Hardware Libre:
la Tarjeta Skypic, una Entrenadora para Microcontroladores PIC

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Juan González Gómez

Escuela Politécnica Superior

Universidad Autónoma de Madrid

Andrés Prieto-Moreno Torres

Ifara Tecnologías, S.L

ÍNDICE

Introducción

Características de la skypic

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Introducción:
Clasificación del hardware

HARDWARE ESTÁTICO, conjunto de materiales de los sistemas electrónicos.

Existencia física

HARDWARE RECONFIGURABLE, el que viene descrito mediante lenguajes de descripción hardware (HDL)

library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;

use ieee.std_logic_unsigned.all;

entity cont8 is

port (clk : in std_logic; -- Reloj

clear : in std_logic;

q : out std_logic_vector (7 downto 0));

end cont8;

architecture beh of cont8 is

signal cuenta : std_logic_vector (7 downto 0);

Es "código"

Siempre hay que especificar de qué tipo de hardware estamos hablando

Introducción:
¿Qué es el hardware Libre?

Paralelismo con Software Libre

Software Libre: Ofrece 4 libertades

Libertad de uso

Libertad de estudio y modificación

Libertad de distribución

Libertad de distribución de las modificaciones

Hardware libre: Aspira a ofrecer esas mismas 4 libertades, pero aparecen problemas.

¿

?

El objetivo del hardware libre es aplicar las mismas 4 libertades del software libre, en su propio campo

Introducción:
Definición de hardware libre

Definición propuesta en el VI Congreso de Hispalinux (2003):

El hardware libre (o abierto) ofrece las mismas 4 libertades que el software libre, pero aplicadas a los PLANOS del hardware: esquemático, PCB y fichero para fabricación

En el software se habla de fuentes, en el hardware de planos

Los planos se pueden compartir igual que el software. Es la fabricación la que tiene un coste.

Esquema (.sch)

PCB (.brd)

Fabricación (Gerber)

Introducción:
Formatos de los "planos"

En el software se habla de fuentes, en el hardware de planos

Los planos se pueden compartir igual que el software. Es la fabricación la que tiene un coste.

Formato de los planos cobra importancia

Problemas:

No hay un formato estándar

Las aplicaciones profesionales son propietarias y cada una emplea su propio formato

¿Es hardware libre si el formato de alguno de sus planos es propietario?

Basándonos en criterios prácticos, consideramos que sí es libre, aunque esto impone restricciones

Para diseñar hardware libre hay que utilizar las herramientas disponibles, aunque sean propietarias.

Introducción: La tarjeta Skypic

Planos realizados con la aplicación no libre Eagle

Multiplataforma

Disponible en el repositorio non-free de Debian

Placa profesional y comercial

Comercializada por Ifara Tecnologías

Es hardware libre. Por tanto:

Todos los ficheros de los planos están disponibles

Cualquiera la puede estudiar y modificar

Cualquiera la puede fabricar y comercializar

Tarjeta entrenadora de propósito general para los PICs

En el software se habla de fuentes, en el hardware de planos

Los planos se pueden compartir igual que el software. Es la fabricación la que tiene un coste.

ÍNDICE

Introducción

Características técnicas

Software libres para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Características técnicas (I)

Puerto B

Servos

Reset

Pulsador

Pruebas

Puerto C

Alimentación

Puerto A

Puerto de

Prog.

ICD2

RS232

Características técnicas (II)

Reducidas dimensiones: 80 x 65 mm

PIC16F876:

Arquitectura Risc de 8 bits

Reloj: Hasta 20Mhz

8 canales A/D de 10 bits

21 pines de E/S digitales

Dos unidades de captura, comparación y PWM

Comunicaciones serie síncronas y asíncronas

Memoria flash de 8Kb y SRAM de 368 bytes

Memoria eeprom de 256 bytes

Programación "in circuit"

ÍNDICE

Introducción

Características técnicas

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Software (I)

Se pueden utilizar cualquiera de las herramientas proporcionadas por Microchip

Son propietarias

Sólo disponibles para Windows

Sin embargo, la comunidad ha creado sus propias herramientas libres, compatibles con las de Microchip.

gputils. Ensamblador. (Disponible en Debian)

gpsim. Simulador. (Disponible en Debian)

sdcc. Compilador de C. (beta, disponible en Debian)

PikDev. Entorno IDE.

Caputura del entorno Pikdev

Software (II)

La grabación "in-circuit" se puede realizar de varias maneras:

ICD2 de Microchip

Grabador "casero"

por puerto paralelo

Usando una CT6811

Usando otra Skypic

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Introducción

Características técnicas

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Aplicaciones (I)

Control autónomo de robots móviles

Robot Skybot

Seguimiento de línea

Talleres de robótica

Aplicaciones (II)

Control de servos desde el PC

Un servo del tipo

futaba 3003 conectado

directamente a la Skypic

Minicámaras con dos grados de libertad, actuadas por servos

Robot ápodo de 8 servos

Aplicaciones (III)

Desarrollo rápido de prototipos: proyecto Chronojump

Chronopic

Plataforma

Skypic

Extensión

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Introducción

Características técnicas

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

¿Por qué hardware libre? (I)

Adaptar, no reinventar

El concepto "reutilizar" no existe en electrónica. Casi todo hay que hacerlo desde cero

Esta posibilidad sólo se puede llevar a cabo dentro de las empresas que tienen ese conocimiento

Aumento del conocimiento tecnológico

El hardware deja de ser una caja negra que sólo se puede usar, y que sólo unos pocos tienen el conocimiento para diseñarlo.

El hardware libre cualquier lo puede estudiar para aprender de él y de cómo está hecho.

Los beneficios para la sociedad son claros:

¿Por qué hardware libre? (II)

Monopolios no, competencia sí

Las empresas fabricantes deben dar un buen servicio de montaje y mantenimiento.

Pueden aparecer empresas que ofrezcan sus servicios de fabricación, pruebas y ventas de los diseños libres. El que ofrezca las mejores prestaciones, obtendrá mejores resultados.

Independencia del fabricante

El cliente se "casa" con un diseño, no con una empresa

Las empresas pueden quebrar o decidir dejar de fabrican un determinado hardware

Los clientes que usen hardware libre siempre podrán contratar los servicios de fabricación a otra empresa o particular que tengan los suficientes conocimientos para ello.

ÍNDICE

Introducción

Características técnicas

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Hardware reconfigurable

El hardware tiene un comportamiento muy parecido al software. Es un campo actualmente muy activo.

Existe una comunidad muy importante que libera sus diseños: opencores.org

Proyectos muy importantes como el LEON, un procesador diseñado por la Agencia Espacial Europea (ESA) en VHDL y liberado bajo GPL.

Situación actual de hardware libre (I)

Hardware estático

El hardware estático libre no va a despegar a corto plazo.

Por la propia naturaleza del hardware, el desarrollo de nuevos prototipos es lento y requiere una inversión de dinero para la fabricación.

Es difícil crear una comunidad de hardware libre, agravado por la no estandarización de los formatos y el software profesional propietario existente, lo que dificulta el compartir los diseños.

Sin embargo, hace poco ha aparecido la herramienta KICAD. Un programa profesional y libre para diseño electrónico. Es la aplicación necesaria para empezar a crear una comunidad de hardware libre

Situación actual del hardware libre (II)

La aplicación Kicad en acción...

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Introducción

Características técnicas

Software libre para PICs

Aplicaciones

¿Por qué hardware libre?

Situación actual del hardware libre

Conclusiones

Conclusiones

Hemos diseñado una placa libre, profesional y comercial

Todos los esquemas están disponibles y cualquier empresa u organización la puede estudiar, modificar, distribuir, fabricar o comercializar.

Se está empleando en robótica y docencia

A partir de ella esperamos que salgan diseños derivados, para que aumente la comunidad de hardware libre

Trabajo futuro

Evaluación de la herramienta KICAD

Hemos hecho un periférico muy sencillo para la skypic y lo estamos fabricando industrialmente (tirada de 50 unidades)

Migración de los esquemas de la Skypic de la herramienta no libre EAGLE al KICAD

Diseñar más periféricos libres para la Skypic

Agradecimientos

A la empresa IFARA Tecnologías por la financiación de la primera tirada de PCBs de la Skypic.

Referencias:

Tarjeta Skypic:

http://www.iearobotics.com/proyectos/skypic/skypic.html

Poner en google skypic

, "Hardware libre: clasificación y desarrollo de hardware reconfigurable en entornos GNU/Linux", VI Congreso de Hispalinux, Universidad Rey Juan Carlos I, Septiembre 2003.

http://www.iearobotics.com/personal/juan/publicaciones/art4/index.html

OPENCORES: Comunidad de hardware reconfigurable libre

http://www.opencores.org/

EAGLE: http://www.cadsoft.de/

KICAD: http://www.lis.inpg.fr/realise_au_lis/kicad/

Proyecto Chronojump: http://chronojump.software-libre.org/

Hardware Libre:
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I Congreso Tecnologías del Software Libre. Facultad de Informática. Universidad de Coruña. Julio 2005

Juan González Gómez

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2003-04-25T18:22:37