Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

L'état des cartes: de petites règles matérielles simples

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Au cours des dernières années, le nombre et la diversité des cartes à microcontrôleur et des ordinateurs à carte unique ont considérablement augmenté. Tout comme au début des années 1980, lorsque l’arrivée des ordinateurs domestiques bon marché a entraîné une explosion de variété et de choix, la croissance du nombre de cartes de microcontrôleurs sur le marché actuel signifie que les fabricants ont expérimenté les caractéristiques et les facteurs de forme.

Cependant, nous vivons à une époque différente et les tendances à la base de la croissance des microcontrôleurs nous ont conduit sur une voie différente de celle de la dernière fois. Dans les années 1980, nous avons examiné les nouveaux ordinateurs domestiques et avons non seulement vu des écrans lumineux, mais aussi des boîtes pouvant être manipulées de différentes manières. Les ordinateurs, les smartphones et les tablettes actuels sont plutôt perçus comme un moyen de communication. De nos jours, un microcontrôleur - ou même un "vrai" ordinateur - sans connexion Internet n'est plus qu'une brique.

Regarder en arrière

Le marché actuel des cartes à microcontrôleur a commencé avec les cartes de développement. Il s’agissait essentiellement de panneaux de discussion pour les nouvelles puces que les fabricants souhaitaient commercialiser. Ils ont permis aux ingénieurs de faire des expériences avant de passer des commandes de milliers, voire de millions de puces à insérer dans leurs produits.

Du point de vue des amateurs, ces cartes de développement ont été conçues pour les professionnels et étaient généralement trop onéreuses pour être utiles. Le vénérable microcontrôleur PIC, qui était aujourd’hui l’épine dorsale des constructions électroniques du mouvement des constructeurs, s’est développé par la puce plutôt que par le tableau.

Une sélection de microcontrôleurs PIC. Photo avec la permission de Microchip Technology.

L’ère moderne, caractérisée par l’emballage pratique des microcontrôleurs sur des cartes, a commencé avec l’Arduino. Le «petit tableau bleu qui pourrait» a changé notre façon de faire de l'électronique, non seulement pour les amateurs, mais aussi pour les professionnels. Ces cartes de développement coûteuses - et mal documentées - destinées au marché professionnel ont cédé la place à des cartes de microcontrôleur moins chères et beaucoup plus facilement accessibles. C’est bon pour tout le monde, y compris les professionnels, et nous devons remercier les décideurs pour cela.

Avoir hâte de

Il est prudent de dire que la popularité croissante des appareils intelligents connectés à Internet, appelée Internet of Things (IoT), a changé la face du marché des cartes à microcontrôleur.

La génération actuelle de cartes vient maintenant avec des radios, parfois beaucoup de radios. Avant l'IoT, les microcontrôleurs, comme les ordinateurs du passé, étaient considérés comme un moyen d'automatiser ou de contrôler. Maintenant, ils sont aussi devenus des outils de communication.

C’est juste que la plupart du temps, ils se parlent plutôt que nous.

L'antenne de la radio sur une planche Adafruit Feather. Photo de Hep Svadja.

Jeter dans l'évier de la cuisine

Le marché des cartes à microcontrôleur est en transition. Tout comme la manière dont nous utilisons les ordinateurs évolue, la manière dont nous construisons le matériel change également. De ce fait, les fabricants ne savent pas très bien comment les gens vont utiliser leurs produits. La réaction de beaucoup de gens a été prise de panique et ils ont "jeté une autre radio dessus".

L'arrivée de ce que j'appelle des planches «d'évier de cuisine», qui tentent de plaire à tout le monde, a été l'une des principales tendances des deux dernières années. Cela est particulièrement évident sur Kickstarter, où les gens cherchent désespérément à différencier leur conseil d'administration de tous les autres.

Les microcontrôleurs sont finalement utilisés pour contrôler des choses, ce qui signifie qu’il n’ya pas de cas à usage unique. Mais cela ne veut pas dire que c’est une bonne idée d’avoir un seul panneau - avec tout le pouvoir et toutes les radios nécessaires - pour faire tout le travail qu’un microcontrôleur pourrait être appelé à faire. Un évier de cuisine typique est livré avec plusieurs radios, et plus de CPU et de RAM que la plupart des périphériques intégrés n'auront jamais besoin de faire leur travail. Et ce matériel est cher. «Un seul conseil pour les gouverner tous» ne sera jamais le bon conseil à utiliser. Comme avec la ligne de commande UNIX, les utilisateurs doivent essayer de se concentrer sur la création d’outils matériels simples et de petite taille, et non de monolithes géants.

Questions de forme

Une des conséquences de la fin des premiers ordinateurs à la maison est maintenant évidente: le nombre et la variété décroissants de facteurs de forme dans lesquels ces ordinateurs sont venus. Nous voyons maintenant la même chose pour les microcontrôleurs et, dans une certaine mesure, les ordinateurs à carte unique.

Les gens devraient se concentrer sur la construction de petits outils matériels simples, et non de monolithes géants.

La configuration «classique» d’Arduino, y compris le décalage irritant et irrégulier entre les broches 7 et 8, est devenue une norme, presque par défaut. Outre les clones et les imitateurs, l'énorme communauté entourant la carte a apporté avec elle des boucliers et d'autres matériels conçus pour sa configuration. Cela signifie que les cartes qui pourraient ne pas ressembler à un Arduino par ordinateur le ressemblent encore physiquement.

Une sélection de cartes de facteur de forme Arduino avec les broches 7 et 8 décalées. Photos de Hep Svadja.

D'autres fabricants de cartes ont commencé à voir leur conception devenir également normalisée. Par exemple, la gamme de panneaux Feather d’Adafruit a une structure standard, que les imitateurs et les concurrents commencent à dupliquer.

Il existe également un mouvement se produisant dans le segment le plus petit du marché, dans lequel les fabricants ont commencé à produire des modules intégrés sur une seule carte. Souvent destiné à être monté sur d’autres cartes de circuit imprimé, le module en créneau est désormais un moyen par défaut d’amener les minuscules pièces montées en surface entre les mains d’une communauté plus large qui n’a souvent ni les outils ni les compétences nécessaires les directement. Cela est devenu particulièrement évident avec l’arrivée de l’ESP8266, qui a conduit à une forme semblable à celle de l’ESP-12. Les concurrents tels que le RTL8710 ont maintenant des configurations très similaires. Certains sont même compatibles avec les broches.

De même, la présentation de Raspberry Pi a été imitée, plusieurs nouvelles planches la dupliquant exactement. L’un d’eux, Asus ’Tinker, est en train de se positionner rapidement comme un centre multimédia peu coûteux. Et la popularité du Raspberry Pi Zero, ainsi que l’arrivée récente d’une variante sans fil qui a rendu la carte beaucoup plus utile, pourraient commencer à conduire les imitateurs. Mais nous n’assistons pas à une standardisation complète du facteur de forme pour les ordinateurs monocarte - du moins pas encore. Comme les en-têtes de broche d’Arduino, le bloc d’en-tête de Raspberry Pi est devenu un standard par défaut, et c’est peut-être suffisant pour le marché SBC.

Un ordinateur qui est assez bon marché pour être jeté

Les cartes de microcontrôleur à usage général avec Wi-Fi intégré sont désormais disponibles à moins de deux dollars, tandis qu'un ordinateur à carte unique ne peut être acheté que pour quelques dollars de plus. Même pour ceux d’entre nous qui ont grandi avec la loi de Moore, cela semble presque inconcevable. Et pourtant, nous arrivons à un endroit où l’informatique n’est pas seulement bon marché, elle est essentiellement gratuite.

Un Raspberry Pi Zero, ESP8266 et CHIP. Photo de Hep Svadja.

Cela change la façon dont les gens utilisent les microcontrôleurs. L’ESP8266 connaît un succès retentissant et, à bien des égards, est l’inverse des panneaux «évier de cuisine» que les fabricants - incertains de leurs marchés - préconisent comme solution à l’IoT.

"Assez bon" est parfois tout ce qui est nécessaire.

L'ESP8266 a également du succès grâce à la communauté qui s'est rapidement développée autour de lui. Cette communauté a été créée non pas à cause des fonctionnalités offertes par le conseil - il existe d’autres cartes sans fil de petit facteur de forme - mais à cause d’une caractéristique que les autres cartes n’offraient pas, le prix. En conséquence, l'ESP8266 est devenue la «troisième communauté» du monde de l'électronique fabricant aux côtés de l'Arduino et du Raspberry Pi. Une partie de ce succès peut être attribuée à la compatibilité ESP8266 / Arduino, mais l’environnement de développement Lua construit par la communauté est en réalité beaucoup plus largement utilisé, ce qui suggère que le point de prix est vraiment le facteur qui a conduit à l’adoption par la communauté. Il semble que «assez bien» est parfois tout ce qui est nécessaire.

L'arrivée du FPGA

Les FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) sont un type de bête très différent d'un microcontrôleur. Avec les microcontrôleurs, vous contrôlez le logiciel, le code vivant sur la puce. Avec un FPGA, vous commencez avec une ardoise vierge. Vous concevez le circuit. Il n’existe aucun processeur sur lequel exécuter le logiciel tant que vous ne l’avez pas conçu.

Les SOC SiFive sortent de la chaîne de fabrication. Photo gracieuseté de SiFive.

Cela peut paraître fou, mais cela vous donne une flexibilité, et l’âge du fabricant FPGA est arrivé sans grande fanfare. Il existe maintenant une chaîne d’outils open-source pour le FPGA iCE40 de Lattice, et des cartes FPGA spécifiquement destinées au marché des fabricants - comme le XLR8 d’Alorium - commencent à apparaître. Ces cartes offrent une flexibilité au niveau du matériel, vous permettant d’adapter le matériel plutôt que de le remplacer à mesure que votre projet évolue - ce que les projets des fabricants ont tendance à faire avec le temps.

Il a également été intéressant de voir l’apparition de puces de type FPGA dans de «vrais» produits. Par exemple, les nouveaux AirPod d’Apple sont construits autour d’une puce Cypress PSoC.

Arbres de circuit. Illustré par Rob Nance.

Apprentissage machine d'emballage

Une des caractéristiques les plus intrigantes de la carte Arduino 101 lors de sa sortie était le réseau de neurones à 128 nœuds caché à l’intérieur du processeur Intel Curie. Pendant des mois après sa publication, il était presque impossible d’obtenir des informations sur le réseau ou d’y accéder, Intel ayant promis que la documentation et le support des bibliothèques «arriveraient bientôt». Cela a changé avec l’arrivée de la bibliothèque CurieNeurons de General Vision. Une version gratuite donne un accès limité; la bibliothèque «Pro» offre un support complet au prix de 19 USD par utilisateur (ce qui représente presque les deux tiers du coût du forum lui-même), ce qui sera trop riche pour la plupart des fabricants.

C’est ce qui est arrivé aux autres offres d’Intel sur le marché des fabricants. Orientés vers les fabricants haut de gamme ayant besoin de hautes performances, les panneaux Galileo, Joule et Edison ont récemment été retirés du marché sans avertissement. Sur un marché où les conseils bas de gamme sont régulièrement sollicités pour faire des choses que la plupart des gens pensaient qu’ils ne pourraient pas faire, les conseils coûteux et mal documentés étaient toujours difficiles à vendre.

Qu'est-ce que les gens veulent vraiment dans un conseil?

La plupart des gens et des décideurs veulent résoudre un problème. Bien que, pour certains, les spécifications de la commission soient vraiment importantes, ces personnes sont de loin la minorité. Ce que certains fabricants ne comprennent pas, parfois à plusieurs reprises, c’est que la plupart des gens n’ont pas besoin de plus de performances que ce dont ils ont besoin, et préfèrent payer moins pour le bon outil que pour un extra. En fin de compte, la plupart des gens ne s'intéressent pas à l’évier de la cuisine, sauf quand ils doivent faire la lessive.

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