In dit eerste artikel van een tweedelige reeks bespreken we wat wordt bedoeld met open source voor zowel software- als hardwareoplossingen, voordat we dieper ingaan op de succesverhalen uit de elektronica-industrie.
Ingebedde en geminiaturiseerde hardwareoplossingen blijven hun bereik vergroten. Hierdoor zijn ze geschikt voor nieuwe toepassingen, leveren ze hogere prestaties en dat alles tegen lagere kosten. Daarom kiezen steeds meer ontwikkelaars voor gestandaardiseerde open source of licentievrije softwareoplossingen. Door de complexiteit van veel van de nieuwste implementaties kan de ontwikkeling van software voor ingebedde hardware, zoals realtime besturingssystemen (RTOS), tijdrovend en duur zijn. Arduino UNO en Raspberry Pi, twee klassieke open source-oplossingen. (Bron: Mouser Electronics)
Het gebruik van open source of licentievrije softwareoplossingen biedt technici snel een grote verscheidenheid aan gratis hulpbronnen die direct toepasbaar zijn. Dit helpt bij het genereren van snellere ontwikkelcycli door het delen van kennis en het overwinnen van problemen gerelateerd aan eigen ontwikkelingen, zoals trage updates en gebrek aan interoperabiliteit.
Maar gelden deze voordelen ook voor de hardware? Open source-hardware was lange tijd een moeilijk te navigeren landschap met potentiële kwetsbaarheden, waaronder een gebrek aan bescherming van het intellectuele eigendom (IP) en hogere kosten voor componenten, maar er zijn een aantal gebieden, zoals onderwijs en prototyping, waar licentievrije hardware al ongekende successen heeft geboekt.
In dit eerste artikel van een tweedelige reeks bespreken we wat wordt bedoeld met open source voor zowel software- als hardwareoplossingen, voordat we dieper ingaan op de succesverhalen uit de elektronica-industrie.
Wat is open source soft- en hardware?
Voor veel mensen is de term “open source” onlosmakelijk verbonden met freeware of het publieke domein. Maar de werkelijkheid is net iets anders. Hoewel veel open oplossingen gratis zijn, betekent dit niet dat er geen eigendomsrecht op rust. Evenzo geldt dat closed source-producten niet noodzakelijkerwijs kosten met zich mee hoeven te brengen en dat er belangrijke verschillen zijn tussen freeware, open en closed source. Er zijn specifieke nuances, afhankelijk van of we verwijzen naar hardware- of softwaresystemen.
Het belangrijkste verschil dat vaak over het hoofd wordt gezien, is licentieverlening. Terwijl freeware geen gebruiksrechten of licentieverplichtingen hebben, hebben alle open source-oplossingen dat wel en zijn er strikte definities voor zowel soft- als hardware.
Definitie open source-software
Het Open Source Initiative® (OSI) is een non-profitorganisatie, opgericht eind jaren negentig van de vorige eeuw in Californië. Zij zijn als het ware de rentmeester van de software-industrie voor open source-toepassingen, met als doel meer begrip te kweken en het bewustzijn van het belang van niet-bedrijfseigen software te bevorderen.
Voor softwareoplossingen, variërend van toepassingen voor pc's tot draadloze protocollen en RTOS, moet de software voldoen aan tien strenge criteria om te worden geclassificeerd als open source.
Binnen dit criterium stelt het OSI dat open source-software vrij verspreid moet worden en gelicentieerd moet zijn, dit in tegenstelling tot freeware. Onder deze licentie moeten alle broncodes beschikbaar en gecompileerd zijn. De licentie moet tevens verdere distributie toestaan. Opzettelijk verborgen broncodes zijn niet toegestaan, noch als tussenvormen, zoals de output van een pre-processor of vertaler. Een open source-licentie moet toestaan dat ontwikkelaars de code kunnen aanpassen/wijzigen om hun eigen afgeleide werken te creëren en om deze licenties opnieuw te verspreiden onder dezelfde voorwaarden als de originele software. De software mag niet worden toegespitst op één product of hardwareoplossing, of discriminerend zijn voor bepaalde vakgebieden of groepen. De technologie moet neutraal zijn en mag geen inbreuk maken op andere software.
Daarom moet alle (gelicentieerde) open source-software vrij beschikbaar zijn voor iedereen die deze wil bestuderen, aanpassen, verspreiden of verkopen. Systemen zoals de Apache webserver, Zephyr RTOS, Matter en Linux zijn allemaal open source-oplossingen die voor hun ontwikkeling afhankelijk zijn van een combinatie van samenwerking tussen gebruikers en de industrie.
Definitie open source-hardware
De definitie van open source-hardware wordt bepaald door de Open Source Hardware Association (OSHWA), opgericht in 2012, en is gebaseerd op de softwaredefinitie van OSI, maar komt met enkele aanvullende criteria waaraan moet worden voldaan om in aanmerking te komen voor de open source-certificering. In overeenstemming met de OSI-vereiste voor de open source-broncode, vereist de Open Source Hardware (OSHW) definitie 1.0gepubliceerde CAD-ontwerpbestanden in gangbare bestandstypen.
De OSHWA-definitie bevat strikte voorwaarden voor hardwareoplossingen die voor hun werking afhankelijk zijn van software, zoals microcontrollers (MCU's). Voor deze hardwareoplossingen, al dan niet ingebed, moet ook alle eventueel benodigde software open source zijn. In het geval er alleen closed source-software wordt geleverd, dan moeten de hardwarearchitectuur en de interfaces worden gedocumenteerd, zodat ontwikkelaars eenvoudig software kunnen produceren die aan alle essentiële functies voldoet.
Alle hardware die aan deze definitie voldoet, moet tevens publiekelijk beschikbaar zijn, zodat iedereen de oplossingen kan bestuderen, aanpassen of verspreiden. Op deze manier kan iedereen de hardware reproduceren op basis van de ontwerpschema's en het ontwerp zelf opnieuw verspreiden onder dezelfde licentievoorwaarden.
Om technici die op zoek zijn naar open source-oplossingen te helpen, heeft OSHWA het Open Source Hardware Certification-programma geïntroduceerd. Deze certificering controleert of de definitie van de open source-hardware van het project overeenkomt met die van de open source van OSHWA.
De certificering komt met het wettelijke recht om gebruik te maken van het OSHWA-certificeringslogo. Dit maakt het voor technici eenvoudiger om ontwerpen te identificeren. Daarnaast wordt elk ontwerp gecatalogiseerd en samen met de bijbehorende documentatie online gepubliceerd op de OSHWA certification site.
Het OSHWA-logo voor gecertificeerde open source-ontwerpen.
(Bron: OSHWA)
Om ervoor te zorgen dat het programma overal beschikbaar is, wordt het door de ontwerpers zelf gecertificeerd. Hier zijn geen kosten aan verbonden. Om voor certificering in aanmerking te komen, moet een ontwerp volledig uit open source-componenten bestaan. OSHWA erkent echter dat dit niet altijd mogelijk is en dat sommige closed source-componenten van derden zijn toegestaan als er geen open source-optie beschikbaar is.
Handhaving open source
Ondanks de duidelijke definities en het certificeringsprogramma van OSHWA worden de criteria niet altijd goed begrepen of toegepast. Dit kan een aantal problemen opleveren voor technici die het ontwerp gebruiken, variërend van incompatibiliteit tot aansprakelijkheid.
Om er zeker van te zijn dat elk ontwerp met een keurmerk ook echt aan de eisen voldoet, moedigt OSHWA de community aan om, naast het uitvoeren van eigen controles, evt. onduidelijkheden onmiddellijk bij hen te melden voor nader onderzoek.
OSHWA hanteert een boetesysteem voor onjuist gebruik van het logo. Dit systeem is gebaseerd op tijd, om fabrikanten te helpen bij de naleving - of opnieuw voldoen aan de naleving - van de eisen. Wanneer een fabrikant, die wordt verdacht van schending van de certificeringsvoorwaarden, binnen een redelijke termijn reageert op OSHWA of zijn ontwerp wijzigt, wordt er geen boete opgelegd. Voortdurend nalaten om een ontwerp aan te passen kan echter leiden tot aanzienlijke geldstraffen van wel $10.000 per maand.
Succes open source-hardware
De kracht van open source-hardware voor onderwijs- en ontwikkelingsdiensten staat buiten kijf. De eerder genoemde UNO REV 4 Minima van Arduino is een perfect voorbeeld.
Arduino UNO REV 4 Minima
(Bron: Mouser Electronics)
De UNO R4 Minima wordt geleverd met een breed scala aan geïntegreerde randapparatuur, zoals de 12-bit DAC, OP AMP en CAN Bus, evenals 14 digitale I/O-pinnen, en ondersteunt een breed scala aan shields en carriers. Dit aanpasbare pakket wordt tevens ondersteund door Arduino, de uitgebreide bibliotheek met referentiecodes en de projecten van de community.
De REV 4 is de ideale oplossing voor pre-productie ontwikkeling, afzonderlijke toepassingen en studentenprojecten, zoals op maat gemaakte PLC's of meetinstrumenten. Hij maakt gebruik van de sterke punten van open source waarmee technici en eindgebruikers hun voordeel kunnen doen. Het succes van de UNO is zo groot, dat Arduino in 2021 de verkoop van meer dan 10 miljoen boards wereldwijd vierde met een limited edition board.
Adafruit 12x Capacitive Touch Shield
(Bron: Mouser Electronics)
Via dit Adafruit-bord kan de Arduino UNO REV 4 verbinding maken met 12 capacitieve aanraaksensoren via een eenvoudige krokodillenklemconnectie. In een onderwijs- of ontwikkelingsomgeving maken deze add-ons een snelle evaluatie of aanpassing van aanraakgevoelige oplossingen voor diverse toepassingen mogelijk, waaronder afstandsbedieningen en randapparatuur, zonder een uitgebreid en kostbaar nieuw ontwerp.
Conclusie
Open source-oplossingen en bredere industriële samenwerking zullen altijd een vitale rol blijven spelen binnen de elektronica-industrie, maar de algehele levensvatbaarheid van elke oplossing hangt in veel gevallen af van de toepassing. Voor ontwikkeling, onderwijs en prototyping kan er geen twijfel bestaan over het vermogen van open source-soft- en -hardware om barrières weg te nemen, projecten te versnellen en een bredere samenwerking binnen de community mogelijk te maken.
Maar voor commerciële oplossingen die op de markt komen, moeten de voor- en nadelen van open source-systemen volledig worden begrepen om hun echte haalbaarheid vast te stellen. In deel twee van deze serie gaan we dieper in op de waarde van open source-ontwerpen voor de elektronicamarkt, de uitdagingen van open source-hardware en hoe je met succes open source-oplossingen kunt gebruiken voor producten die op de markt komen. Het tweede artikel in deze reeks verschijnt in de mei/juni editie van Elektor Magazine. Deze uitgave verschijnt op 11 mei 2024.
