Lo stato dell'ecosistema dell'interfaccia SBC: è giunto il momento di progettare uno standard?

Sep 14, 2023

Abbiamo l'imbarazzo della scelta quando si tratta di computer a scheda singola, siano essi basati su un microcontrollore o su un SoC più potente in grado di eseguire un sistema operativo come GNU/Linux. Possono essere acquistati da marchi affermati come Arduino, Adafruit o Raspberry Pi, o da un selvaggio West di moduli più economici dell'Estremo Oriente che trasportano una miriade di architetture diverse.

Ognuno ha il proprio preferito e insieme a questo arriva un ecosistema di sistemi operativi e ambienti di sviluppo software. C'è un altro aspetto di queste tavole che si è evoluto; alcuni di essi sono diventati di fatto standard di connettori di interfaccia per le periferiche hardware. Hanno senso questi standard? Parliamone.

Nella maggior parte dei casi, uno standard di interfaccia è il risultato di uno sforzo specifico per crearlo. Consideriamo ad esempio la porta USB-C, invece di essere semplicemente nata perché un produttore ha deciso di inserire una porta dati reversibile ad alta velocità con capacità di alimentazione su una macchina, è stata il risultato di molti anni di esperienza e di lavoro da parte di un consorzio industriale .

A volte, però, uno standard di interfaccia arriva per caso. La presa per gli accessori dell'auto è sotto ogni punto di vista un sistema di connessione di alimentazione piuttosto orribile, nato decenni fa come presa per un accendisigari elettrico. Poiché non esisteva altro modo pratico per accedere all'alimentazione a 12 V in un'auto, è diventata la fonte di alimentazione per i pochi accessori elettronici per auto disponibili e da allora si è evoluta nella presa di alimentazione automobilistica standard. Stranamente, molte prese per accessori per auto ora non sono più adatte al loro scopo originale, non essendo più progettate per resistere al calore dell'accendisigari.

Arriviamo così ai connettori dei computer a scheda singola. Quasi tutti hanno un connettore di espansione, che ha lo scopo di riunire quante più interfacce disponibili in un unico posto. Alcuni sono ben progettati e altri non così tanto, ma nessuno di essi è progettato allo stesso modo della presa USB per essere indipendente dall'hardware specifico e pensando alla comodità per l'applicazione desiderata. Vengono invece lasciati al progettista della scheda che potrebbe non aspettarsi che il dispositivo diventi uno standard ampiamente adottato e quindi potrebbe non pensare in anticipo a come potrebbe essere utilizzata la sua creazione.

Se ci chiedessero di nominare alcune schede le cui interfacce sono diventate standard di fatto non intenzionali, quelle che ci ritroveremmo non sorprenderebbero la maggior parte di voi. L'Arduino originale, il Raspberry PI, l'Adafruit Feather e forse il Raspberry Pi Pico, forse il BeagleBone, e uno che vediamo sempre di più, il BBC micro:bit. Vale la pena dare un'occhiata a questi individualmente per un minuto per capire cosa ci piace di loro e cosa no.

Il nonno di tutti deve essere Arduino. Non sappiamo se sia stata la prima tavola a darci l'idea degli scudi, ma sicuramente è stata quella che li ha resi popolari. Prima di Arduino era più normale che una scheda fosse dotata di un'area di prototipazione affiancata da un header con le linee di I/O a cui avrebbe potuto essere collegata una scheda figlia, Arduino ha dato origine all'idea di una famiglia di schede aggiuntive all’interno di un ecosistema definito.

Ci piace la piedinatura di espansione di Arduino per la sua organizzazione dei diversi tipi di interfaccia uno accanto all'altro e in ordine numerico e ci piace il suo uso di economici connettori pin da 0,1", ma le dimensioni dell'oggetto e la necessità di due serie di connettori così molto distanti sembra decisamente ingombrante e antiquato. Non farci iniziare con l'offset di riga dispari. Tuttavia, probabilmente passerà molto tempo prima di liberarci del classico Shield Arduino perché ce ne sono ancora tanti disponibili, ma sarebbe una scelta ragionevole per un nuovo design qui nel 2022? Non la pensiamo così.

L'intestazione Raspberry Pi a 40 pin e il fattore di forma HAT sembrano essere diventati uno standard de facto per schede più potenti, in genere quelle che eseguono Linux. È un cenno al successo della piccola scheda di Cambridge, ma nonostante tutte le cose buone che il Pi ci ha portato diremmo che il connettore di espansione non è uno di questi. È una vittima della genesi del Pi nel 2012 da parte di un'allora piccola organizzazione che produceva quella che pensavano sarebbe stata una serie relativamente piccola di una scheda che all'epoca era appena fuori dallo stato di prototipo.