開放硬體認知、學習指引

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陸向陽

2016-03-25

2

大 綱

概論

Arduino Raspberry Pi其他

3

大 綱

概論

Arduino Raspberry Pi其他

4

開放硬體 (電子、機械) 將電路設計公開、將機構設計公開

Open Hardware (OHW)、Open-Source Hardware (OSHW) Source = Source Code = 原始程式碼 = 來源程式碼 = 原碼 = 原代碼

1981 年 IBM 公開其 IBM PC 電路設計 2008 年威盛電子提出 OpenBook 設計

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開放晶片內、外電路

開放晶片外的印刷電路板 (PCB) 上電路

開放晶片內的數位邏輯設計電路

2001 年 OpenCores/OpenRISC、2005 年 OpenSPARC、GPU

數位邏輯晶片內的電路多以 VHDL、Verilog 等程式語言撰寫成

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開放電路、佈線

電路圖：電路的功效、邏輯

佈線圖：線路的長度、寬度、轉角角度、接點位置等實際繞佈

晶片內、外均區分電路圖、佈線圖

Circuit Diagram/Schematic PCB Layout

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本次主題

開放硬體開放硬體

機械機械電子電子

晶片內晶片內晶片外晶片外

電路圖電路圖 佈線圖佈線圖 電路圖電路圖 佈線圖佈線圖

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為了教學

Arduino Raspberry Pi起源國區 義大利 英國

發起動機給設計系學生用於電子藝術創作，且 BASIC Stamp 太貴

感嘆電腦科學系學生程度與興趣低落，缺乏適合的教材

發起年份 2005 2012系統架構 8 位元微控制器 32 位元微處理器

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授權方式

開放原始程式碼

軟體授權有 50 多種，常用的也有 8～10 種，如 GPL、Apache、BSD 等 CC 授權 (2001 年) 硬體專屬授權：TAPR、Balloon、CERN OHL、Solderpad

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成長原因：軟體簡化學習開發

Arduino：C/C++/Processing 程式語言

Scratch for Arduino (S4A)：6 ～ 15 歲Arduino IDE Scratch for Arduino

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半導體產業找出路：IoT 2005 年 ITU 年度報告提出 IoT 2013 年 8 月，Intel 表態大力投入穿戴式電子、物聯網

2014 年 3 月，台積電表態物聯網為 Next Big Things 相近時間，半導體產業開始大手筆互併 ……

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創客/自造者運動

2012 年，Wired 雜誌前總編 Chris Anderson 的第三本書「Makers: The New Industrial Revolution」揭櫫創客/自造者運動時代來臨

開放硬體、3D 列印助長發展

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群眾外包、募資

規模性電子生產外移後 …… 2008 年 Indiegogo 網站成立、2009 年 Kickstarter 網站成立

募資、意見調查、可接受價位調查、徵求產業命名

241件，Arduino163件，Raspberry Pi

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深圳創新

矽谷產業變化、深圳產業變化

山寨手機熱潮消退，尋找新出路

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Arduino、RPi 熱度檢視

24，Arduino17，Raspberry Pi

241件，Arduino163件，Raspberry Pi

延伸閱讀：Maker 世界小觀察：Arduino、RPi 誰受歡迎？http://makerpro.cc/2015/04/arduino-rpi-which-is-popular/

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大 綱

概論

Arduino Raspberry Pi其他

17

大 綱

學習

運用

進階

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學習還是運用？

學習 (Learning) 一般選 Arduino Uno 運用 (Application) 則有多種選擇

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最遍的原廠學習板

學習 (Learning) 一般選 Arduino Uno 運用 (Application) 則有多種選擇

仍有書籍、網頁範例用 Duemilanove

2010-09-24

Arduino Duemilanove

2009年8月出版

2008-10-19

Arduino Uno R3

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學習也可用相容板

便宜且絕大多數 Shield 相容

無妨原因 1：MCU 同一顆

無妨原因 2：簡易 MCU 電路設計寬鬆

Ktduino Uno R3 (NT$380)

http://www.ltc.com.tw/product_info.php/products_id/60666

Arduino Uno R3 (NT$780)

http://www.playrobot.com/cart/shop.php?id=748

Fayaduino Uno (NT$595)

http://www.eclife.com.tw/led/moreinfo_88104.htm

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原廠動向

設計 = Arduino LLC (Arduino.cc)，製造 = Smart Projects Srl

Arduino LLC 改與紐約 Adafruit (加推 Geniuno)、深圳 SeeedStudio 合作。

Smart Projects Srl 變成 Arduino Srl (Arduino.org)

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如何分辨真偽？

https://www.arduino.cc/en/Products/Counterfeit

原廠既然能「溢價」就有人想仿冒賺利

以仿冒最大宗銷售的 Uno 為多

Arduino.cc 官網教導如何辨識仿冒品

多達 12 處以上的細節差異

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適合麵包板的構型

麵包板 (Bread Board) 多半適合學習與概念驗證(Proof of Concept, PoC)、試製。

官方起步者 (前菜)、基礎套件

SeeedStudioGrove Starter Kit for Arduino

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大 綱

學習

運用

進階

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Arduino LLC 官方選擇法 (運用取向)

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已退、待退款別買

停產的板子通常市場反應不佳，或過時而有接替款。

如 Uno (壹) 取代 Duemilanove，Yún (雲) 取代 Leonardo (李奧納多)。

Tian (天) 可能取代 Yún (雲) 或高低定位並存。

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資源取向

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構型取向

因應「穿戴式電子」應用的 Arduino 電路板，構型明顯縮小。

缺點：無法相容原有的 Arduino Shield (功能擴充子卡) 。 除 Arduino Gemma 外，名稱多半有 LilyPad 字樣。

PicoDuino

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效能取向

Arduino Due，Atmel SAM3X8E，ARM Cortex-M3 Arduino Zero/Zero Pro，Atmel SAMD21G18，ARM Cortex M0+ 通常相關資源也會提升，如 I/O 接腳數、記憶體容量

AVR ATmega 系列 ( 8 位元) vs. ARM Cortex M系列 ( 32 位元)

Arduino Due Arduino Zero

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網路取向

搭上「物聯網，Internet of Thing, IoT」熱潮

透過乙太網路 (Ethernet) 或 Wi-Fi 連上 Internet 透過 GSM/GPRS 連上 Internet

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大 綱

學習

運用

進階

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相容型

獲得更多益處，效能、功能

有的有通過 Arduino 認證，有的沒有 (Intel、Samsung ARTIK) I/O 接腳電氣特性不盡相同，不保證相容 Arduino Shield 程式語法、開發工具、主控晶片可能近似也可能全然不同

Intel Gelileo (伽利略) Linear Linduino ONE MediaTek LinkIt ONE

引進較多PC常用介面，如Mini-PCIe、USB等

更方便連接、評估Linear的類比、混訊晶片

多種無線通訊功能一次到位，GSM/GPRS、Wi-Fi、GPS、Bluetooth Classic/Smart

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群眾募資尋寶

群眾募資網站有各種奇特的 Arduino 優點：更多便利、創新特點訴求

缺點：要跟上預購時間

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構型演化

Arduino 外型演化雖雜亂，但大體仍可歸結 5 個發展趨向：

應用開發

程式開發

通訊功能

電子工程

風雲浪漫

Arduino演化歷程圖的5個意涵http://makerpro.cc/2016/01/5-aspects-of-arduino-evolution-map/Arduino系統板選購心法http://makerpro.cc/2014/12/how-to-select-arduino-based-boards/

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大 綱

概論

Arduino Raspberry Pi其他

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這些都是樹莓派！

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RPi 型款發展

型款 發表 價格 取向

第一代A型 2013年2月 25美元 低價化版本

第一代B型 2012年2月 35美元 最原初版

第一代A+型 2014年11月 20美元 改進A型，進一步低價化版

第一代B+型 2014年7月 35美元 改進B型第一代CM型 2014年4月 30美元 針對產業應用而推行

第一代0型 2015年11月 5美元 再進一步低價版

第二代B型 2015年2月 35美元 單核變四核、記憶體加倍

第三代B型 2016年2月 35美元 64位元、Wi-Fi、藍牙

同時推展更高規、更平價型款

軟體持續相容，支援多種作業系統

從教學用轉變成教學、創客、產業三線並重

2014 年 4 月已出貨達 350 萬，2016 年 2 月已達 850 萬

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RPi v.s. BeagleBoard BeagleBoard 於 2011 年 10 月起步，只比 RPi 早不到半年

BeagleBoard 入門價 89 美元，缺乏 HDMI BeagleBoard Black (簡稱 BBB) 試圖追趕

以上摘自創新曼波：RPi當道，Beaglebone嘗試振作http://innomambo.com/2014/10/raspberry-pi-vs-beaglebone-black/

BB BBB

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大廠擁抱 RPi 2 2015 年 4 月 Build 年會，Windows Phone、Windows 也擁抱 Arduino Windows 10 IoT Core 支援 RPi 2，但也支援 MinnowBoard Max、高通

主要扮演物聯網閘道器 (IoT Gateway) 功用

WD推行專用硬碟PiDrive

Snappy Ubuntu Core也鎖定閘道器應用

延伸閱讀：微軟如何擁抱Arduino社群？http://makerpro.cc/2015/06/how-microsoft-embrace-arduino-community/

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RPi 多種作業系統

官方版為 Raspbian (修改自 Debian Linux) NOOBS 僅為多重開機系統，非作業系統

協力業者的作業系統也很多，數十種 (~46) 桌面、閘道器、播放器

可參考 MakerPRO：支援Raspberry Pi作業系統眾多，該從何下手？http://makerpro.cc/2015/03/how-to-select-your-os-for-raspberry-pi/

官方版 協力業者版

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Pi Store 營運三年

2012年12月成立，因歐洲加值稅必須下架所有付費軟體

缺營收下於 2016 年 2 月關閉

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RPi 硬體配件

攝影機 (CSI)、夜視攝影機 (CSI)、觸控顯示器 (DSI) 官方版電源供應器、機殼、Wi-Fi Dongle

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RPi 文化、包裝

MagPi 雜誌，2016 年 3 月 (第 46 期) 免費電子檔下載或紙本 5.99 英鎊

Kano 兒童電腦 (2014 年 8 月，$10 萬 $152 萬)

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建議學習

安裝、設定 RPi 媒體播放器作業系統

桌上型作業系統

Linux (Raspbian) Internet (FTP、Web) Python Python GPIO 應用

其他應用：

週邊：DSI、CSI 與 Cloud 互動

與 PC 互動

與 LAN 互動

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大 綱

概論

Arduino Raspberry Pi其他

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其他開發板

Intel Galileo、Edison、Curie、Arduino 101 Samsung ARTIK MediaTek LinkIt ONE、Assist、Connect、Smart/Smart Duo ESP8266 Realtek Ameba MIPS Newton2、Halley/Halley2、Creator CI20 Linear Linduino MinnowBoard DragonBoard Banana Pi 更多

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Intel 科學家系列？

2013 年 Galileo (伽利略) Galileo Gen 2 2014 年 Edison (愛迪生) 2015 年 Curie (居禮) Arduino 101

1 2

1 2

34 5

4 53

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Samsung ARTIK 系列

2015 年 4 月提出

1 型採 MIPS 核心

5、10 型採 ARM 核心

強調小尺寸

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聯發科技 LinkIt 系列

2014 年 6 月 LinkIt ONE LinkIt Assist 2052A LinkIt Connect 7681

2015 年 11 月 LinkIt Smart 7688

LinkIt ONE

LinkIt Assist LinkIt Smart

LinkIt Smart Duo

LinkIt Connect

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ESP8266 2013 年上海樂鑫 (Expressif) 開發出 ESP8266/ESP8266EX 晶片

深圳安可信 (AI Think) 推出一系列便宜的 Wi-Fi 板 (ESP 系列) 因便宜與網友提供 Arduino 相容開發方式而快速成長

更多便利的開發方式出現：NodeMCU、 Smart.js、Wio Link延伸閱讀：【選擇指南】ESP8266板卡眾多，如何選擇？http://makerpro.cc/2015/08/esp8266-selection-guideline/

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瑞昱科技 Ameba (阿米巴) 系列

2015 年 4 月提出

強調硬體加速的加解密傳輸

強調 NFC 應用

vCard，名片

URL，網址

App，手機應用程式

MakerPRO 網站上已有約 20 篇Ameba 專文

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更多專文

大家都相容Arduino，然後呢？https://www.ctimes.com.tw/DispCols/tw/MediaTek/%E5%87%8C%E5%8A%9B%E7%88%BE%E7%89%B9/Samsung/%E7%89%A9%E8%81%AF%E7%B6%B2/%E8%8B%B1%E4%BB%A3%E7%88%BE/1512290926YX.shtml

大家都相容Arduino，然後呢？https://www.ctimes.com.tw/DispCols/tw/MediaTek/%E5%87%8C%E5%8A%9B%E7%88%BE%E7%89%B9/Samsung/%E7%89%A9%E8%81%AF%E7%B6%B2/%E8%8B%B1%E4%BB%A3%E7%88%BE/1512290926YX.shtml

【加速上手】LinkIt Smart 7688學習地圖http://makerpro.cc/2015/12/linkit-smart-7688-learning/【加速上手】LinkIt Smart 7688學習地圖http://makerpro.cc/2015/12/linkit-smart-7688-learning/

一份LinkIt ONE學習建議地圖http://makerpro.cc/2015/06/linkit-one-learning-guideline/一份LinkIt ONE學習建議地圖http://makerpro.cc/2015/06/linkit-one-learning-guideline/

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感謝 與 問答