Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом ( OSH ) состоит из физических артефактов технологий, разработанных и предлагаемых движением за открытый дизайн . Как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом (FOSS), так и аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом создаются этим движением за культуру открытого исходного кода и применяют одну и ту же концепцию к множеству компонентов. Поэтому его иногда называют FOSH (бесплатное оборудование с открытым исходным кодом). Этот термин обычно означает, что информация об оборудовании легко распознается, и другие могут ее изготовить, тесно увязывая ее с движением производителей . [1] Проектирование аппаратного обеспечения (т.е. механические чертежи, схемы , спецификации , данные о компоновке печатной платы , исходный код HDL [2] и данные о компоновке интегральных схем ) в дополнение к программному обеспечению, которое управляет аппаратным обеспечением, распространяется бесплатно . условия. Первоначальный отправитель получает отзывы и возможные улучшения дизайна от сообщества FOSH. В настоящее время имеются убедительные доказательства того, что такой обмен может обеспечить высокую отдачу от инвестиций научного сообщества. [3]
Недостаточно просто использовать лицензию с открытым исходным кодом ; продукт или проект с открытым исходным кодом будет следовать принципам открытого исходного кода, таким как модульный дизайн и сотрудничество сообщества. [4] [5] [6]
С появлением реконфигурируемых программируемых логических устройств совместное использование логических конструкций стало формой аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом. Вместо схем используется общий код языка описания оборудования (HDL). Описания HDL обычно используются для настройки систем на кристалле либо в программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA), либо непосредственно в конструкциях интегральных схем для конкретных приложений (ASIC). Модули HDL при распределении называются полупроводниковыми ядрами интеллектуальной собственности , также известными как IP-ядра.
Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом также помогает облегчить проблему проприетарных драйверов устройств для сообщества свободного и открытого программного обеспечения , однако это не является обязательным условием для этого, и его не следует путать с концепцией открытой документации для проприетарного оборудования. этого уже достаточно для написания драйверов устройств FLOSS и полноценных операционных систем. [7] [8] Разница между этими двумя концепциями заключается в том, что OSH включает в себя как инструкции о том, как реплицировать само оборудование, так и информацию о протоколах связи, которые программное обеспечение (обычно в виде драйверов устройств ) должно использовать для того, чтобы для связи с аппаратным обеспечением (часто называемое регистровой документацией или открытой документацией для аппаратного обеспечения [7] ), тогда как проприетарное оборудование с открытым исходным кодом будет включать только последнее, не включая первое.
Первая деятельность по « открытому исходному коду », ориентированная на аппаратное обеспечение, была начата примерно в 1997 году Брюсом Перенсом , создателем определения открытого исходного кода , соучредителем Open Source Initiative и оператором радиолюбителя . Он запустил программу сертификации открытого оборудования, целью которой было предоставление производителям оборудования возможности самостоятельно сертифицировать свою продукцию как открытую. [9] [10]
Вскоре после запуска программы сертификации открытого оборудования Дэвид Фриман объявил о проекте Open Hardware Specification Project (OHSpec), еще одной попытке лицензировать аппаратные компоненты, интерфейсы которых доступны публично, и создать совершенно новую вычислительную платформу в качестве альтернативы проприетарным вычислительным системам. [11] В начале 1999 года Сепер Киани, Райан Валланс и Самир Найфе объединили усилия по применению философии открытого исходного кода в приложениях для проектирования машин. Вместе они основали Фонд открытого дизайна (ODF) [12] как некоммерческую корпорацию и приступили к разработке определения открытого дизайна . Однако через несколько лет большая часть этой деятельности сошла на нет.
Организация «Свободное оборудование», известная как FreeIO, была основана в конце 1990-х годов Дилем Мартином, который также запустил веб-сайт FreeIO в начале 2000 года. Стандартная общественная лицензия GNU . Проект FreeIO пропагандировал концепцию бесплатного оборудования и предлагал четыре свободы, которые такое оборудование предоставляет пользователям, на основе аналогичных свобод, предоставляемых лицензиями на свободное программное обеспечение. [13] Проекты получили некоторую известность благодаря схеме наименования Мартина, в которой каждому бесплатному аппаратному проекту давалось название продукта для завтрака, такого как «Пончик», «Флэпджек», «Тост» и т. д. Проекты Мартина привлекали множество разработчиков аппаратного и программного обеспечения, а также другие волонтеры. Разработка новых проектов открытого оборудования во FreeIO завершилась в 2007 году, когда Мартин умер от рака поджелудочной железы, но существующие проекты по-прежнему доступны на веб-сайте организации. [14]
К середине 2000-х годов аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом снова стало центром активности благодаря появлению нескольких крупных аппаратных проектов и компаний с открытым исходным кодом, таких как OpenCores , RepRap ( 3D-печать ), Arduino , Adafruit , SparkFun и Open Source Ecology . В 2007 году Перенс повторно активировал веб-сайт openhardware.org, но в настоящее время (август 2023 года) он неактивен.
После проекта Open Graphics Project , направленного на разработку, внедрение и производство бесплатного и открытого набора микросхем 3D-графики и эталонной видеокарты, Тимоти Миллер предложил создать организацию для защиты интересов сообщества Open Graphics Project. Так, Патрик Макнамара в 2007 году основал Open Hardware Foundation (OHF) .[15]
Корпорация любительской пакетной радиосвязи Тусона (TAPR), основанная в 1982 году как некоммерческая организация радиолюбителей с целью поддержки исследований и разработок в области любительской цифровой связи, создала в 2007 году первую открытую лицензию на оборудование — TAPR Open . Лицензия на оборудование . Президент OSI Эрик С. Рэймонд выразил некоторую обеспокоенность по поводу некоторых аспектов OHL и решил не пересматривать лицензию. [16]
Примерно в 2010 году в рамках проекта Freedom Defined определение открытого оборудования было создано в результате совместной работы многих [17] и с 2016 года принято десятками организаций и компаний. [18]
В июле 2011 года CERN ( Европейская организация ядерных исследований ) выпустила лицензию на оборудование с открытым исходным кодом CERN OHL . Хавьер Серрано, инженер отдела лучей CERN и основатель Open Hardware Repository, объяснил: «Открыто делясь проектами, CERN рассчитывает улучшить качество проектов посредством экспертной оценки и гарантировать своим пользователям, включая коммерческие компании, свободу изучать, модифицировать и производить их, что приведет к созданию более качественного оборудования и меньшему дублированию усилий». [19] Первоначально он был разработан для решения конкретных проблем ЦЕРН, таких как отслеживание влияния исследований организации, но в его нынешней форме он может использоваться любым, кто разрабатывает оборудование с открытым исходным кодом. [20]
После саммита Open Hardware Summit 2011 года и жарких дебатов о лицензиях и о том, что представляет собой оборудование с открытым исходным кодом, Брюс Перенс отказался от определения OSHW и согласованных усилий тех, кто с ним связан. [21] Openhardware.org, возглавляемый Брюсом Перенсом, продвигает и идентифицирует методы, которые отвечают всем совокупным требованиям Определения оборудования с открытым исходным кодом, Определения открытого исходного кода и Четырех свобод Фонда свободного программного обеспечения . [22] С 2014 года openhardware. org не в сети и, похоже, прекратил свою деятельность. [23]
Ассоциация оборудования с открытым исходным кодом (OSHWA) на сайте oshwa.org выступает в качестве центра деятельности в области аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом всех жанров, одновременно сотрудничая с другими организациями, такими как TAPR, CERN и OSI. OSHWA была создана как организация в июне 2012 года в Делавэре и подала заявку на освобождение от налогов в июле 2013 года. [24] После некоторых дебатов по поводу вмешательства в деятельность OSI по поводу товарных знаков, в 2012 году OSHWA и OSI подписали соглашение о сосуществовании. [25] [26]
Фонд свободного программного обеспечения предложил альтернативное определение «свободного оборудования», основанное на « Четырех свободах» . [27] [28]
Термин « аппаратное обеспечение» в оборудовании с открытым исходным кодом исторически использовался в отличие от термина « программное обеспечение» в программном обеспечении с открытым исходным кодом. То есть для обозначения электронного оборудования, на котором работает программное обеспечение (см. предыдущий раздел). Однако, поскольку все больше и больше неэлектронных аппаратных продуктов делаются с открытым исходным кодом (например, WikiHouse , OpenBeam или Hovalin), этот термин имеет тенденцию снова использоваться в более широком смысле «физический продукт». Было показано, что область аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом выходит за рамки электронного оборудования и охватывает более широкий спектр категорий продуктов, таких как станки, транспортные средства и медицинское оборудование. [29] В этом смысле аппаратное обеспечение относится к любой форме материального продукта, будь то электронное оборудование, механическое оборудование, текстильное или даже строительное оборудование. Определение 1.0 оборудования с открытым исходным кодом (OSHW) определяет оборудование как «материальные артефакты — машины, устройства или другие физические объекты». [30]
Электроника — один из самых популярных типов аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом. Есть много компаний, которые предоставляют большое разнообразие электроники с открытым исходным кодом, например Sparkfun , Adafruit и Seeed. Кроме того, существуют НКО и компании, которые предоставляют конкретные электронные компоненты с открытым исходным кодом, такие как платформа прототипирования электроники Arduino . Существует множество примеров специализированной электроники с открытым исходным кодом, такой как недорогой монитор с открытым исходным кодом для 3D-принтера GMAW по напряжению и току [31] [32] и платформа для масс-спектрометрического анализа с использованием робототехники . [33] [34] Электроника с открытым исходным кодом находит различные применения, включая автоматизацию химических процессов. [35] [36]
Был разработан большой спектр мехатронной продукции с открытым исходным кодом, включая механические компоненты, станки, транспортные средства, музыкальные инструменты и медицинское оборудование. [29]
Примеры станков с открытым исходным кодом включают 3D-принтеры, такие как RepRap , Prusa и Ultimaker , экструдеры для 3D-принтеров, такие как полиструдер [37] XR PRO, а также лазерный резак Lasersaur. Также были разработаны транспортные средства с открытым исходным кодом, включая велосипеды, такие как XYZ Space Frame Vehicles, и автомобили, такие как Tabby OSVehicle. Примеры медицинского оборудования с открытым исходным кодом включают аппараты искусственной вентиляции легких с открытым исходным кодом , эхостетоскоп echOpen и широкий спектр протезов рук, перечисленных в обзорном исследовании Тен Кейт и др. [38] (например, протезы рук OpenBionics).
Конструкции чипов OSH теперь распространены. RISC-V — это архитектура с открытым набором команд , которая имеет несколько реализаций OSH. LowRISC работает над полноценной системой охраны труда на кристалле.
Примеры аппаратных продуктов с открытым исходным кодом также можно найти в меньшей степени в строительстве (Wikihouse), текстиле (Kit Zéro Kilomètres) и огнестрельном оружии ( 3D-печатное огнестрельное оружие , Defense Distributed ).
Вместо создания новой лицензии некоторые аппаратные проекты с открытым исходным кодом используют существующие лицензии на бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом . [39] Эти лицензии могут не соответствовать патентному праву . [40]
Позже было предложено несколько новых лицензий, предназначенных для решения проблем, специфичных для проектирования аппаратного обеспечения. [41] В этих лицензиях многие фундаментальные принципы, выраженные в лицензиях на программное обеспечение с открытым исходным кодом (OSS), были «перенесены» в соответствующие проекты аппаратного обеспечения. Новые лицензии на оборудование часто объясняются как «аппаратный эквивалент» хорошо известных лицензий OSS, таких как лицензии GPL , LGPL или BSD .
Несмотря на внешнее сходство с лицензиями на программное обеспечение , большинство лицензий на оборудование фундаментально отличаются: по своей природе они обычно в большей степени полагаются на патентное право, чем на закон об авторском праве, поскольку многие конструкции аппаратного обеспечения не защищены авторским правом. [42] В то время как лицензия на авторские права может контролировать распространение исходного кода или проектной документации, патентная лицензия может контролировать использование и производство физического устройства, созданного на основе проектной документации. Это различие прямо упомянуто в преамбуле Открытой лицензии на оборудование TAPR :
«...те, кто получает выгоду от конструкции OHL, не могут подавать иски, утверждая, что конструкция нарушает их патенты или другую интеллектуальную собственность».
— Открытая лицензия на оборудование TAPR [43]
К заслуживающим внимания лицензиям относятся:
Ассоциация оборудования с открытым исходным кодом рекомендует семь лицензий, соответствующих определению оборудования с открытым исходным кодом . [48] Из общих лицензий с авторским левом — GNU General Public License (GPL) и лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike , из лицензий с авторским левом для конкретного оборудования — CERN Open Hardware License (OHL) и TAPR Open Hardware License (OHL), а также из разрешительные лицензии: лицензия FreeBSD , лицензия MIT и лицензия Creative Commons Attribution . [49] Openhardware.org рекомендовал в 2012 году лицензию TAPR Open Hardware License, лицензию Creative Commons BY-SA 3.0 и GPL 3.0. [50]
Организации склонны объединяться вокруг общей лицензии. Например, OpenCores предпочитает LGPL или модифицированную лицензию BSD , [51] FreeCores настаивает на GPL , [52] Open Hardware Foundation продвигает « авторское лево или другие разрешительные лицензии», [53] Open Graphics Project использует [54] различные лицензий, включая лицензию MIT , GPL и проприетарную лицензию, [55] и Balloon Project написали свою собственную лицензию. [56]
Прилагательное «открытый исходный код» не только относится к определенному набору свобод, применимых к продукту, но также в целом предполагает, что продукт является объектом или результатом «процесса, который опирается на вклад географически разбросанных разработчиков через Интернет» . ." [57] Однако на практике как в области аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, так и в области программного обеспечения с открытым исходным кодом продукты могут быть либо результатом процесса разработки, выполняемого закрытой командой в частной обстановке, либо сообществом в публичной среде. первый случай встречается чаще, чем второй, что является более сложным. [29] Создание процесса разработки продукта на уровне сообщества сталкивается с рядом проблем, таких как: найти подходящие инструменты управления данными о продукте, документировать не только продукт, но и сам процесс разработки, принять потерю повсеместного контроля над проектом, обеспечить непрерывность в контексте непостоянного участия добровольных участников проекта, среди прочего. [58]
Одно из основных различий между разработкой программного обеспечения с открытым исходным кодом и разработкой аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом заключается в том, что аппаратное обеспечение дает ощутимые результаты, прототипирование и производство которых требует денег. В результате фраза «бесплатно, как речь, а не как пиво», [59] более формально известная как Gratis vs Libre , проводит различие между идеей нулевой стоимости и свободой использования и изменения информации. Хотя оборудование с открытым исходным кодом сталкивается с проблемами минимизации затрат и снижения финансовых рисков для отдельных разработчиков проектов, некоторые члены сообщества предложили модели для удовлетворения этих потребностей [60] . Учитывая это, существуют инициативы по разработке устойчивых механизмов финансирования сообщества, таких как Open Source. Аппаратный ЦБ.
Состоялась обширная дискуссия о том, как сделать аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом таким же доступным, как и программное обеспечение с открытым исходным кодом . Предоставление четкой и подробной документации по продукту является важным фактором, облегчающим тиражирование продукта и сотрудничество в проектах разработки оборудования. Чтобы помочь практикам в этом, были разработаны практические руководства. [61] Другой вариант — разрабатывать продукты таким образом, чтобы их было легко тиражировать, примером чего является концепция соответствующей технологии с открытым исходным кодом . [62]
Процесс разработки оборудования с открытым исходным кодом в условиях сообщества альтернативно называется открытым проектированием , разработкой с открытым исходным кодом [63] или разработкой продукта с открытым исходным кодом . [64] Все эти термины являются примерами модели с открытым исходным кодом, применимой для разработки любого продукта, включая программное обеспечение, оборудование, культурные и образовательные продукты. Включает ли открытый дизайн и процесс проектирования аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом новые методы проектирования или предъявляет требования к новым инструментам? действительно ли вопрос открытости является ключевым в сфере охраны труда? [65] См . здесь определение этих терминов.
Основной вклад в создание аппаратных продуктов с открытым исходным кодом вносит научное сообщество. Была проделана значительная работа по созданию оборудования с открытым исходным кодом для научного оборудования с использованием комбинации электроники с открытым исходным кодом и 3D-печати . [66] [67] [68] Другими источниками производства оборудования с открытым исходным кодом являются поставщики микросхем и других электронных компонентов, спонсирующие конкурсы, при условии, что участники и победители должны поделиться своими разработками. Журнал Circuit Cellar организует некоторые из этих конкурсов.
Опубликовано руководство ( Open-Source Lab (книга) Джошуа Пирса ) по использованию электроники с открытым исходным кодом и 3D-печати для создания лабораторий с открытым исходным кодом . Сегодня ученые создают множество таких лабораторий. Примеры включают в себя:
Компании, занимающиеся открытым аппаратным обеспечением, экспериментируют с бизнес-моделями . [72] Например, LittleBits реализует бизнес-модели с открытым исходным кодом , предоставляя схемы в каждом электронном модуле в соответствии с Открытой лицензией на оборудование CERN версии 1.2. [73] Другим примером является Arduino , которая зарегистрировала свое название в качестве товарного знака ; другие могут производить продукты на основе конструкций Arduino, но не могут называть эти продукты продуктами Arduino. [74] Существует множество применимых бизнес-моделей для внедрения некоторого оборудования с открытым исходным кодом даже в традиционных фирмах. Например, чтобы ускорить развитие и технические инновации, фотоэлектрическая отрасль экспериментировала с партнерскими отношениями, франшизами, вторичными поставщиками и моделями с полностью открытым исходным кодом. [75]
В последнее время многие аппаратные проекты с открытым исходным кодом финансируются посредством краудфандинга на таких платформах, как Indiegogo , Kickstarter или Crowd Supply . [76]
Ричард Столлман , основатель движения за свободное программное обеспечение , в 1999 году скептически относился к идее и актуальности бесплатного оборудования (его терминология для того, что сейчас известно как оборудование с открытым исходным кодом). [77] В статье в журнале Wired Magazine, опубликованной в 2015 году, он изменил свое отношение; он признал важность бесплатного оборудования, но по-прежнему не видел этической параллели со свободным программным обеспечением. [27] Кроме того, Столлман предпочитает термин « проектирование свободного оборудования» аппаратному обеспечению с открытым исходным кодом , что согласуется с его более ранним отказом от термина « программное обеспечение с открытым исходным кодом» (см. также Альтернативные термины для свободного программного обеспечения ). [27]
Другие авторы, такие как профессор Джошуа Пирс, утверждают, что существует этический императив для аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, особенно в отношении технологий с открытым исходным кодом, подходящих для устойчивого развития . [78] В 2014 году он также написал книгу « Лаборатория с открытым исходным кодом: как создать собственное оборудование и сократить затраты на исследования» , в которой подробно описывается разработка бесплатного оборудования с открытым исходным кодом, прежде всего для ученых и преподавателей университетов . [79] Пирс в партнерстве с Elsevier представил научный журнал HardwareX . На нем было представлено множество примеров применения аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом в научных целях.
Кроме того, Василис Костакис и др. [80] утверждают, что оборудование с открытым исходным кодом может продвигать ценности справедливости, разнообразия и устойчивости. Инициатива по созданию аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом выходит за рамки традиционных дихотомий глобального-локального, городского-сельского и развитого-развивающегося контекстов. Они могут использовать культурные различия, условия окружающей среды и местные потребности/ресурсы, одновременно используя гиперсвязь, чтобы способствовать устойчивости и сотрудничеству, а не конфликтам. [80] Однако оборудование с открытым исходным кодом сталкивается с некоторыми проблемами и противоречиями. Ему необходимо преодолевать противоречия между инклюзивностью, стандартизацией и функциональностью. [80] Кроме того, хотя оборудование с открытым исходным кодом может снизить нагрузку на природные ресурсы и местное население, оно по-прежнему зависит от энерго- и материалоемких инфраструктур, таких как Интернет. Несмотря на эти сложности, Костакис и др. утверждают, что аппаратная платформа с открытым исходным кодом может служить катализатором для объединения и объединения различных местных инициатив в рамках радикальных идей, тем самым вдохновляя на подлинные перемены. [80]
Охрана труда выросла как научная область благодаря двум журналам Journal of Open Hardware (JOH) и HardwareX . Эти журналы конкурируют за публикацию лучших проектов по охране труда, и каждый определяет свои собственные требования к приемлемому качеству проектной документации, включая конкретные требования к инструкциям по сборке, ведомости материалов, файлам САПР и лицензиям. Эти требования часто используются другими проектами по охране труда для определения того, как выполнять выпуск по охране труда. Эти журналы также публикуют статьи, способствующие дискуссиям о том, как следует определять и использовать охрану труда.
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )свобода копирования программного обеспечения является социальным императивом, но свобода копирования аппаратного обеспечения не так важна, поскольку аппаратное обеспечение трудно скопировать.