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【Arduino遇見未來】Arduino的里程碑與展望

   

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作者:陸向陽

2005年義大利Ivrea互動設計學院的老師,為了讓沒有電子工程背景的學生也能輕易實現電子藝術創作,因而與學生共同合作,發起名為Arduino的開放硬體專案,專案後來廣受Maker的歡迎而逐漸擴展。

Arduino於2005年~2017年間的歷史(圖片來源:core-electronics.com.au

Arduino專案開始後陸陸續續推出多片電路板,多數在強化提升最原初設計的不足,例如從RS-232傳輸改成USB傳輸,而後用新的控制器晶片去增加RAM、ROM等記憶體容量,同時也增加I/O控制接腳等資源,經過多年的摸索嘗試後,2010年推出的Arduino Uno板讓演化逐漸成熟,Arduino Uno R3(或稱Rev3,Revolution 3,第三次演化版)成為目前為止最廣為使用的電路板,各種初學與初期開發嘗試多使用此電路板。

至今為止最經典的Arduino電路板:Arduino Uno R3(圖片來源:Arduino

在Arduino專案發展的同時,穿戴式電子、物聯網也開始興起,因此Arduino官方也嘗試推出更適合用於穿戴式電子應用開發以及物聯網應用開發的電路板,例如2007年推出LilyPad電路板,而後也陸續推出LilyPad Simple、LilyPad Simple Snap、LilyPad USB等電路板,LilyPad儼然成為Arduino一個新家族系列電路板,而在物聯網方面,Arduino官方分別在2010年推出Arduino Fio、2011年推出Arduino Ethernet,開始嘗試讓Arduino加入無線、有線的連網功能。

另外,Arduino官方也針對一些特定的教育應用推出產品,例如2012年推出的Arduino Esplora即適合一些遙控器或手持式裝置的開發,2013年推出的Arduino Robot則適合機器人、自走車的開發,除了各種衍生發展外,Arduino在2012年也開始嘗試讓主軸線的產品高階化,從最初的8位元控制器,改升級成32位元控制器,因此推出Arduino Due,更之後則有2015年的Arduino Zero,均為高階化的代表。

2005年至2013年Arduino電路板主要演進圖(圖片來源:Make:

在嘗試高階化的同時Arduino發生鬧雙胞風波,原初的五名創辦人中有一位另立門戶,並且也使用Arduino註冊商標,成為原有的Arduino.cc(Arduino LLC)與新立的Arduino.org(Arduino Srl)兩個機構,一直到2017年才重新統合為一,在硬體產品逐漸壯大後,與Arduino相關的配套活動也開始展露,例如2014年開始有Arduino Day活動,而後有Arduino Week;2019年開始有Arduino Certification的技能測驗認證。

Arduino LLC的五名創辦人(圖片來源:Make:

接續著,Arduino也朝產業化應用發展,在2013年推出了Arduino Yún,Yún即漢字「雲」,指的是這片電路板具有連網、上雲的能力,等於是之前物聯網取向的電路板的新延續,在雲之後也推出了Arduino Tian,Tian即漢字的「天」,而前面提到高階化發展的Arduino Zero也可歸屬在產業化應用的領域。

左為Arduino.org推出的Arduino Zero Pro,右為Arduino.cc推出的Arduino Zero,兩者極相似(圖片來源:Make:

不僅Arduino官方努力將Arduino引入產業界,產業界也看到已聚集眾多開發者的強大Arduino生態圈,期望將這些開發者引入產業界,例如Intel在2013年宣布進軍穿戴式電子、物聯網,同時宣布推出夸克(Quark)處理器,更之後則有居禮(Curie)模組,為了讓廣大Arduino開發者能輕鬆上手使用夸克、居禮,因而與Arduino官方合作,在2016年推出Arduino 101電路板。

Intel與Arduino官方合作推出Arduino 101(圖片來源:Arduino

Intel擁抱Arduino後其他晶片商也比照跟進,例如Linear公司(之後由亞德諾ADI公司收購)推出Linduino電路板,方便Arduino用戶學習與評估Linear公司出產的晶片;或我國聯發科技推出LinkIt One電路板、瑞昱科技推出Ameba系列電路板、新唐科技推出NuMaker系列電路板等,都推出I/O接腳相容於Arduino的系統板、開發板;Sony推出的Spresense也同樣相容Arduino。

又經過一段時日的發展,Arduino的主線與旁線都有了更清晰的走向,原本針對穿戴式電子推出的LilyPad系列逐漸停止,僅以2017年的一片新電路板Primo Core為接續代表,也不再使用LilyPad之名。另外在Esplora、Robot後也不再推行特定應用的板卡產品,而物聯網方面,過去的Fio、Ethernet、Yún、Tian也未持續開展,Arduino官方於2016年逐漸以新的MKR系列來取代,同時也對應推出支援的雲端服務Arduino IoT Cloud等,成為Arduino官方多路線嘗試下確定要深化發展的一條路。

Arduino MKR系列板(圖片來源:Arduino

另一個受肯定的是主軸線的升級,新的Arduino電路板多改用32位元控制器晶片,比過去的8位元更快速強大,同時晶片來源也多元化,過去僅使用Atmel公司(之後由Microchip公司收購)的AVR系列控制器晶片,新的32位元控制器晶片有來自Atmel、來自STMicro、來自Nordic、來自樹莓派基金會特製的晶片等。雖然晶片多元化,但控制程式的撰寫開發方式依然不變,依然是用Arduino IDE這套軟體來開發,這點大大便利Arduino社群的開發者,另一個便利是2016年推出的雲端版Arduino IDE,只要用帳號密碼登入雲端就可進行開發,省去自行下載、安裝Arduino IDE的麻煩。

進一步的,Arduino官方也持續推動Arduino的產業化,雖然Intel在2017年表態淡出Maker領域,相關的穿戴式電子晶片、物聯網晶片均不再持續,其他晶片商也同樣因此轉淡,但Arduino官方並沒有因為失去Intel的支持而放棄產業化的發展路線,為了推行產業化Arduino進行多項發展,首先是著手開發革新版的Arduino IDE,於2019年提出Arduino Pro IDE,初期為內部測試的Alpha版,2021年推出外部測試的Beta版,並改名為Arduino IDE 2.0,其次也推出新系列的電路板,包含Portenta系列、Nicla系列等,加上之前針對物聯網推行的MKR系列,以及以Arduino Nano衍生強化出Nano系列,以四個系列來實現各種產業應用。然後推行Arduino軟硬體技術的產業化授權政策,提出整合商推動案,希望更多業界單位與機構支持響應Arduino,以Arduino現行軟硬體技術為基礎,延伸開發各種產業應用。

Arduino官方針對Arduino Pro推行新的Portenta系列板(圖片來源:Arduino

為了讓Arduino更適合高階的開發,Arduino官方也提出Arduino CLI、Arduino Lint、Arduino Language Server等各種新軟體技術,至少對原有Arduino社群用戶而言是新的,以及把函式庫(library)進行統整,函式庫提交程序也有所強化,或修正一些錯誤,或加強若干資安防護等。

歸結而言,Arduino確定會持續高階化、物聯網化、產業化等發展,穿戴式轉淡、特殊應用轉淡,而展望後續,由於人工智慧(AI)的推論(inference)軟體演算技術持續輕量化、瘦身化,過去只能在雲端機房、桌上型系統上執行,近年來也能在微小的控制器晶片上執行,在極少量的硬體資源上執行人工智慧的機器學習推論運算,稱之為TinyML,或Embedded ML。

小結

從2019年開始TinyML議題逐漸熱門,Arduino官方也把握此一熱潮,以原有的Arduino Nano 33 BLE為基礎加上配件,構成適合TinyML應用開發的Arduino Nano 33 BLE Sense,估計後續Arduino會針對TinyML有更多的支持響應行動。

最後,Arduino也會在軟硬體技術精進外有更多的配套發展,但同樣是在使Arduino社群更凝聚、生態更壯大。例如提出Arduino Project Hub網站以方便Maker們發起提案及跨地交流合作,或近期為了推展Arduino IoT Cloud雲端服務而發起Arduino Cloud Game比賽,以獎金鼓勵Maker發想以雲端為主的Arduino應用提案。

方便Arduino開發者發起專案、交流與合作專案的Arduino Project Hub網站(圖片來源:Arduino

總之,如何讓Arduino社群中的眾多Maker,能從學習、興趣到產業應用一路平順提升,並讓相關資源盡可能豐富,將會是Arduino官方持續努力的方向。

延伸閱讀

註:Arduino一詞為義大利Ivrea的一間酒吧,專案成員最初曾在該酒吧碰面因而成為專案名稱,Arduino一詞其實源自更早11世紀的義大利侯爵Arduino
陸向陽
陸向陽

Author: 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。

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