SBC インターフェイス エコシステムの現状、標準を設計する時期は来ていますか?

Sep 14, 2023

シングルボード コンピューターに関しては、マイクロコントローラーをベースとするか、GNU/Linux などのオペレーティング システムを実行できるより高性能な SoC をベースとするかにかかわらず、選択肢は豊富です。 これらは、Arduino、Adafruit、Raspberry Pi などの確立されたブランドから入手することも、さまざまなアーキテクチャを搭載した西部の安価な極東モジュールから入手することもできます。

誰もが自分のお気に入りを持っており、それに伴い、オペレーティング システムとソフトウェア開発環境のエコシステムも生まれます。 これらのボードには進化した別の側面があります。 そのうちのいくつかは、ハードウェア周辺機器の事実上のインターフェイス コネクタ標準となっています。 この基準には意味があるのでしょうか? それについて話しましょう。

ほとんどの場合、インターフェイス標準は、それを作成するための特別な努力の結果です。 たとえば、USB-C ポートを考えてみましょう。メーカーが電源機能を備えたリバーシブル高速データ ポートをマシンに搭載することを決定したから単に実現したのではなく、業界コンソーシアム側の長年の経験と取り組みの結果でした。 。

ただし、インターフェイス標準が偶然に登場することもあります。 カーアクセサリーソケットは、どの基準から見てもかなりひどい電源コネクタシステムで、数十年前に電気シガーライターのレセプタクルとして誕生しました。 車内で 12 V 電源にアクセスする便利な方法が他になかったため、12 V 電源は入手可能ないくつかの車載電子アクセサリの電源となり、その後標準の自動車電源ソケットに進化しました。 奇妙なことに、多くのカーアクセサリーソケットは、シガーライター要素の熱に耐えるように設計されておらず、本来の目的には適していません。

そして、シングルボードコンピュータのコネクタに行き着きます。 ほとんどすべての製品には拡張コネクタがあり、利用可能なインターフェイスをできるだけ 1 か所で利用できるようにする目的で使用されます。 適切に設計されているものもあれば、それほど優れていないものもありますが、特定のハードウェアに依存せず、目的のアプリケーションの利便性を念頭に置いて、USB ソケットと同じように設計されているものはありません。 代わりに、基板の設計者に任されていますが、設計者はデバイスが広く採用される標準になることを期待していないため、自分の作成したものがどのように使用されるかについて事前に考えていない可能性があります。

インターフェースが意図せず事実上の標準になってしまったボードの名前をいくつか挙げろと言われたら、ほとんどの人は驚かないでしょう。 オリジナルの Arduino、Raspberry PI、Adafruit Feather、そしておそらく Raspberry Pi Pico、おそらく BeagleBone、そしてますます見かけるようになっている BBC micro:bit です。 これらを個別に少し見て、何が気に入っていて何が気に入らないのかを把握するのは価値があります。

彼ら全員の祖父は Arduino に違いありません。 それがシールドのアイデアを与えた最初のボードであるかどうかはわかりませんが、それがシールドを普及させたボードであることは確かです。 Arduinoが登場する前は、ドーターボードが接続される可能性のあるI/Oラインを備えたヘッダーの横にプロトタイピングエリアがボードに付属するのが一般的でしたが、Arduinoはアドオンボードファミリーのアイデアを根付かせました。定義されたエコシステム内で。

私たちはArduinoの拡張ピン配置が、さまざまなタイプのインターフェースを隣り合って番号順に構成する点で気に入っています。また、安価な0.1インチのピンヘッダーの使用も気に入っていますが、もののサイズと2セットのヘッダーが必要なため、遠く離れていると明らかに扱いにくく、時代遅れに見えます。 奇数行オフセットから始めないでください。 それでも、古典的な Arduino シールドがまだたくさんあるため、このシールドから解放されるまでにはおそらく長い時間がかかるでしょう。しかし、2022 年に新しいデザインとしてそれを選択するのは合理的でしょうか? 私たちはそうは思いません。

Raspberry Pi 40 ピン ヘッダーと HAT フォーム ファクターは、より強力なボード、通常は Linux を実行するボードの事実上の標準になっているようです。 これはケンブリッジの小さなボードの成功へのうなずきですが、Pi が私たちにもたらしたすべての良い点に対して、拡張コネクタはその 1 つではないと言えます。 これは、2012 年に遡り、当時はプロトタイプ状態からかろうじて完成したボードの比較的小規模な生産であると思われるものを製造していた当時小さな組織からの Pi 誕生の犠牲者です。

最初の Raspberry Pi ボードでは、便宜と利用可能なリソースに基づいてコンポーネントと配線を選択していました。そのため、ラインがヘッダーに引き出されることが最も重要であり、主流となるマスマーケット用ボードにそれらを適切に配置する必要はありませんでした。 10年後のこの分野。 したがって、オリジナルの 26 ピン インターフェイスとそれに続く 40 ピンの拡張には、さまざまなインターフェイスが無計画に散在しており、それらが今日同じ仕事をするとしたら、それに何らかの秩序をもたらすだろうと私たちは確信しています。 私たちは単一の 0.1 インチ ヘッダーを使用することを好みますが、その理由は理解できますが、ピンの配置については同じとは言えません。

Feather、Pi Pico、さまざまな小型 Arduino などのデュアルインライン ボードは、過去の大型 DIP IC と同じ道をたどり、拡張に非常に便利なアプローチを採用しています。 したがって、Arduino Nano は、ストリップボードまたは PCB に取り付けられているか、ブレッドボードに接続されていることがよくあります。 Feather と Pico はこれをさらに進化させたもので、両方ともそれに便乗するアドオン ボードを分類しています。 考え抜かれたピン配置は気に入っていますが、単一のコネクタのほうが柔軟性が高いと考えています。

最後に、ボードのリストには、まったく異なるアプローチをとるボードがあります。 BBC micro:bit は、もともと英国の学校向けに設計された教育用マイクロコントローラー ボードであり、その拡張コネクタは、ワニ クリップ用の 5 つの大きなパッドと、子供たちの生活を容易にする 4 mm プラグを備えた PCB エッジ コネクタであり、他のコネクタを運ぶより細かいピッチの接続が点在しています。インターフェース。 これは優れた設計であり、かなりの数の競合ボードに採用されているほど魅力的な選択肢ですが、より高価な特殊なエッジ コネクタ レセプタクルに依存しています。 私たちはエッジ コネクタを好みますが、高価なコネクタを必要とするものは好みません。

そのため、現場を調査した結果、他社が採用している本質的に独自の規格がいくつか見つかりました。 どれも SBC インターフェイスに対する完璧な解決策ではないため、次の質問は、より優れたものにどのような品質を求めるかということです。 これは業界が取り組むべきだと私たちが考える会話ですが、業界はどのように取り組むべきだと思いますか?

おそらく、コネクタ自体から始めるのが最適でしょう。 ここで、Raspberry Pi は標準の 2 列ヘッダーで適切に機能します。これらは安価で、Arduino や DIP フォーマットのボードのようにボードのフォームファクターを強制したり、micro:bit エコシステムのように特別なコネクタを必要としたりすることなく、すぐに入手できます。 次に考慮すべき領域はピン配置です。 デジタル GPIO、アナログ ライン、SPI や I2C などのインターフェイスを、インターフェイスを容易にするために連続番号のピンに配置できない理由はありません。

私たちは、マイクロコントローラーと SoC インターフェイスはすべて十分に類似しているため、これを実現できると考えています。 また、この文脈では独占性にはほとんど価値がないため、メーカーが独自のピン配置を持つことに特に商業的な利点があるとは考えていません。 複数のボード間で共通のピン配置を実現するには、USB のように数百万ドル規模の業界コンソーシアムを必要とせず、代わりに、単純な I/O ラインのセットをヘッダーのセットに配線する必要があります。

それがまだ実現していない理由は、おそらく、そうするための即時の販売インセンティブがないためですが、説得力があると証明される可能性がある角度があると私たちは考えています。 ハードウェア メーカーは、すべての SBC が同じインターフェイスを備えているだけでなく、すべての拡張カード、シールド、HAT、またはウィングも同じインターフェイスを備えている世界を想像する必要があります。 突然、カードの潜在的な市場がはるかに儲かるようになり、すべての主要な SBC メーカーもカードを販売しているので、私たちは彼らもその可能性を理解できることを願っています。

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