Open-Source- und Maker-Community Sind Maker-Boards reif fürs Serien-Design?

Die PocketBeagle-Plattform

Open-Source-Hardware und -Software in Kombination mit 3D-Druck können die Entwicklung eines Prototypen beschleunigen. Aber die Hürden für den Übergang vom Konzept zur Massenfertigung sind hoch. Ein Überblick von Mark Patrick, Mouser Electronics.

Eine neue Generation von Hardware-Controllern von Plattformen wie Arduino bietet jetzt sowohl Boards für die Entwicklung von Prototypen als auch die Schaltpläne für die Massenproduktion als Open-Source-Hardware. Für die integrierte Drahtlos-Anbindung stehen nun auch Open-Source-Treiber zur Verfügung. Angesichts der rasanten Verbreitung des 3D-Drucks und der wachsenden Verfügbarkeit von Schaltplänen für viele Boards stellt diese Kombination aus Open-Source-Hardware und -Software für Entwickler eine gangbare Option dar.

Die Herausforderung besteht darin, aus dem Open-Source-basierten Prototypen ein tragfähiges Geschäftskonzept zu machen. Dafür gibt es mehrere Möglichkeiten – z.B. das Internet of Things (IoT), das Geräte auf einfachem Weg zu einer Netzwerkinfrastruktur vernetzt. 2009 brachte die Raspberry Pi Foundation ihr erstes kostengünstiges Board mit der Größe einer Kreditkarte auf den Markt und hatte damit durchschlagenden Erfolg: Millionen von Einheiten gingen zunächst an Hobbybastler und Schulen. Inzwischen bietet sie ein komplettes Sortiment an – in dem der Pi 3 drahtlose Konnektivität beisteuert und der Pi zero mit einer kompakteren Bauform punktet. Mit der Zeit entstand eine Technik-Community, und Drittfirmen begannen, Peripherie-Boards speziell für diese Hardware zu produzieren.

So findet die Pi-Familie Eingang in eine Vielzahl verschiedener Projekte, die meist auf einer Variante von Debian Linux basieren, die unter dem Namen Raspbian geläufig ist. Die Schaltpläne für die Boards sind auf Github und unter www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/schematics/README.md verfügbar.

Der Raspberry Pi ist nur einer von mehreren Boards, die mit kompletten Schaltplänen angeboten werden. Auch Arduino bietet seine Boards und Schaltpläne für Entwickler an unter www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-uno-schematic.pdf, und Drittanbieter haben zahlreiche Add-on-Shields für die Boards entwickelt. UDOO bietet sein Neo-Board ebenfalls mit den zugehörigen Schaltkreisvorlagen an: www.udoo.org/download/files/schematics/UDOO_NEO_schematics.pdf.

BeagleBoard begann 2008 als Plattform für die ARM-basierten Sitara-Chips von Texas Instruments, ist inzwischen aber auch Open Source, um mehr Entwickler anzusprechen. Mittlerweile gibt es unter dem Namen PocketBeagle einen Open-Source-USB-Stick-Computer, der auf einem 1-GHz-ARM-Prozessor von Octavo Systems basiert. Das Linux-basierte System bietet in einem 21 mm × 21 mm messenden SiP (System-in-Package) 512 MB DDR3-RAM und integriertes Energiemanagement. Es verfügt über 72 Pins für Erweiterungen: Strom- und Batterie-E/As, High-Speed-USB, 8 analoge Eingänge, 44 digitale E/As und zahlreiche digitale Schnittstellen-Peripherieelemente.

Open-Source-Hardware hat die Entwicklung von Zubehör und Peripherieelementen gefördert – von Shields über spezielle E/A-Boards für Protokolle wie CAN bis hin zu Spezialgehäusen. Sfera Labs beispielsweise entwickelte das Strato-Pi-Modul, das einen Pi mit einem CAN-Netzwerk verbindet und so Industrie-Netzwerke ermöglicht. Das Modul bietet einen galvanisch getrennten RS-485-Port, der Modbus und weitere Kommunikationsprotokolle sowie CAN unterstützt, bei denen die Spannungsversorgung höher als 28 V (möglicherweise 48 V und mehr) sein kann. Das Board ermöglicht es Entwicklern, den Raspberry Pi von 9 V bis zu 65 V zuverlässig mit Spannung zu versorgen, damit er sich in jede Industrieumgebung einbinden lässt.

Darüber hinaus entwickelte Sfera das Iono Pi, ein E/A-Modul, das mehrere digitale und analoge Eingangsleitungen, Leistungsrelais-Ausgänge und Unterstützung für Standardschnittstellen wie 1-Wire und Wiegand kombiniert, wie sie von modernen SPS-Industriesteuerungen verwendet werden. Es nutzt den 1,2-GHz-Quadcore-ARM-Cortex-A53-64-bit-Prozessor im Raspberry Pi 3 für Anwendungen wie Heim- und Gebäudeautomation sowie Zugangskontrolle, Hotelzimmer-Lösungen und Umweltüberwachung. Ein wichtiger Faktor ist der, dass die Softwareentwicklung mit der wachsenden Zahl von Standard- und proprietären Software-Frameworks kompatibel ist, die für den Raspberry Pi verfügbar sind.