Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

O estado dos boards: regras de hardware pequenas e simples

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Nos últimos anos, vimos um grande crescimento no número e variedade de placas de microcontroladores e computadores de placa única. Assim como no início dos anos 80, quando a chegada de computadores domésticos baratos levou a uma explosão de variedade e escolha, o crescimento no número de placas de microcontroladores no mercado atual significou que os fabricantes experimentaram recursos e fatores de forma.

No entanto, vivemos em um tempo diferente, e as tendências que impulsionam o crescimento de microcontroladores nos levaram a um caminho diferente do que na última vez. Nos anos 80, vimos os novos computadores domésticos e vimos não apenas telas brilhantes, mas caixas que podiam ser manipuladas de várias maneiras. Os computadores, smartphones e tablets de hoje são vistos como uma maneira de se comunicar. Hoje em dia, um microcontrolador - ou mesmo um computador “real” - sem uma conexão com a internet é apenas um tijolo.

Olhando para trás

O mercado de microcontroladores de hoje começou com as placas de desenvolvimento. Essencialmente, estes eram placas de breakout para novos chips que os fabricantes queriam colocar no mercado. Eles permitiram que engenheiros profissionais experimentassem antes de colocar milhares de pedidos, ou talvez milhões, de chips para colocar dentro de seus produtos.

Do ponto de vista de um hobby, essas placas de desenvolvimento foram construídas para profissionais e geralmente eram caras demais para serem úteis. Na maior parte, o agora venerável microcontrolador PIC era a espinha dorsal das construções eletrônicas do movimento maker e veio pelo chip, e não pela placa.

Uma seleção de micro controladores PIC. Foto cedida por Microchip Technology

A era moderna, definida por microcontroladores tornando-se convenientemente embalados em placas, começou com o Arduino. A “pequena placa azul que poderia” mudou a maneira como fazemos eletrônicos, não apenas para amadores, mas também para profissionais. Essas placas de desenvolvimento caras - e mal documentadas - para o mercado profissional deram lugar a placas de microcontroladores mais baratas que são muito mais facilmente acessíveis. Isso tem sido bom para todos, incluindo os profissionais, e temos que agradecer aos produtores por isso.

Ansioso

É seguro dizer que a crescente popularidade de dispositivos inteligentes conectados à Internet, a chamada Internet das Coisas (IoT), mudou a face do mercado de microcontroladores.

A atual geração de pranchas agora vem com rádios, às vezes muitos rádios. Antes da IoT, os microcontroladores, como os computadores no passado, eram vistos como uma maneira de automatizar ou controlar. Agora, eles também se tornaram ferramentas de comunicação.

É só que, na maioria das vezes, eles estão conversando entre si e não conosco.

A antena de rádio em uma placa Adafruit Feather. Foto de Hep Svadja.

Jogando na pia da cozinha

O mercado de microcontroladores está em transição. Assim como a maneira como estamos usando computadores está mudando, a maneira como construímos o hardware está mudando com isso. Por isso, os fabricantes não têm certeza de como as pessoas usarão seus produtos. A resposta de muitos tem sido um pânico, e eles "lançam outro rádio".

A chegada do que eu chamo de “banca de cozinha”, que tenta ser tudo para todas as pessoas, tem sido uma das principais tendências nos últimos dois anos. Isso é especialmente evidente no Kickstarter, onde as pessoas estão procurando desesperadamente diferenciar seu conselho de todos os outros.

Os microcontroladores são usados ​​para controlar as coisas, e isso significa que não há um caso de uso único. Mas isso não significa que é uma boa ideia ter uma placa - com todo o poder e todos os rádios necessários - para fazer todos os trabalhos que um microcontrolador pode ser solicitado a fazer. Uma placa de pia de cozinha típica vem com vários rádios e mais CPU e RAM do que a maioria dos dispositivos embarcados precisarão fazer seus trabalhos. E esse hardware é caro. “Um conselho para governar todos eles” nunca será o conselho certo para usar. Assim como na linha de comando do UNIX, as pessoas devem tentar focar na construção de ferramentas de hardware pequenas e simples, e não em monólitos gigantes.

Form Form Matters

Uma casualidade que surgiu do fim dos primeiros computadores domésticos é agora evidente: o número decrescente e a variedade de fatores de forma em que esses computadores surgiram. Estamos vendo agora a mesma coisa para microcontroladores e, até certo ponto, computadores de placa única.

As pessoas devem se concentrar na construção de ferramentas de hardware pequenas e simples, e não em monólitos gigantes.

O layout “clássico” do Arduino, incluindo o deslocamento irregular e irritante entre os pinos 7 e 8, se tornou padrão, quase por padrão. Além de clones e imitadores, a enorme comunidade em torno da placa trouxe consigo escudos e outros hardwares projetados para sua configuração. Isso significa que placas que podem não parecer um Arduino computacionalmente ainda se assemelham fisicamente.

Uma seleção de placas de fator de forma Arduino com o sétimo e o oitavo pinos compensados. Fotos de Hep Svadja.

Outros fabricantes de placas começaram a ver seu design agora padronizado. Por exemplo, a linha de pranchas da Feather da Adafruit tem um layout padrão, que imitadores e concorrentes estão começando a duplicar.

Há também um movimento ocorrendo na extremidade menor do mercado em que os fabricantes começaram a produzir módulos integrados em uma única placa. Muitas vezes destinado a ser montado em outras placas de circuito, o módulo acastelado é agora uma forma padrão de colocar as minúsculas peças montadas em superfície nas mãos de uma comunidade mais ampla que muitas vezes não tem as ferramentas, ou as habilidades, para usar diretamente. Isto tornou-se especialmente óbvio com a chegada do ESP8266, o que levou a que uma forma do tipo ESP-12 se tornasse o padrão. Concorrentes como o RTL8710 agora vêm em configurações muito semelhantes. Alguns são até compatíveis com pinos.

Da mesma forma, o layout do Raspberry Pi foi imitado, com várias placas mais recentes duplicando-o exatamente. Um deles, o Asus ’Tinker, está conquistando rapidamente um nicho como um centro de mídia barato. E a popularidade do Raspberry Pi Zero, junto com a recente chegada de uma variante sem fio que tornou a placa muito mais útil, pode começar a atrair imitadores. Mas não estamos testemunhando uma padronização total do fator forma para os computadores de placa única, pelo menos ainda não. Como os cabeçalhos de pinos do Arduino, o bloco de cabeçalho do Raspberry Pi tornou-se padrão por padrão e, para o mercado de SBC, talvez isso seja o suficiente.

Computação que é barata o suficiente para jogar fora

As placas de microcontroladores de uso geral com Wi-Fi a bordo agora podem ser encontradas por menos de dois dólares, enquanto um computador de placa única pode ser adquirido por apenas alguns dólares a mais. Mesmo para aqueles de nós que cresceram com a Lei de Moore, isso parece quase inconcebível. E, no entanto, estamos chegando a um ponto em que a computação não é apenas barata, é essencialmente gratuita.

Um Raspberry Pi Zero, ESP8266 e CHIP. Foto de Hep Svadja.

Isso muda como as pessoas estão usando microcontroladores. O ESP8266 tem sido um grande sucesso, e em muitos aspectos é o oposto das placas de “pia de cozinha” que os fabricantes - inseguros de seus mercados - estão pressionando como a solução para a IoT.

"Bom o suficiente" às ​​vezes é tudo o que é necessário.

O ESP8266 também é bem sucedido devido à comunidade que cresceu rapidamente em torno dele. Essa comunidade se uniu não por causa dos recursos oferecidos pela placa - houve outras placas sem fio de formato pequeno - mas devido a um recurso que as outras placas não ofereciam, o preço. Como resultado, o ESP8266 se tornou a “terceira comunidade” do mundo dos fabricantes de eletrônicos, juntamente com o Arduino e o Raspberry Pi. Embora parte desse sucesso possa ser atribuído à compatibilidade ESP8266 / Arduino, o ambiente de desenvolvimento Lua construído pela comunidade é, na verdade, muito mais usado, o que sugere que o preço realmente é o que impulsionou a adoção da comunidade. Parece que "bom o suficiente" às ​​vezes é tudo o que é necessário.

A chegada do FPGA

Os FPGAs (field-programmable gate arrays) são um tipo de animal muito diferente de um microcontrolador. Com microcontroladores, o que você tem controle é o software, o código que está no chip. Com um FPGA, você começa com um slate em branco. Você desenha o circuito. Não há nenhum processador para executar o software até que você o projete.

SOCs SiFive saindo da linha de fabricação. Foto cedida por SiFive

Pode parecer loucura, mas o que isso lhe dá é a flexibilidade, e a idade do fabricante FPGA chegou sem muita fanfarra real. Agora existe uma cadeia de ferramentas de código aberto para o FPGA iCE40 da Lattice, e placas FPGA voltadas especificamente para o mercado de fabricantes - como o XLR8 da Alorium - estão começando a aparecer. Essas placas fornecem flexibilidade no nível de hardware, permitindo que você adapte o hardware em vez de substituí-lo à medida que o projeto evolui - algo que os projetos de fabricante tendem a fazer com o tempo.

Também é interessante ver a aparência de chips do tipo FPGA dentro de produtos "reais". Por exemplo, os novos AirPods da Apple são, na verdade, construídos em torno de um chip PSoC da Cypress.

Árvores de circuito. Ilustrado por Rob Nance.

Aprendizagem de Máquina de Embalagem

Uma das características mais intrigantes da placa Arduino 101, quando foi lançada, foi a rede neural de 128 nós, escondida dentro do Intel Curie, que dirigia a placa. Durante meses após o lançamento, era quase impossível obter qualquer informação ou acesso à rede, com a Intel prometendo que a documentação e o suporte à biblioteca estavam “em breve”. Isso mudou com a chegada da Biblioteca CurieNeurons da General Vision. Uma versão gratuita dá acesso limitado; a biblioteca "Pro" oferece suporte total a um custo de US $ 19 por usuário (que é quase dois terços do custo do próprio cartão), e isso será muito rico para a maioria dos fabricantes.

Foi o que aconteceu com o restante das ofertas da Intel para o mercado de fabricantes. Lançada para os fabricantes de ponta que necessitam de alta performance, as placas Galileo, Joule e Edison foram recentemente retiradas do mercado com pouco aviso. Em um mercado onde as placas de baixo custo são rotineiramente esticadas para fazer coisas que a maioria das pessoas achava que não poderiam fazer, as placas caras e mal documentadas sempre seriam difíceis de vender.

O que as pessoas realmente querem em um conselho?

A maioria das pessoas e a maioria dos fabricantes querem resolver um problema. Enquanto, para alguns, as especificações do conselho realmente importam, essas pessoas são de longe a minoria. O que alguns fabricantes não conseguem entender, às vezes repetidamente, é que a maioria das pessoas não precisa de mais desempenho do que o necessário e prefere pagar menos pela ferramenta certa do que por algo excessivo. No final, a maioria das pessoas não está interessada na pia da cozinha, exceto quando precisam fazer a lavagem.

Ação

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