Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом ( OSH , OSHW ) состоит из физических артефактов технологии, разработанной и предлагаемой движением открытого дизайна . Как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом (FOSS), так и аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом создаются этим движением культуры открытого исходного кода и применяют схожую концепцию к различным компонентам. Иногда его называют FOSH (свободное и открытое аппаратное обеспечение). Этот термин обычно означает, что информация об оборудовании легко распознается, так что другие могут его изготовить, тесно связывая его с движением создателей . [1] Проектирование оборудования (т. е. механические чертежи, схемы , спецификации материалов , данные о компоновке печатных плат , исходный код HDL [2] и данные о компоновке интегральных схем ), в дополнение к программному обеспечению, которое управляет оборудованием, все распространяется на условиях free/ libre . Первоначальный участник получает обратную связь и потенциальные улучшения в конструкции от сообщества FOSH. В настоящее время имеются существенные доказательства того, что такое совместное использование может обеспечить высокую отдачу от инвестиций для 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 модульная конструкция и сотрудничество с сообществом. [4] [5] [6]
С появлением реконфигурируемых программируемых логических устройств совместное использование логических конструкций стало формой открытого исходного кода оборудования. Вместо схем совместно используется код языка описания оборудования (HDL). Описания HDL обычно используются для настройки систем «система на кристалле» либо в программируемых пользователем вентильных матрицах (FPGA), либо непосредственно в конструкциях специализированных интегральных схем (ASIC). Модули HDL при распределении называются полупроводниковыми интеллектуальными ядрами собственности , также известными как IP-ядра.
Открытое оборудование также помогает смягчить проблему проприетарных драйверов устройств для сообщества свободного и открытого программного обеспечения , однако это не является обязательным условием для него, и его не следует путать с концепцией открытой документации для проприетарного оборудования, которая уже достаточна для написания драйверов устройств FLOSS и полных операционных систем. [7] [8] Разница между двумя концепциями заключается в том, что OSH включает как инструкции о том, как реплицировать само оборудование, так и информацию о протоколах связи, которые программное обеспечение (обычно в форме драйверов устройств ) должно использовать для связи с оборудованием (часто называемую регистровой документацией или открытой документацией для оборудования [7] ), тогда как открытое программное обеспечение будет включать только последнее, не включая первое.
Первые действия по " открытому исходному коду ", ориентированные на аппаратное обеспечение, были начаты около 1997 года Брюсом Перенсом , создателем Open Source Definition , соучредителем Open Source Initiative и радиолюбителем . Он запустил программу сертификации открытого аппаратного обеспечения, целью которой было позволить производителям оборудования самостоятельно сертифицировать свою продукцию как открытую. [9] [10]
Вскоре после запуска Программы сертификации открытого оборудования Дэвид Фримен объявил о проекте спецификации открытого оборудования (OHSpec), еще одной попытке лицензирования аппаратных компонентов, интерфейсы которых доступны публично, и создания совершенно новой вычислительной платформы в качестве альтернативы проприетарным вычислительным системам. [11] В начале 1999 года Сепер Киани, Райан Валланс и Самир Найфех объединили усилия, чтобы применить философию открытого исходного кода к приложениям проектирования машин. Вместе они основали Фонд открытого проектирования (ODF) [12] как некоммерческую корпорацию и приступили к разработке Определения открытого проектирования . Однако большая часть этой деятельности сошла на нет через несколько лет.
Организация «Свободное оборудование», известная как FreeIO, была основана в конце 1990-х годов Дилом Мартином, который также запустил веб-сайт FreeIO в начале 2000 года. В начале и середине 2000-х годов FreeIO был центром свободных/открытых аппаратных разработок, выпущенных под лицензией GNU General Public License . Проект FreeIO отстаивал концепцию свободного оборудования и предлагал четыре свободы, которые такое оборудование предоставляло пользователям, основываясь на аналогичных свободах, предоставляемых лицензиями свободного программного обеспечения. [13] Проекты получили некоторую известность из-за схемы наименования Мартина, в которой каждому проекту свободного оборудования давалось имя еды на завтрак, например, Donut, Flapjack, Toast и т. д. Проекты Мартина привлекали множество разработчиков оборудования и программного обеспечения, а также других добровольцев. Разработка новых открытых аппаратных разработок в FreeIO закончилась в 2007 году, когда Мартин умер от рака поджелудочной железы, но существующие разработки остаются доступными на веб-сайте организации. [14]
К середине 2000-х годов открытое аппаратное обеспечение снова стало центром активности из-за появления нескольких крупных проектов и компаний по открытому аппаратному обеспечению, таких как OpenCores , RepRap ( 3D-печать ), Arduino , Adafruit , SparkFun и Open Source Ecology . В 2007 году Перенс возобновил работу веб-сайта openhardware.org, но в настоящее время (август 2023 года) он неактивен.
После Open Graphics Project , попытки разработать, внедрить и изготовить бесплатный и открытый набор микросхем для 3D-графики и эталонную графическую карту, Тимоти Миллер предложил создать организацию для защиты интересов сообщества Open Graphics Project. Таким образом, Патрик Макнамара основал Open Hardware Foundation (OHF) в 2007 году. [15]
Tucson Amateur Packet Radio Corporation (TAPR), основанная в 1982 году как некоммерческая организация радиолюбителей с целью поддержки научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области любительской цифровой связи, создала в 2007 году первую открытую лицензию на оборудование — TAPR Open Hardware License . Президент OSI Эрик С. Рэймонд выразил некоторую обеспокоенность по поводу некоторых аспектов OHL и решил не пересматривать лицензию. [16]
Около 2010 года в рамках проекта Freedom Defined было создано Открытое определение оборудования как результат совместной работы многих [17] , и по состоянию на 2016 год оно принято десятками организаций и компаний. [18]
В июле 2011 года ЦЕРН ( Европейская организация по ядерным исследованиям ) выпустила лицензию на оборудование с открытым исходным кодом, CERN OHL . Хавьер Серрано, инженер отдела пучков ЦЕРН и основатель Open Hardware Repository, объяснил: «Открыто делясь проектами, ЦЕРН рассчитывает улучшить качество проектов посредством экспертной оценки и гарантировать своим пользователям, включая коммерческие компании, свободу изучать, изменять и производить их, что приведет к улучшению оборудования и уменьшению дублирования усилий». [19] Первоначально проект был разработан для решения специфических для ЦЕРН проблем, таких как отслеживание влияния исследований организации, но в его нынешнем виде он может использоваться любым, кто разрабатывает оборудование с открытым исходным кодом. [20]
После саммита Open Hardware Summit 2011 года и после жарких дебатов по лицензиям и тому, что представляет собой оборудование с открытым исходным кодом, Брюс Перенс отказался от определения OSHW и согласованных усилий тех, кто был с ним связан. [21] Openhardware.org, возглавляемый Брюсом Перенсом, продвигает и определяет практики, которые соответствуют всем объединенным требованиям определения Open Source Hardware, определения Open Source и четырех свобод Free Software Foundation. [22] С 2014 года openhardware.org не работает в сети и, похоже, прекратил свою деятельность. [23]
Ассоциация оборудования с открытым исходным кодом (OSHWA) на oshwa.org выступает в качестве центра деятельности по оборудованию с открытым исходным кодом всех жанров, 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 о вмешательстве товарных знаков в OSI, в 2012 году OSHWA и OSI подписали соглашение о сосуществовании. [25] [26]
Фонд FOSSi был основан в 2015 году как некоммерческая организация в Великобритании для продвижения и защиты движения за кремниевые чипы с открытым исходным кодом, примерно через год после официального выпуска архитектуры RISC-V . [27]
Фонд свободного программного обеспечения предложил альтернативное определение «свободного оборудования», основанное на Четырех свободах . [28] [29]
Термин «аппаратное обеспечение» в открытом программном обеспечении исторически использовался в противовес термину «программное обеспечение» в открытом программном обеспечении. То есть для обозначения электронного оборудования, на котором работает программное обеспечение (см. предыдущий раздел). Однако, поскольку все больше и больше неэлектронных аппаратных продуктов выпускаются с открытым исходным кодом (например, WikiHouse , OpenBeam или Hovalin), этот термин, как правило, используется в более широком смысле «физический продукт». Было показано, что область открытого аппаратного обеспечения выходит за рамки электронного оборудования и охватывает более широкий спектр категорий продуктов, таких как станки, транспортные средства и медицинское оборудование. [30] 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 вещи». [31]
Электроника — один из самых популярных типов оборудования с открытым исходным кодом. Проекты на основе печатных плат могут быть опубликованы аналогично программному обеспечению в виде файлов CAD, которые пользователи могут отправлять напрямую в компании по производству печатных плат и получать от них сборку по почте. Или пользователи могут получать компоненты и спаивать их самостоятельно.
Есть много компаний, которые предоставляют большое разнообразие открытой электроники, например Sparkfun , Adafruit и Seeed. Кроме того, есть НКО и компании, которые предоставляют определенный открытый электронный компонент, например, платформу прототипирования электроники Arduino . Есть много примеров специальной открытой электроники, например, недорогой 3D-принтер с открытым исходным кодом GMAW [32] [33] и платформа для масс-спектрометрического анализа с использованием робототехники . [34] [35] Открытая электроника находит различные применения, включая автоматизацию химических процедур. [36] [37]
В настоящее время широко распространены проекты микросхем с открытым стандартом. Примерами архитектуры набора команд со свободным использованием являются OpenRISC (2000 — LGPL/GPL), OpenSparc (2005 — GPLv2) и RISC-V (2010 — открытый стандарт, свободный для реализации в некоммерческих целях ) .
OpenCores — это большая библиотека стандартных подкомпонентов проектирования микросхем, которые можно объединять в более крупные конструкции.
Теперь доступны полные стеки программного обеспечения с открытым исходным кодом и услуги по изготовлению шаттлов, которые могут переносить проекты микросхем OSH с языков описания оборудования на изготовление масок и ASIC в рамках бюджета масштаба производителя. [38]
Чисто механические проекты по охране труда включают механические компоненты, станки и транспортные средства. Open Source Ecology — это большой проект, направленный на разработку полной экосистемы механических инструментов и компонентов, которые стремятся к самовоспроизведению.
Также были разработаны транспортные средства с открытым исходным кодом, включая велосипеды, такие как XYZ Space Frame Vehicles, и автомобили, такие как Tabby OSVehicle.
Большинство систем охраны труда объединяют элементы электроники и механики для формирования мехатронных систем. Разработан большой спектр мехатронных продуктов с открытым исходным кодом, включая станки, музыкальные инструменты и медицинское оборудование. [30]
Примерами станков с открытым исходным кодом являются 3D-принтеры, такие как RepRap , Prusa и Ultimaker , экструдеры нитей для 3D-принтеров, такие как polystruder [39] XR PRO, а также лазерный резак Lasersaur .
Примерами медицинского оборудования с открытым исходным кодом являются аппараты искусственной вентиляции легких с открытым исходным кодом , эхостетоскоп echOpen и широкий спектр протезов рук, перечисленных в обзорном исследовании Тен Кейта и др. [40] (например, протезы рук OpenBionics).
Робототехника с открытым исходным кодом сочетает в себе аппаратную мехатронику с открытым исходным кодом и программное обеспечение для управления и искусственного интеллекта.
Примеры аппаратных продуктов с открытым исходным кодом можно также найти в меньшей степени в строительстве (Wikihouse), текстильной промышленности (Kit Zéro Kilomètres) и огнестрельном оружии ( 3D-печатное огнестрельное оружие , Defense Distributed ).
Вместо того, чтобы создавать новую лицензию, некоторые проекты по созданию оборудования с открытым исходным кодом используют существующие лицензии на бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом . [41] Эти лицензии могут не соответствовать патентному праву . [42]
Позже было предложено несколько новых лицензий, разработанных для решения проблем, характерных для проектирования оборудования. [43] В этих лицензиях многие из фундаментальных принципов, выраженных в лицензиях на программное обеспечение с открытым исходным кодом (OSS), были «перенесены» в соответствующие проекты оборудования. Новые лицензии на оборудование часто объясняются как «аппаратный эквивалент» хорошо известной лицензии OSS, такой как GPL , LGPL или BSD .
Несмотря на поверхностное сходство с лицензиями на программное обеспечение , большинство лицензий на оборудование принципиально отличаются: по своей природе они, как правило, больше опираются на патентное право, чем на авторское право, поскольку многие аппаратные разработки не подлежат авторскому праву. [44] В то время как лицензия на авторское право может контролировать распространение исходного кода или проектных документов, патентная лицензия может контролировать использование и производство физического устройства, созданного на основе проектных документов. Это различие явно указано в преамбуле TAPR Open Hardware License :
«... те, кто получает выгоду от разработки OHL, не могут подавать иски, утверждая, что разработка нарушает их патенты или другие права интеллектуальной собственности».
— Открытая лицензия на оборудование TAPR [45]
Среди заслуживающих внимания лицензий:
Ассоциация открытого аппаратного обеспечения рекомендует семь лицензий, которые следуют их определению оборудования с открытым исходным кодом . [50] Из общих лицензий с копилефтом — GNU General Public License (GPL) и Creative Commons Attribution-ShareAlike , из лицензий с копилефтом, специфичных для оборудования, — CERN Open Hardware License (OHL) и TAPR Open Hardware License (OHL), а из разрешительных лицензий — FreeBSD , MIT и Creative Commons Attribution . [51] Openhardware.org рекомендовал в 2012 году лицензии TAPR Open Hardware License, Creative Commons BY-SA 3.0 и GPL 3.0. [52]
Организации склонны объединяться вокруг общей лицензии. Например, OpenCores предпочитает LGPL или Modified BSD License , [53] FreeCores настаивает на GPL , [54] Open Hardware Foundation продвигает « copyleft или другие разрешительные лицензии», [55] Open Graphics Project использует [ 56] различные лицензии, включая лицензию MIT , GPL и фирменную лицензию, [57] а Balloon Project написал свою собственную лицензию. [58]
Прилагательное «open-source» не только относится к определенному набору свобод, применяемых к продукту, но также в целом предполагает, что продукт является объектом или результатом «процесса, который опирается на вклад географически распределенных разработчиков через Интернет ». [59] Однако на практике в обеих областях аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом и программного обеспечения с открытым исходным кодом продукты могут быть либо результатом процесса разработки, выполняемого закрытой командой в частной обстановке, либо сообществом в публичной среде, причем первый случай встречается чаще, чем второй, который является более сложным. [30] Создание процесса разработки продукта на основе сообщества сталкивается с несколькими проблемами, такими как: поиск соответствующих инструментов управления данными о продукте, документирование не только продукта, но и самого процесса разработки, принятие потери повсеместного контроля над проектом, обеспечение непрерывности в контексте непостоянного участия добровольных участников проекта и т. д. [60]
Одно из основных различий между разработкой программного обеспечения с открытым исходным кодом и разработкой оборудования с открытым исходным кодом заключается в том, что оборудование приводит к ощутимым результатам, прототипирование и производство которых стоят денег. В результате фраза «бесплатно как в речи, а не как в пиве», [61] более официально известная как gratis против libre , проводит различие между идеей нулевой стоимости и свободой использования и изменения информации. В то время как оборудование с открытым исходным кодом сталкивается с проблемами минимизации стоимости и снижения финансовых рисков для отдельных разработчиков проектов, некоторые члены сообщества предложили модели для решения этих потребностей [62] Учитывая это, существуют инициативы по разработке устойчивых механизмов финансирования сообщества, таких как Open Source Hardware Central Bank.
Широко обсуждались способы сделать оборудование с открытым исходным кодом таким же доступным, как и программное обеспечение с открытым исходным кодом . Предоставление четкой и подробной документации по продукту является существенным фактором, облегчающим тиражирование продукта и сотрудничество в проектах по разработке оборудования. Были разработаны практические руководства, чтобы помочь практикам сделать это. [63] Другой вариант — проектировать продукты так, чтобы их было легко тиражировать, как показано в концепции соответствующей технологии с открытым исходным кодом . [64]
Процесс разработки оборудования с открытым исходным кодом в условиях сообщества также называется открытым проектированием , разработкой с открытым исходным кодом [65] или разработкой продукта с открытым исходным кодом . [66] Все эти термины являются примерами модели с открытым исходным кодом, применимой к разработке любого продукта, включая программное обеспечение, оборудование, культурные и образовательные продукты. Включает ли открытый дизайн и процесс проектирования оборудования с открытым исходным кодом новые методы проектирования или предъявляет требования к новым инструментам? Действительно ли вопрос открытости является ключевым в охране труда? [67] См . здесь определение этих терминов.
Основным участником производства конструкций аппаратных продуктов с открытым исходным кодом является научное сообщество. Была проделана значительная работа по производству оборудования с открытым исходным кодом для научного оборудования с использованием комбинации электроники с открытым исходным кодом и 3D-печати . [68] [69] [70] Другими источниками производства оборудования с открытым исходным кодом являются поставщики микросхем и других электронных компонентов, спонсирующие конкурсы с условием, что участники и победители должны делиться своими разработками. Журнал Circuit Cellar организует некоторые из этих конкурсов.
Было опубликовано руководство ( Open-Source Lab (книга) Джошуа Пирса ) по использованию open-source электроники и 3D-печати для создания open-source лабораторий . Сегодня ученые создают множество таких лабораторий. Вот некоторые примеры:
Компании, занимающиеся открытым оборудованием, экспериментируют с бизнес-моделями . [74] Например, littleBits реализует бизнес-модели с открытым исходным кодом , предоставляя доступ к схемам в каждом электронном модуле в соответствии с CERN Open Hardware License Version 1.2. [75] Другим примером является Arduino , которая зарегистрировала свое название в качестве торговой марки ; другие могут производить продукцию на основе конструкций Arduino, но не могут называть ее продукцией Arduino. [76] Существует множество применимых бизнес-моделей для внедрения некоторого оборудования с открытым исходным кодом даже в традиционных фирмах. Например, для ускорения разработки и технических инноваций фотоэлектрическая промышленность экспериментировала с партнерствами, франшизами, вторичными поставщиками и моделями с полностью открытым исходным кодом. [77]
В последнее время многие проекты по созданию оборудования с открытым исходным кодом финансировались посредством краудфандинга на таких платформах, как Indiegogo , Kickstarter или Crowd Supply . [78]
Ричард Столлман , основатель движения за свободное программное обеспечение , в 1999 году скептически относился к идее и значимости свободного оборудования (его терминология для того, что сейчас известно как оборудование с открытым исходным кодом). [79] В статье 2015 года в журнале Wired Magazine он изменил это отношение; он признал важность свободного оборудования, но по-прежнему не видел этической параллели со свободным программным обеспечением. [28] Кроме того, Столлман предпочитает термин «свободная разработка оборудования» вместо «оборудования 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 ). [28]
Другие авторы, такие как профессор Джошуа Пирс, утверждали, что существует этический императив для оборудования с открытым исходным кодом — особенно в отношении соответствующих технологий с открытым исходным кодом для устойчивого развития . [80] В 2014 году он также написал книгу Open-Source Lab: How to Build Your Own Hardware and Reduce Research Costs , в которой подробно описывается разработка бесплатного и открытого оборудования, в первую очередь для ученых и преподавателей университетов . [81] Пирс в партнерстве с Elsevier представил научный журнал HardwareX . В нем было представлено множество примеров применения оборудования с открытым исходным кодом в научных целях.
Далее, Василис Костакис
и др . [82] утверждают, что оборудование с открытым исходным кодом может способствовать ценностям справедливости, разнообразия и устойчивости. Инициатива оборудования 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, при этом охватывая гиперсвязанность, чтобы способствовать устойчивости и сотрудничеству, а не конфликту. [82] Однако оборудование с открытым исходным кодом сталкивается с некоторыми проблемами и противоречиями. Оно должно преодолевать напряженность между инклюзивностью, стандартизацией и функциональностью. [82] Кроме того, хотя оборудование с открытым исходным кодом может снизить давление на природные ресурсы и местное население, оно по-прежнему опирается на энерго- и материалоемкие инфраструктуры, такие как Интернет. Несмотря на эти сложности, утверждают Костакис и др., структура оборудования с открытым исходным кодом может служить катализатором для соединения и объединения различных местных инициатив в рамках радикальных нарративов, тем самым вдохновляя на подлинные изменения. [82]OSH выросла как академическая область благодаря двум журналам Journal of Open Hardware (JOH) и HardwareX . Эти журналы конкурируют за публикацию лучших проектов OSH, и каждый определяет свои собственные требования к тому, что составляет приемлемое качество проектной документации, включая особые требования к инструкциям по сборке, спецификации материалов, файлам CAD и лицензиям. Эти требования часто используются другими проектами OSH для определения того, как делать релиз OSH. Эти журналы также публикуют статьи, вносящие вклад в дебаты о том, как следует определять и использовать OSH.
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Аппаратное обеспечение является основой инноваций, преобразуя идеи в осязаемую реальность, по одной схеме за раз.