開源硬件簡介

開源硬件指與自由及開放原始碼軟件相同方式設(shè)計的計算機和電子硬件。開源硬件開始考慮對軟件以外的領(lǐng)域開源，是開源文化的一部分。其中，Arduino的誕生可謂開源硬件發(fā)展史上的一個新的里程碑。

說到開源硬件，大家不一定很了解，但是說到創(chuàng)客大家最近一年應該耳聞了很多。開源硬件這個東西，在現(xiàn)在，幾乎是和創(chuàng)客綁定在一起的。

幾乎所有的開源硬件社區(qū)都是由創(chuàng)客組成。開源硬件幾乎可以算是創(chuàng)客的工具箱，給創(chuàng)客提供了大量的方便。

開源硬件是像開源軟件學習的。把原理圖開源初衷就是給大家一個模板，使得更多的東西能被復用，就好像編程里的對象，做好一個類，一個庫，大家只需要修修補補就行，不用再付出重復的勞動。

開源硬件，以Arduino為例，帶來的是什么呢？

1.接口的標準化。

Arduino定義了很多標準的接口。如Arduino UNO，Arduino Mega，Arduino Nano，以及xbee接口。在Arduino中包括SPI接口以及I2C接口的位置都是標準化的。這些標準化帶來的好處就是，對于Arduino兼容模塊的設(shè)計者來說，只要設(shè)計兼容這些接口的硬件。那么客戶拿到手的模塊使用會非常簡單。擴展板直接插上就可以用，模塊看清楚數(shù)字口或者模擬口就行，I2C，SPI設(shè)備接的位置都一樣。非常方便使用。

2、使用流程的標準化。

對于開源硬件來說，接口的標準化使得使用流也可以標準化。選擇一個Arduino模塊的流呈一般是想一個功能（idea）-》百度（或論壇）查詢使用傳感器》淘寶開源硬件店詢問合適模塊-》查看模塊使用方式- 》購買》收到模塊后下載程序庫文件- 》打開庫里的demo例程燒錄程序》插上模塊運行-》修改程序為自 己所用。

3.教育的標準化

流程的標準化使得硬件的入門門檻被大幅度的降低。包括出現(xiàn)的一些圖開化編程軟件sketch等使得門檻被進一步降低門檻低，東西又標準化，那么低齡教學，便成為可能。那么門檻到底有多低呢？小學生也可以學。目前由于創(chuàng)客風流行，很 多中小學老師也加入創(chuàng)客行列，使得創(chuàng)客的工具Arduino也可以被中小學生認識。目前使用Arduino教學的中小學主要還是集中在上海及周邊地區(qū)，但根據(jù)老師的反饋，確實效果不錯。開源硬件是一個橋梁，他連接了硬件和軟件，讓硬件工程師，在不了解庫的具體實現(xiàn)的情況下能使用很多人編寫的庫。再也不用過多的糾結(jié)于各種不同 的通信協(xié)議，各種驅(qū)動的編寫。如果創(chuàng)客能夠改變世界，那開源硬件一定是他背后的那個默默付出的她。

開源硬件優(yōu)勢

1. 開源硬件降低了硬件領(lǐng)域的門檻，更多的人可以參與

開源硬件提供大量經(jīng)過大家驗證和持續(xù)改進的模塊，可以讓設(shè)計硬件像做加法、搭積木那樣簡單，讓更多地人更容易的參與進來。這里面，模塊化、標準化和接口化非常的重要，這個Arduino就做的很好，所以非常多的藝術(shù)家、設(shè)計師參與進來，帶來了非常多的創(chuàng)意。

有了很多人的參與，就可能有人像Mark Zuckerberg利用開源軟件建立facebook那樣，利用開源硬件設(shè)計出非常優(yōu)秀的產(chǎn)品。

2. 開源硬件可以促進硬件模塊化、標準化和接口化，提高硬件開發(fā)的速度和效率

3. 開源硬件可以降低硬件的BOM成本

優(yōu)秀的開源硬件設(shè)計會被更多的采用，其中采用的物料、IC會被大量的使用。長遠來說，降低的ROM成本是可觀的。

硬件工程相對于軟件工程而言，有著以下幾個本質(zhì)的區(qū)別

1. 模塊化，標準化，以及修改的便捷性

軟件產(chǎn)品都有著定義完整，并且可以隨時調(diào)整的輸入輸出。一旦一個軟件模塊編寫運行測試通過，那么這個模塊就可以被視作黑盒子，被另外一個完整定義的模塊調(diào)用運行。只要軟件之間的接口不變，那么各個模塊之間的邏輯就不會發(fā)生變化，這就使得軟件的開發(fā)人員之間可以僅僅通過定義好的接口來互相合作，而無論這些開發(fā)人員身處何處。

而在硬件領(lǐng)域，工程師們就沒有那么幸運了。首先，這個世界上不存在只要知道接口就可以加入設(shè)計使用的硬件。硬件的選型是一件很麻煩的事情，即使工作很多年的硬件設(shè)計師，在選用從未使用過的硬件設(shè)備時，也很有可能在接口電壓或是時鐘頻率的匹配這種“小事情”上栽跟頭——隨便哪里冒出來的一個接觸電阻和寄生電容就可能把整個電路給弄砸了。硬件設(shè)計師們沒有強大的IDE，沒有美好的編譯器和解釋器，所有硬件工程師都在第一堂EDA設(shè)計課上被告知：軟件仿真是不可靠的，只能作為參考。硬件設(shè)計唯一能依靠的就是扎實的理論基礎(chǔ)和反復的實驗檢測。像是“一個中國工程師和一個美國工程師遠距離合作開發(fā)出來一個信號采集器”這種在開源軟件看來很正常的合作模式在硬件領(lǐng)域是不可能發(fā)生的。硬件設(shè)計師們必須坐在一起跑仿真，測芯片，焊板子。

2. 生產(chǎn)和發(fā)布成本

在軟件開發(fā)過程中，一旦某個模塊的接口需要改變，那么軟件工程師所要做的就是坐在電腦前修改代碼然后使用短信，電話，email或是git，svn這些工具通知所有需要使用這個模塊的人，大家一起調(diào)試通過后修改就完成了。這個過程的溝通成本和修改成本，除了人力以外，基本為零。發(fā)布軟件的成本那就更低了，以前好歹還需要用軟盤光盤這樣的載體，現(xiàn)在有了互聯(lián)網(wǎng)，那基本都是零成本了。

硬件開發(fā)的情景則相反，當硬件工程師千辛萬苦跑了無數(shù)仿真做出來的電路送到工廠花了不少鈔票制作出來之后，示波器，邏輯分析和頻譜分析儀（他們都價值不菲）會用嚴酷的事實告訴你：這個東西不對。如果你做的是板級電路，那么恭喜你，運氣好的話rework其中的某些器件能夠拯救你的設(shè)計。如果你做的是芯片級設(shè)計，那么就準備好再花個幾十萬做剖面，X光，F(xiàn)IB等找出問題，重新流片看看老天爺是不是能保佑你吧。硬件的設(shè)計修改成本實在是太高了，這也是為什么現(xiàn)在Arduino之類的通用板和IP core的市場這么火的原因。另外，等做出產(chǎn)品熱賣了，那么隨之而來的倉儲，貨運，分銷，售后等體系的建設(shè)，絕對也是花錢如流水。在硬件產(chǎn)品公司中，開發(fā)人員的成本往往只是很小的一部分。

3. 入行門檻

在軟件業(yè)極度發(fā)達的今天，任何具有良好邏輯思維能力的人只要感興趣，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲得足夠的教育從而稱為一名軟件開發(fā)人員。而所有的投資僅僅只是一臺可以上網(wǎng)的電腦。這就使得現(xiàn)在的程序員數(shù)量不斷上升，你總是可以碰到幾個閑著找事的程序員一起來合作一些有趣的事情。

而硬件這行當，至今仍然還需要科班出身的專業(yè)人員來進行設(shè)計開發(fā)，我沒有見過自學成才的電子硬件設(shè)計工程師。培養(yǎng)一名合格的硬件設(shè)計工程師，需要大量物理和電子方面的基礎(chǔ)理論學習，并且伴隨大量使用各種儀器的實習工作，這其中的時間和材料成本是非常高的。硬件工程師數(shù)量不多，加上之前提到的協(xié)作的困難，使得找一批搞硬件的聚到一起做風險很高的開源工作很不容易。

總而言之，硬件的開源要做起來，就需要克服設(shè)計非標準化，成本高，入行門檻高這幾個問題。而在我看來，這些問題很難在短時間內(nèi)被解決。或許像Arduino和IP core這樣的解決方案能夠在某些領(lǐng)域獲得突破，但就總體的電子電路設(shè)計而言，我看不到很好的開源模式。