在物聯(lián)網(wǎng)時代，開源該怎么玩？

本刊編輯部

在物聯(lián)網(wǎng)時代，開源該怎么玩？

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引 言

開源可謂一股洪流，憑借人人可用、人人可探、人人可改、人人可再分發(fā)，廣受歡迎。如今，世界很多角落都活躍著大批的創(chuàng)客，他們在開源的道路上越走越遠，將開源運動帶到更多的角落，令更多的人受益。眾所周知，開源軟件發(fā)展迅速，早已具有很大的影響力。近些年，開源硬件也受到越來越多的關(guān)注。樹莓派和Arduino的流行，正是對開源硬件快速發(fā)展的最好詮釋！

開源運動發(fā)展至今，創(chuàng)客已經(jīng)成為一種文化。在充滿無限可能的物聯(lián)網(wǎng)時代，未來的開源硬件和開源軟件該怎么玩？一起來聽聽業(yè)內(nèi)的專家和玩家是怎么說的吧！

業(yè)界聲音

商業(yè)價值是影響開源硬件運動成功與否的關(guān)鍵因素

北京大學軟件與微電子學院 林金龍教授

與開源軟件相比，開源硬件在市場和終端用戶中的影響力還很小。據(jù)IDC評述2016年4月報道，開源Web服務(wù)器市場占有率超過50%；移動領(lǐng)域2016年1季度的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，開源操作系統(tǒng)Android的市場占有率達76.4%，而開源硬件產(chǎn)品鮮有成功的案例。專注開源硬件技術(shù)和項目的企業(yè)其規(guī)模較小，且產(chǎn)品主要用于教育和開發(fā)，年收入超過百萬美元的公司非常少。

如果開源硬件運動不能在商業(yè)價值或市場價值上得到體現(xiàn)，不能創(chuàng)造出終端用戶喜愛的產(chǎn)品，其發(fā)展前景將不容樂觀。商業(yè)價值體現(xiàn)在兩個方面：一方面是開源硬件社區(qū)中的開發(fā)者能夠得到回報，并樂意繼續(xù)貢獻；另一方面，開源硬件產(chǎn)品對用戶有更強的吸引力，使得用戶愿意消費開源硬件產(chǎn)品。后者是開源硬件項目成功的基礎(chǔ)。軟件近乎零復(fù)制成本的特點使得開源軟件具有很高的價格優(yōu)勢，而硬件產(chǎn)品不具備這樣的特征。盡管采用開源硬件可以降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，但產(chǎn)品的元器件、制造和運輸成本依然存在，這些導(dǎo)致開源硬件產(chǎn)品的價格優(yōu)勢不明顯，尤其對于大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品。

因此，當前開源硬件社區(qū)的當務(wù)之急不是開發(fā)更多的開發(fā)平臺、演示系統(tǒng)和原型，而是研究建立一個實現(xiàn)開源硬件商業(yè)價值的生態(tài)環(huán)境，充分利用開源硬件社區(qū)的特點，使終端產(chǎn)品具有鮮明的特點吸引用戶的購買欲，同時使貢獻者能夠獲利。

開源軟硬件正在積極擁抱物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會秘書長 何小慶

Eclipse基金會IoT工作組近期發(fā)表了《物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的三種軟件協(xié)議需求》一文，文章的副標題是：如何使用開源技術(shù)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)軟件需要。三種軟件協(xié)議是針對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的三類設(shè)備：第一資源受限的設(shè)備(Constrained device)，這類設(shè)備主要是傳感和執(zhí)行單元部件；連接智能物件的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備(Gateway)和物聯(lián)網(wǎng)云平臺(IoT Cloud platform)，三種協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)軟件解決方案。

針對上面的軟件協(xié)議，開源的操作系統(tǒng)有 RIOT、FreeRTOS、Zephyr和Linux，通信協(xié)議有Eclipse Paho和Wakaama， Paho和Wakaama支持MQTT 和LWM2M 協(xié)議。 針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)有Eclipse Kura 解決方案，Kura包括了Linux OS、運行庫、協(xié)議和網(wǎng)關(guān)軟件。針對應(yīng)用市場的有Eclipse SmartHome ，針對工業(yè)4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的有Eclipse 4DIAC， 它支持IEC61499 標準。在物聯(lián)網(wǎng)云平臺方面，Eclipse 有 kupua和OM2M 架構(gòu)，對于云端分析和虛擬化有Eclipse BIRT，它支持dashboard和多種云端數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)報告接口。Eclipse Mosquitto是MQTT broker的一種實現(xiàn)， 此外還有提供連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的Eclipse Hono API 協(xié)議標準，這是由BOSCH 和redhat主導(dǎo)的一個開源項目。

除了Eclipse IoT開源項目，近期本人還接觸到幾個實際開源軟件和開源硬件，它們很專注在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上。比如ARM mbed OS和慶科Mico OS，除小部分代碼，這兩個物聯(lián)網(wǎng)OS基本開源了。在新唐的NuMaker-FPM-NUC472開發(fā)板上運行mbed OS，在MicoKit 3165開發(fā)板上運行了Mico OS，這個系統(tǒng)都可以實現(xiàn)從MCU+RTOS 編程、傳感器到云端服務(wù)器的通信和控制功能。

STM32Nucleo開發(fā)套件和STM32Cube軟件在傳統(tǒng)MCU編程基礎(chǔ)上增加了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟硬件支持，比如Cube extension software，該應(yīng)用軟件支持BLE和WiFi與智能手機App 和AWS 云的通信。著名的開源硬件Arduino 也推出幾種物聯(lián)網(wǎng)的解決方案，包括最新的Arduino Uno的WiFi 聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

開源軟件和開源硬件正在積極擁抱物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)通過開源技術(shù)正在逐步探索一條高效、簡單、安全和廉價的聯(lián)網(wǎng)之路，有關(guān)開源軟件與物聯(lián)網(wǎng)OS更詳細的介紹，讀者可以參考《嵌入式操作系統(tǒng)風云錄：歷史演變與物聯(lián)網(wǎng)未來》。

開源需要培育完善的生態(tài)系統(tǒng)

易到用車首席架構(gòu)師、FastDFS作者 余慶

本人2008年9月開始開發(fā)自己的第一款開源軟件FastDFS，這款軟件一直在進行更新和維護，至今已推出70多個版本。2010年開源了從FastDFS代碼中抽取出來的C基礎(chǔ)庫libfastcommon，至今已經(jīng)發(fā)布了35個版本。2013年開始在阿里參與Apache Traffic Server開源項目的研發(fā)工作，歷時一年半。2016年12月開源了本地共享內(nèi)存庫libshmcache。

最近幾年國內(nèi)涌現(xiàn)了不少開源項目，國人對開源項目的參與熱情和參與度與日俱增。目前國內(nèi)參與開源項目的方式主要有兩類：公司和個人。公司如阿里和網(wǎng)易這樣的大公司；個人參與開源主要是基于興趣和熱情。目前國內(nèi)靠開源軟件發(fā)家致富的案例還比較少，這個現(xiàn)象的根源，我認為是國內(nèi)缺乏像美國那樣的生態(tài)，比如開源基金會(Apache、Linux、Eclipse等)和成功的開源軟件商業(yè)運作模式(如紅帽公司)，希望在未來10年國內(nèi)也會建立起完善的開源生態(tài)。基于像阿里云這樣的云平臺和互聯(lián)網(wǎng)+浪潮，也許這一天會更快到來。

開源硬件3.0時代降臨

酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心工程師 雷思磊

根據(jù)開源硬件這十幾年的發(fā)展，本人認為可以劃分為三個階段，這三個階段沒有明確的時間分割，更多的是從技術(shù)上分割，首先是開源硬件1.0階段，特點是松散、碎片式開源，沒有形成規(guī)模效應(yīng)，影響力不足，代表項目就是OpenRISC、OpenSpark、LEON，以及Opencores上的一系列IP，其走向兩個極端，要么是非常優(yōu)秀的公司設(shè)計發(fā)布，比如OpenSpark，但是非常復(fù)雜，難于理解，曲高和寡，要么是由自發(fā)的民間組織設(shè)計發(fā)布，比如OpenRISC，項目進度難以保證，代碼更新速度緩慢，且缺少產(chǎn)品驗證。第二階段是開源硬件2.0階段，特點是通過設(shè)計低廉的開發(fā)平臺，并且將相關(guān)PCB設(shè)計資料開源，吸引大量人員在其上進行開發(fā)、應(yīng)用，從而形成規(guī)模效應(yīng)，也正是這一階段，使得開源硬件的理念被廣為接受，代表項目就是Arduino、樹莓派等。第三個階段就是開源硬件3.0階段，特點是系統(tǒng)性、整體性開源，且有明確的組織、目標、路線圖，代表項目就是開源指令集RISC-V，以及圍繞RISC-V的一系列開源項目。

RISC-V是加州大學伯克利分校設(shè)計并發(fā)布的一種開源指令集架構(gòu)，其目標是成為指令集架構(gòu)領(lǐng)域的Linux，應(yīng)用覆蓋IoT設(shè)備、桌面計算機、高性能計算機等眾多領(lǐng)域。RISC-V自2014年正式發(fā)布以來，受到了包括谷歌、IBM、Oracle等在內(nèi)的眾多企業(yè)以及包括劍橋大學、蘇黎世聯(lián)邦理工大學、印度理工學院、中國科學院在內(nèi)的眾多知名學府與研究機構(gòu)的關(guān)注和參與，圍繞RISC-V的生態(tài)環(huán)境逐漸完善，并涌現(xiàn)了眾多開源處理器及SoC采用RISC-V架構(gòu)，這些處理器既有標量處理器，也有超標量處理器，既有單核處理器，也有多核處理器。

2016年11月29日至30日，在美國加州召開了開源處理器架構(gòu)RISC-V的第5次研討會，會議明確了RISC-V基金會下的市場委員會、技術(shù)委員會，以及其中的工作組和工作計劃。在會議報告中，RISC-V研究人員創(chuàng)立的SiFive公司介紹了其即將大規(guī)模生產(chǎn)的基于RISC-V的開源處理器SiFive E31以及基于該處理器的片上系統(tǒng)Freedom E310，后者的RTL代碼完全開源，此外，SiFive還為該SoC設(shè)計了一款開源平臺HiFive，HiFive具有與Arduino兼容的特性。

上述事件是RISC-V走向市場、讓更多開發(fā)者了解的重要一步，也表明了RISC-V體系相關(guān)生態(tài)建設(shè)的初步完善。從這里也可以發(fā)現(xiàn)開源硬件3.0階段既具有1.0階段的處理器級的深度開源，也具有2.0階段的規(guī)模優(yōu)勢。由此帶來系統(tǒng)從處理器到操作系統(tǒng)的全面開源，這一點在物聯(lián)網(wǎng)時代最大的優(yōu)勢就是有利于用戶結(jié)合實際應(yīng)用快速定制硬件平臺以及系統(tǒng)深度調(diào)優(yōu)，從而滿足物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的特殊要求。

開源硬件在教育和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面很有潛力

電子發(fā)燒友 蔡石磊

說起開源軟件、開源硬件，本人在大學二年級的時候接觸過Arduino，老師讓研究下Arduino，當時我認為其充其量也就是個玩具級別的，相信現(xiàn)在很多人也都這樣認為，但是現(xiàn)在看來，這樣的想法完全是錯誤的。

Arduino是十分強大的軟件平臺與標準板子的結(jié)合，現(xiàn)在有越來越多的芯片加入，不僅僅是AVR單片機了，所以像Arduino和樹莓派這樣的開源硬件，不僅僅能當玩具來玩，還能做很多事情。

結(jié)合我的經(jīng)歷，本人覺得可以在教育和物聯(lián)網(wǎng)中有很好的應(yīng)用，在教育應(yīng)用中，我們經(jīng)常會接觸到各種協(xié)議，比如Modbus、CAN等，作為初學者，看Datasheet、在51單片機中寫代碼是很枯燥的，總也摸不著頭腦，所以可以基于github上開源的庫來學習，從宏觀上有一個整體認識，先在Arduino中演示一下效果，體驗到成就感，再去研究細節(jié)地方，一定能讓初學者既感覺到有趣，又學習到知識，以后再用到這樣的協(xié)議不論多么復(fù)雜都能很好地深入研究，不至于卡在入門這道關(guān)。

在另一方面，開源硬件由于具有操作簡單，快速成型等特點，很適合物聯(lián)網(wǎng)場景的應(yīng)用，比如通過WiFi連接到云平臺獲取天氣，在Arduino中使用相關(guān)的json庫和WiFi相關(guān)的庫很方便就可實現(xiàn)，有C語言基礎(chǔ)的不到半天即可搞定。所以開源硬件將會在教育和物聯(lián)網(wǎng)方面有更多的應(yīng)用。

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