерфейс командной строки (CLI) и текстовый линтер, который будет полезен тем, кто ищет современные профессиональные инструменты разработки.

Коммерческий подход и открытый исходный код

Первой коммерчески доступной платой была Arduino RS232 со сквозными компонентами, последовательным портом DB-9 и источником питания постоянного тока. Такая конструкция позволяла легко паять данные платы вручную и воспроизводить их в приличных количествах. Простой дизайн в сочетании с решением выпустить аппаратное обеспечение под лицензией Creative Commons (в частности, лицензией CC BY-SA) продвинул Arduino в сердца и умы бесчисленного количества художников и любителей электроники.

Серийная плата Arduino, одна из первых коммерчески доступных плат

Еще одним соображением была низкая стоимость, поскольку Arduino изначально была ориентирована на студентов колледжей искусств и дизайна. Решение о выпуске аппаратного и программного обеспечения (среда IDE выпускается под общедоступной лицензией GNU, версия 2), возможно, является одним из определяющих и на тот момент самых рискованных предложений для тогда еще молодой экосистемы электроники. Ожидаемое закрытие IDII в 2006 году и включение его академической программы в Академию Domus в Милане также побудили основателей принять модель Arduino с открытым исходным кодом.

В 2008 году пять членов-основателей проекта Arduino создали Arduino LLC для управления интеллектуальной собственностью Arduino. Первоначально предполагалось, что другие компании будут производить и продавать «официальные» платы Arduino, а компания Arduino LLC будет получать гонорары от этих продаж. Конечно, благодаря открытому исходному коду платформа Arduino может использовать файлы дизайна и создавать как точные копии, так и улучшенные платы. Единственным условием было то, что они не могли называться «Arduino», поскольку это название было зарегистрировано как торговая марка исключительно для плат, лицензированных Arduino LLC. Удивительно, но хотя многие производные платы и нашли свой путь на рынок, они не оказали существенного негативного влияния на официальные продажи плат. Клиенты действительно отблагодарили компанию Arduino LLC своей лояльностью, признав превосходное качество оборудования и усилия компании Arduino LLC по расширению аппаратной платформы и постоянному совершенствованию инструментов разработки программного обеспечения. Кроме того, форм-фактор оригинальных плат Arduino был тщательно сохранен во всей линейке плат Arduino размером с кредитную карту, включая Diecimila, Duemilanove и нынешнюю Uno R3.

Современная интегрированная среда разработки (IDE) Arduino

Для команды Arduino LLC не всегда все шло гладко. В 2010-х годах среди основателей разгорелся юридический спор. Не вдаваясь в подробности этого темного периода, суть в том, что торговая марка Arduino годилась только для плат, продаваемых в Соединенных Штатах. Компания (Arduino SRL), которой управляет один из основателей Джанлука Мартино, владела торговой маркой Arduino в Италии. В ответ Arduino начала продавать платы Arduino за пределами США под названием Genuino. В течение нескольких лет в экосистеме Arduino существовала некоторая путаница относительно того, какие платы совместимы с программным обеспечением для разработки тех или иных компаний. В 2017 году остальные четыре основателя вернули себе товарные знаки, принадлежащие Arduino SRL, и Arduino снова стала целостной.

Щиты подняты! Появление новых плат!

Можно утверждать, что существенным фактором, способствовавшим успеху Arduino, особенно в первые дни его существования, было кустарное производство дополнительных плат (расширения), созданных и проданных третьими сторонами. Эти платы, известные как шилды (shields), можно вставлять в уникальные разъемы форм-фактора Arduino, имеющиеся на платах Diecimila, Duemilanove и Uno текущего поколения. Они помогли расширить функциональность базовой платы Arduino, позволив разработчикам быстро интегрировать различные датчики и исполнительные механизмы в свои проекты на базе Arduino. Функциональная совместимость и возможность объединения нескольких шилдов стали решающей победой Arduino. Действительно, сегодня многие другие производители встраиваемых систем предлагают платы для разработки, совместимые с шилдами Arduino.

Внешний вид шилда (платы расширения) для Arduino

Шилды позволяют создавать индивидуальные модульные конструкции поверх основных плат разработки Arduino

Популярность оригинального форм-фактора Arduino не помешала компании представить множество дополнительных форм-факторов, сохранивших простоту настройки и программирования. Электроника, лежащая в основе платы Arduino, развивалась с годами. Были использованы новые микроконтроллеры, обеспечивающие большую вычислительную мощность. С течением времени добавлялось оборудование для обеспечения расширенной функциональности, например беспроводная связь Wi-Fi® и BLUETOOTH®. Arduino даже выпустила пакеты технологий и учебных программ, предназначенные для преподавания естественных наук и робототехники. Некоторые из основных моментов за годы эволюции аппаратного обеспечения:

  1. Mega: физически гораздо большая плата, чем Uno, на которой имеется значительно больше контактов ввода-вывода (текущая версия имеет 54 цифровых контакта ввода-вывода, 16 аналоговых входов и 4 UART), что дает разработчику больше гибкости и позволяет создавать более сложные системы.

Плата Arduino Mega

  1. Micro и Nano. Как следует из названия, форм-факторы Micro и Nano намного меньше форм-фактора Uno. Меньший форм-фактор сделал их предпочтительными для проектов и приложений со значительными ограничениями по размеру.
  2. Lilypad: специально создан для тех, кто интересуется носимой электроникой. Проводящая нить заменяет традиционный провод в качестве средства соединения компонентов.
  3. MKR: Линейка плат MKR, возможно, является первой попыткой Arduino объединить рынок производителей и профессиональный рынок. Хотя семейство MKR имеет общий компактный форм-фактор, оно предлагает широкий выбор архитектур, протоколов связи, экранированных датчиков, исполнительных механизмов и системных интерфейсов. Например, есть платы MKR с беспроводными протоколами Wi-Fi, LoRa и GSM. Кроме того, имеются шилды для взаимодействия с двигателями постоянного тока, CANbus и промышленными протоколами RS–485.

Пример форм-фактора Arduino MKR

  1. VIDOR 4000: VIDOR был первой попыткой Arduino использовать аппаратное обеспечение программируемой вентильной матрицы (FPGA) по сравнению с микроконтроллерами. Хотя VIDOR использовал тот же 32-битный процессор SAMD21 Cortex-M0, что и другие платы MKR, и, таким образом, его можно было программировать через Arduino IDE, сторона FPGA платы так и не выполнила обещание по созданию языков описания оборудования (HDL), таких как Verilog и VHDL в массы. Используя промышленные инструменты, VIDOR можно запрограммировать с помощью HDL; это никогда не оказывалось чем-то, что большинство производителей (или даже профессионалов) действительно пытались попытаться сделать.
  2. Portenta: Линия встраиваемых системных продуктов Portena ознаменовала расширение Arduino на рынке аппаратного обеспечения для специализированных профессиональных разработок. Portenta вносит многочисленные улучшения в аппаратное обеспечение, которые делают его предпочтительным для промышленных приложений, таких как заводы и автомобили. Кроме того, встроенная поддержка беспроводных протоколов, таких как Wi-Fi, BLE, LoRa, LTE Cat-M и NB-IoT, а также устаревших проводных протоколов, таких как RS-485, означает, что Arduino может помочь преодолеть разрыв между старым и устаревшим оборудованием. Это новый, обеспечивающий надежность, а также добавляющий новые функции, такие как машинное обучение и цифровые двойники формат. Кроме того, семена инвестиций Arduino в рынок образования принесут бесчисленные плоды, поскольку молодые люди, которые изучали электронику с помощью Arduino Uno, будут затрачивать меньше времени на обучение новым продуктам Arduino профессионального уровня.
  3. Nicla: Nicla также подпадает под профессиональную сферу, а Nicla Vision ориентирована на приложения компьютерного зрения на основе искусственного интеллекта. Форм-фактор размером почти с марку со встроенной камерой означает, что Nicla Vision можно легко интегрировать в существующее оборудование с минимальными усилиями. Nicla Sense ME имеет тот же форм-фактор, но обеспечивает профессиональный уровень обнаружения движения и окружающей среды.

Nicla Vision

Nicla Vision предлагается как плата разработки машинного зрения на базе искусственного интеллекта

В конце 2010-х годов Arduino предприняла шаги по расширению от простого производителя оборудования до полноценной экосистемы встраиваемых систем. В 2019 году была выпущена программа сертификации на основе онлайн-тестов, которая позволила людям доказать свои знания в области базовой электроники, разработки программного обеспечения и некоторых аспектов экосистемы Arduino. Затем, в сентябре 2020 года, Arduino стала владельцем приложения для смартфонов Google Science Journal, используемого во многих учебных программах по естественным наукам. Они даже расширили возможности приложения, чтобы использовать не только встроенные датчики смартфона, но и датчики, находящиеся на плате разработки Arduino Nano 33 BLE Sense.

Приложение Arduino Science Lab

Приложение Arduino Science Lab упрощает визуализацию данных датчиков

Более полный обзор различных разновидностей плат Arduino вы можете посмотреть в этой статье.

Arduino сегодня, Arduino завтра

Поскольку мы быстро приближаемся к началу третьего десятилетия развития Arduino, весьма примечательно оглянуться назад на рост экосистемы, которая уже произвела революцию в образовании в области электроники и имеет хорошие возможности сделать гораздо больше в будущем. Сегодня Arduino — это нечто большее, чем созданная художником печатная плата на базе 8-битного микроконтроллера и простая среда разработки программного обеспечения. Действительно, они идут в ногу, если не лидируют, в продвижении технологий встраиваемых систем в будущее.

Есть две основные тенденции, которые разработчики встраиваемых систем должны продолжать ценить и инвестировать в них, если они хотят оставаться конкурентоспособными. Во-первых, это продвижение технологий искусственного интеллекта (таких как машинное обучение) на «периферию», то есть встроенная электроника прямо в точке действия, далекая от того, чтобы полагаться на высокопроизводительные серверы для выполнения всей вычислительно-интенсивной обработки. Упомянутые ранее продукты Portenta и Nicla, а также партнерские отношения с такими компаниями, как Edge Impulse, показывают, что Arduino не намерена почивать на лаврах и внедряет технологию искусственного интеллекта.

Вторая тенденция — продолжающееся постепенное внедрение Интернета вещей и недавнее появление технологий, специально созданных для Интернета вещей, таких как Thread. В последние годы Arduino внедрила облако и Интернет вещей. Начиная с Arudino Create, а затем в 2021 году он был переименован в Arduino Cloud, размещенный сервис предоставляет разработчикам удобную облачную платформу для удаленного мониторинга и управления решениями на базе Arduino. Arduino сделала это еще более удобным, выпустив приложения для смартфонов IoT Remote, доступные как для iOS, так и для Android.

Облако Arduino IoT

Облако Arduino IoT предоставляет целую экосистему для управления, просмотра и удаленного управления устройствами, подключенными к Интернету

Будущее Arduino выглядит светлым. В ходе исследования и написания этой статьи были сделаны дополнительные важные объявления относительно будущего оборудования и услуг Arduino. Во-первых, компания только что анонсировала Opta, свой первый программируемый логический контроллер (ПЛК) для промышленного применения. Opta будет программироваться с использованием стандартных лестничных логических схем и функциональных блок-схем. Кроме того, компания анонсировала Arduino Cloud для бизнеса. Подобно тому, как линейка продуктов Pro превратила Arduino в аппаратное обеспечение промышленного уровня, Arduino Cloud для бизнеса аналогичным образом преобразует Arduino Cloud. Кроме того, бизнес-предложение будет включать функции, которые упростят безопасное предоставление, мониторинг и обновление периферийных устройств на базе Arduino.

Arduino Opta, первый ПЛК Arduino

С 20-летием, Ардуино!

В 2023 году исполняется 20 лет существования Arduino. За прошедшие годы в нашем мире многое изменилось. Тогда не было ни iPhone, ни Android-устройств, Netflix был компанией, которая отправляла DVD-диски обычной почтой, а встраиваемые системы были прерогативой крупных корпораций и самых упорных любителей. Сегодня мы живем в мире, где практически каждый, кто интересуется электроникой, может принять в ней непосредственное участие. И хотя Arduino — не единственная компания, которая помогает создавать этот современный мир, она, безусловно, бросает большую тень на небольшую компанию, основанную пятью людьми в небольшом академическом институте в Ивреа, Италия. Будем надеяться что и в последующие 20 лет лет Arduino не утратит, а в идеале и приумножит те позиции, которые она завоевала за прошедшие 20 лет.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
153 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *