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Maker們的另一種選擇:ARM mbed開發板選擇指南

作者:陸向陽

“老一點”的台灣Maker們應該都聽過ARM有推出一套mbed開發環境,不少人可能還曾上手玩過一陣子,但近兩年因ARM對mbed的定位及版本相容性的問題,導致多數的Maker退出了mbed這個平台。但自從mbed OS進入5.0版之後,不僅向下相容Maker較接受的2.0版本,而且多數mbed開發板也兼容相容Arduino,看來是適合再推薦給Maker了。

由於對選擇Mbed OS的開發板感到興趣,筆者上到Mbed官網的開發板選擇指引網頁,透過網頁上的條件過濾器(Filter)操作,在還未購買Mbed開發板前,已可以對開發板特性有初步掌握,以下是筆者的簡單分享。

Mbed官網選擇Mbed OS開發板的網頁(圖片來源:Mbed官網

Mbed Enabled

截至2018年1月2日止,Mbed官網上共可查詢有130片Mbed OS開發板,不過並非每一片都有通過Mbed Enable Program推動案的驗證,在130片中已有101片通過驗證,佔據高比例,選擇通過驗證的會比較安心可靠些。

Mbed OS support

Mbed Enable推動案有概分成Mbed OS 2(也稱為Classic經典/古典)與Mbed OS 5兩種驗證,而在官網的操作選項上,還將OS 5區分成5.4、5.5、5.6等三個細部版本,不過尚未有5.7版,5.7/5.7.0版於2017年12月22日發表,很快又有5.7.1、5.7.2。

透過操作選擇後,發現合乎OS 2的開發板有111片,合乎5.4版的有67片,5.5版的有70片,5.6版的有74片,看來合乎古典版的開發板最多。然而往未來看,選擇最新的5.6版較具發展性。

Mbed OS版本發展回顧

在此也簡單談一下Mbed OS的版本發展,Mbed的前期發展版為2.0(似無明確的1.0版),是以跨MCU、跨編譯器的軟體平台為構想所發展,但到了2015年,ARM為了佈局興起的物聯網市場,連續購併了數間協定軟體公司後,對Mbed OS也有新的主張,期望Mbed OS的後續發展也能支援呼應物聯網,因而從Mbed OS 2.0分立出Mbed OS 3.0,然3.0版與2.0版大程度不相容。

2.0版、3.0版各行其是一段時間後,Mbed專案人員重新將兩發展路線整併,在2016年提出5.0版,意即2+3之意,同時也跳過4.0版的編號版本。整併後的5.0版也稱為Eventing OS,意即採行事件驅動(Event Driving)的運作方式。5.0版幾乎相容過往2.0版函式庫(Library),2.0版與5.0版屬於一脈相承的主發展軸線,3.0版則為一個過渡。

Mbed OS版本發展圖(圖片來源:Introducing mbed OS 5

Target vendor與Platform vendor

筆者推估Target vendor旨在選擇MCU晶片商,Platform vendor旨在選擇開發板商,不過很多晶片商也推出自有的官方開發板,所以網頁上可以看到相同公司在Target與Platform均有名字。截至1月2日,支援Mbed OS的晶片商共有14家,而支援Mbed OS的開發板商則有25家。若不去論開發板商,只論晶片商,經筆者不斷撈選後,以下是各晶片商推出的開發板數目(依據公司名字母排序):

由此可知,支援Mbed OS最賣力、給力的當屬歐洲意法微電子(STMicro),次之為荷蘭恩智浦(NXP),再次則為挪威Nordic,其餘晶片商推出的開發板均低於10款;事實上ARM核心MCU的全球銷售,確實以STMicro佔比最高。

值得注意的是,台廠晶片商的板卡也支持Mbed,包含新唐(Nuvoton)的NuMaker系列開發板、瑞昱(Realtek)的阿米巴(Ameba)開發板等。NuMaker、Ameba也支援Arduino IDE開發,因此可用Arduino模式快速驗證功效概念,進一步的微調開發則可改用Mbed模式。

Connectivity

近年來MCU日益講究通訊功能,Mbed OS開發板也無法例外,筆者選取的結果,所有開發板支援如下的有線、無線通訊標準:

不令人意外的,Mbed OS開發板最多支援USB Device(計40片),今日多數開發板都以USB Device身份接入PC,透過PC開發與燒錄程式,支援USB Device自是可想。倒是有若干開發板可支援USB Host角色(24片)較為特別。

支援CAN介面的Mbed OS開發板也有許多(計28片),看來也可能鎖定車用電子應用;而支援乙太網路的開發板也相當多(26片),可用於固接型物聯網感測應用,或用於物聯網閘道器(IoT Gateway)開發等。

進一步的,Mbed OS也可能鎖定穿戴式電子應用,因而也有許多開發板支援BLE(Bluetooth Smart)。至於LoRa、Cellular(手機通訊)、Wi-Fi則相對為少,LoRa、Cellular(含LTE、NB-IoT等)可能還在初期階段,未來支援的開發板可能增多;Wi-Fi則僅有3片支援,或許Mbed設想的應用均高度講究低功耗情境,而盡可能迴避採行Wi-Fi通訊。

Form Factor

此僅有三個選項:Arduino Compatible(計74片)、Breadboardable(計16片)、Xbee(計1片)。顯見多數Mbed OS開發板傾向能立即沿用支援Arduino的功能子卡(Shield),另外也有些開發板在I/O接腳設計上,能立即插置於麵包板上,以方便各種接線實驗嘗試。

Interface Firmware

韌體介面部份,有44片支援ST-Link,在這44片開發板中,除了1片來自Nordic、1片來自AVNet外,其餘42片均來自意法微電子自身推出的開發板。真正較受多數晶片商支援的介面為DAPLink、CMSIS-DAP以及J-Link。DAPLink有7家晶片商、38片開發板支持;CMSIS-DAP有9家、36片;J-Link則相對較少,僅3家晶片商、8片開發板。

CMSIS RTOS

有73片開發板既支援Mbed OS也支援CMSIS RTOS,這是ARM推行的一套嵌入式軟體架構,有此開發需求者亦可考慮開發板對此標準的支援性。

小結

最後,Mbed官網除了有開發板的選擇外也有零件的選擇,包含可搭配使用的致動器、通訊、顯示、擴充卡、物聯網、線上服務、機器人、感測器、儲存以及其他。顯示Mbed確實有心朝完整技術生態系統發展,既便是很細碎的零件,也盡可能提供資訊。

延伸閱讀

Mbed官網上另一處提供通過Mbed Enable認證的產品列表頁,但通過數目稍不一致,至1月2日止Mbed OS 2共通過67個,Mbed OS 5則共通過55個。

https://www.mbed.com/en/about-mbed/mbed-enabled/arm-mbed-enabled-products/

(責任編輯:葉于甄)

陸向陽

陸向陽

從電子科系畢業後,即以媒體人的角色繼續這段與「電子科技」的不解之緣。歷任電子技術專書作者、電子媒體記者、分析師等角色,並持續寫作不殆。近來投入Arduino、Raspberry Pi等開放硬體的研究與教程介紹。
陸向陽

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