Hardware Livre

“Libere o Poder da Colaboração: Abraçando a Revolução do Hardware Livre!”

Hardware Livre? Isso existe?

Provavelmente você deve estar se perguntando: Hardware Livre é algo que realmente existe? Bom, antes de respondermos essa pergunta, vamos responder primeiramente outra pergunta: o que é Hardware Livre?

Antes de tudo o que é Hardware Livre?

Provavelmente você já deve estar imaginando do que se trata, mas de forma geral, Hardware Livre se trata de projetos de hardware em que os diagramas, esquemas, informações técnicas entre outras coisas, são disponibilizados de forma aberta e livre para que outras pessoas possam estudar, modificar, distribuir e fabricar. Assim como o software livre, o conceito de Hardware Livre promove a transparência, a colaboração e o compartilhamento de conhecimento.

Respondendo a pergunta inicial

Com base nas informações fornecidas anteriormente, podemos agora responder de forma mais clara à pergunta inicial. Se considerado um hardware livre um dispositivo onde além de seus esquemáticos todos os componentes também têm diagramas e arquitetura disponibilizados de forma livre. Pode-se dizer que não existe nenhum hardware totalmente livre. No entanto, se usarmos como parâmetro apenas a existência dos diagramas e esquemáticos e outras coisas do gênero de forma livre, temos diversos dispositivos com hardware livre.

Outro ponto importante a se analisar é o ponto de vista econômico e técnico. Por mais que diversos projetos sejam extremamente livres, chegando a incluir até mesmo a arquitetura de alguns chips de forma livre, existe o problema em que, na maioria das vezes, um mero usuário comum, mesmo que portador de muito conhecimento sobre hardware, não consegue fabricar seu próprio dispositivo com base em algum projeto de hardware livre. Isso ocorre devido à necessidade de se ter ferramentas e materiais extremamente caros.

Como surgiu o Hardware Livre?

O conceito de Hardware Livre tem suas raízes no movimento de software livre, que ganhou destaque nas décadas de 1980 e 1990 com a promoção de licenças e filosofias que defendem a liberdade de uso, modificação e distribuição do software. À medida que o software livre ganhava popularidade e aceitação, a ideia de aplicar os mesmos princípios de liberdade ao hardware começou a surgir. O termo “Hardware Livre” foi usado pela primeira vez por Richard Stallman, fundador do movimento de software livre e da Free Software Foundation (FSF). Stallman destacou a importância de extender os princípios do software livre ao hardware, enfatizando a necessidade de liberdade e abertura não apenas no código, mas também nos componentes físicos dos dispositivos eletrônicos.

Nos anos 2000, iniciativas e projetos relacionados ao Hardware Livre começaram a surgir. Um marco significativo foi o lançamento da primeira versão da licença CERN Open Hardware License (CERN OHL) em 2007, desenvolvida pelo CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear) para promover a colaboração e compartilhamento de projetos de hardware.

Outro desenvolvimento importante foi o surgimento da arquitetura RISC-V na Universidade da Califórnia em Berkeley em 2010. A RISC-V é uma arquitetura de conjunto de instruções reduzidas (RISC) de código aberto, que permite o design e a implementação de processadores personalizados e abertos.

A partir desses e de outros esforços, a comunidade do Hardware Livre foi crescendo ao longo do tempo. Atualmente, existem várias comunidades, organizações e projetos que promovem o Hardware Livre, como a Open Source Hardware Association (OSHWA) e a Fundação RISC-V, que trabalham para estabelecer padrões, licenças e práticas para apoiar o desenvolvimento de hardware aberto e colaborativo.

Licenças no Hardware Livre?

No campo do hardware livre, assim como no software, existem várias licenças que podem ser usadas para garantir a abertura e a liberdade dos projetos. Essas licenças definem os termos e condições de uso, modificação, distribuição e fabricação do hardware. Aqui estão algumas das licenças comumente usadas no contexto do hardware livre:

1. CERN Open Hardware License (CERN OHL): Desenvolvida pelo CERN, é uma licença amplamente utilizada no campo do Hardware Livre. Ela permite a distribuição, modificação e fabricação do hardware, exigindo que as versões modificadas sejam compartilhadas sob a mesma licença.
2. TAPR Open Hardware License: Criada pela TAPR (Tucson Amateur Packet Radio), é uma licença popular entre os projetos de rádio amador e comunicações. Ela permite a modificação, fabricação e distribuição do hardware, com a obrigação de manter as atribuições de autoria.
3. Solderpad Hardware License: Uma licença de Hardware Livre que promove a colaboração e o compartilhamento de projetos. Ela permite a modificação, fabricação e distribuição do hardware, exigindo que as versões modificadas sejam compartilhadas sob a mesma licença.
4. Creative Commons (CC): Embora as licenças Creative Commons sejam mais conhecidas no contexto do conteúdo digital, algumas variantes podem ser adaptadas para o Hardware Livre. Por exemplo, a licença Creative Commons Attribution-ShareAlike (CC BY-SA) pode ser aplicada ao hardware, permitindo o uso, modificação e distribuição, desde que a atribuição seja fornecida e as versões modificadas sejam compartilhadas sob a mesma licença.

Essas são apenas algumas das licenças comumente usadas no Hardware Livre, e cada uma possui suas próprias características e requisitos específicos. É importante revisar cuidadosamente os termos de cada licença e escolher a que melhor se alinha aos objetivos do projeto de Hardware Livre em questão. Um detalhe a se notar é que no início do Hardware Livre era utilizado as mesmas Licenças de software livre, mas por questões legais surgiu a necessidade de ter licenças focadas para a necessidade específica do desenvolvimento de Hardware Livre, com essas licenças garantindo um maior aparato legal aos desenvolvedores.

Vantagens do Hardware Livre

O Hardware Livre oferece uma série de benefícios para os usuários, desenvolvedores e a comunidade em geral. Alguns desses benefícios incluem:

• Transparência: O Hardware Livre permite que os usuários tenham acesso completo aos detalhes técnicos do dispositivo, incluindo esquemas, diagramas e documentação. Isso promove a transparência e a compreensão do funcionamento interno do dispositivo.
• Liberdade de modificação: Com o Hardware Livre, os usuários têm a liberdade de modificar o dispositivo de acordo com suas necessidades. Eles podem adicionar ou remover recursos, personalizar o design e adaptar o hardware para diferentes aplicações.
• Colaboração: A natureza aberta do Hardware Livre incentiva a colaboração e o compartilhamento de conhecimento entre os desenvolvedores. Isso leva a uma comunidade ativa e engajada, que trabalha em conjunto para melhorar os projetos existentes e criar novas soluções.
• Aprendizado e educação: O Hardware Livre é uma excelente ferramenta para aprendizado e educação em engenharia, eletrônica e ciência da computação. Os estudantes podem estudar os projetos existentes, entender como os dispositivos funcionam e até mesmo criar suas próprias versões.
• Redução do desperdício eletrônico: Com o acesso aos esquemas e diagramas, os usuários podem reparar e atualizar os dispositivos existentes em vez de descartá-los. Isso contribui para a redução do desperdício eletrônico e promove uma mentalidade de sustentabilidade.

Alguns projetos

Atualmente existem diversos projetos de Hardware Livre, com alguns tendo uma barreira para contribuição menores do que outros, alguns mais bem difundidos e outros em estados mais complexos. Para facilitar a sua vida como leitor listarei alguns projetos interessantes para se testar e/ou contribuir.

• Caninos Loucos: https://caninosloucos.org/pt/ , um projeto brasileiro que visa desenvolver placas totalmente Hardware Livre e de baixo custo, com o projeto tendo 2 placas SBCs (Single Board Computer) e 1 placa microcontroladora desenvolvida. Possui possibilidade de contribuição diretamente com o hardware ou para o software através de sdks, RTOS e bibliotecas.

Placa Labrador Caninos Loucos - Fonte Caninos Loucos

• Uzebox: https://uzebox.org/ , um video game retrô de 8 bits, totalmente open source. É muito legal para aprender eletrônica enquanto se diverte.

Video game retrô Uzeboz - Fonte: Uzebox

• Projeto RepRap: https://reprap.org/wiki/RepRap , uma impressora 3d auto replicante. O Projeto RepRap é uma iniciativa de código aberto que visa desenvolver uma impressora 3D capaz de imprimir seus próprios componentes. O nome “RepRap” é uma combinação de “replicating” (replicando) e “rap” (rapidez), indicando a capacidade da impressora de se reproduzir e evoluir rapidamente.

Impressora 3d - Fonte: RepRap

• Arduino: https://www.arduino.cc/ , Uma placa de prototipagem open-source de fácil utilização, com milhares de bibliotecas open sources e altamente difundida entre makers.

Placa Arduino UNO R3 - Fonte: MakerHero

• Franzininho: https://franzininho.com.br/ , O projeto Franzininho é uma iniciativa brasileira de código aberto que visa criar uma placa microcontroladora de baixo custo e fácil de usar, especialmente projetada para iniciantes na área de eletrônica e programação. O nome “Franzininho” é uma homenagem ao inventor brasileiro Francisco “Franzininho” Sampaio, conhecido por seu trabalho com Arduino e eletrônica de baixo custo.

Franzininho Wifi - Fonte: Embarcados

Software

O hardware e o software são dois componentes essenciais e interdependentes. O Hardware Livre depende do software para alcançar seu pleno potencial. Afinal, de que adianta ter um dispositivo se não houver os drivers e o software adequado para utilizá-lo corretamente? Portanto, é fundamental reconhecer a importância do software no contexto do Hardware Livre. No desenvolvimento de Hardware Livre, há diversas áreas em que o software desempenha um papel fundamental. Alguns exemplos incluem:

• Drivers e firmware: Os drivers são programas que permitem a comunicação entre o hardware e o sistema operacional, garantindo que os dispositivos funcionem corretamente. No caso do hardware livre, é necessário desenvolver drivers que sejam compatíveis e suportem as funcionalidades específicas dos dispositivos de hardware livre. Além disso, o firmware é um tipo especial de software que está embutido nos dispositivos de hardware e controla seu funcionamento interno.
• Sistemas operacionais: O software livre também desempenha um papel fundamental no desenvolvimento de sistemas operacionais para dispositivos de hardware livre. Os sistemas operacionais fornecem uma interface entre o usuário e o hardware, permitindo a execução de programas e o gerenciamento dos recursos do dispositivo. O desenvolvimento de sistemas operacionais livres para hardware livre garante que os usuários tenham liberdade para modificar, adaptar e distribuir o sistema operacional de acordo com suas necessidades.
• Aplicações e bibliotecas: Além dos drivers e sistemas operacionais, o desenvolvimento de software livre no contexto do Hardware Livre também abrange o desenvolvimento de aplicações e bibliotecas. As aplicações são programas que os usuários finais utilizam para realizar tarefas específicas, enquanto as bibliotecas são conjuntos de funções e recursos que podem ser utilizados por outros programas. Desenvolver aplicações e bibliotecas livres para hardware livre permite que os usuários personalizem e expandam as funcionalidades de seus dispositivos de acordo com suas necessidades e interesses.
• Ferramentas de desenvolvimento: O desenvolvimento de Hardware Livre requer ferramentas de software específicas que permitam projetar, simular e testar os dispositivos. Isso inclui ferramentas de design de circuitos, simulação, programação e depuração. O desenvolvimento de ferramentas de software livre para Hardware Livre garante que os desenvolvedores tenham acesso a recursos adequados para criar e aprimorar seus projetos.
• RTOS (Real-Time Operating Systems): Um RTOS é um sistema operacional projetado para atender a requisitos de tempo real, garantindo respostas rápidas e previsíveis a eventos e interrupções. No desenvolvimento de Hardware Livre, o uso de um RTOS livre é benéfico para dispositivos que exigem controle em tempo real, como sistemas embarcados, robôs e automação industrial. O desenvolvimento de RTOS livres permite que os usuários personalizem e otimizem o sistema operacional para suas aplicações específicas, garantindo um desempenho confiável e determinístico.

A abrangência de áreas de software permite que desenvolvedores, mesmo aqueles que não têm interesse ou habilidade em lidar diretamente com o hardware, possam contribuir para projetos de hardware livre. Isso significa que pessoas com conhecimentos em programação e desenvolvimento de software têm a oportunidade de colaborar com a comunidade do hardware livre, oferecendo suas habilidades na criação de drivers, aplicativos, bibliotecas e outras soluções de software que ampliam a funcionalidade e a interoperabilidade dos dispositivos de hardware livre. Essa colaboração é essencial para impulsionar a adoção e o avanço do hardware livre, tornando-o acessível a um público mais amplo e estimulando a inovação colaborativa.

Projetos de Software interessantes para se contribuir

Atualmente, existem várias iniciativas de software nas categorias mencionadas que desempenham um papel fundamental no desenvolvimento de Hardware Livre. Aqui estão alguns exemplos desses softwares:

• Zephyr RTOS: O Zephyr é um sistema operacional de tempo real de código aberto, projetado para dispositivos embarcados e de IoT. Ele oferece suporte a uma ampla variedade de arquiteturas e possui uma comunidade ativa de desenvolvedores. O Zephyr RTOS é amplamente utilizado em projetos de hardware livre devido à sua flexibilidade, eficiência e recursos avançados.

Logo Zephyr RTOS - Fonte: Wikipedia

• LibCamera: A LibCamera é uma biblioteca de código aberto que fornece uma API unificada para acesso a câmeras em sistemas Linux. Ela simplifica o desenvolvimento de aplicativos que utilizam câmeras, fornecendo uma interface consistente e abstração de hardware. A LibCamera é frequentemente usada em projetos de Hardware Livre que envolvem câmeras e visão computacional.

Logo LibCamera - Fonte: Github

• Chipyard: O Chipyard é um framework de código aberto para a criação e design de sistemas de computação baseados em chips RISC-V. Ele fornece uma infraestrutura completa para o desenvolvimento de chips personalizados, incluindo ferramentas de design, fluxos de trabalho e modelos de referência. O Chipyard é utilizado em projetos de Hardware Livre que visam criar processadores RISC-V personalizados e explorar a arquitetura aberta.

Logo ChipYard - Fonte: ChipYard

Esses são apenas alguns exemplos de softwares que desempenham um papel importante no desenvolvimento de Hardware Livre. No entanto, é importante ressaltar que existem muitas outras iniciativas e ferramentas disponíveis.

Como contribuir

A forma de contribuição varia significativamente de um projeto para outro, com muitos deles sendo hospedados em plataformas populares como GitHub e GitLab, enquanto outros optam por meios de distribuição e contribuição próprios.

Nos projetos hospedados no GitHub e GitLab, os mantenedores frequentemente disponibilizam “issues” que listam tarefas a serem corrigidas ou implementadas. Essas issues permitem que os colaboradores identifiquem áreas em que podem contribuir. Ao utilizar essas plataformas, você pode examinar as issues abertas em um projeto e identificar tarefas específicas que precisam ser implementadas.

Uma abordagem comum é fazer um fork (uma cópia independente) do projeto original, realizar as modificações necessárias no seu fork e, em seguida, enviar um “merge request” para os mantenedores do projeto original. Isso permite que eles revisem suas alterações e as incorporem ao projeto principal, se considerarem adequadas.

Essa abordagem de “fork” e “merge request” facilita a colaboração em projetos de open sources, permitindo que desenvolvedores de diferentes partes do mundo contribuam com suas habilidades e ideias para melhorar o projeto. Além disso, muitas plataformas também oferecem recursos de discussão e comunicação, como comentários em issues e pull requests, que ajudam na troca de informações entre os colaboradores.

É importante destacar que cada projeto pode ter suas próprias diretrizes e processos de contribuição. Portanto, é sempre recomendado consultar a documentação e as orientações específicas de cada projeto antes de iniciar sua contribuição. Isso garantirá uma melhor compreensão das práticas recomendadas e ajudará a otimizar o processo de colaboração.

Projetos que estou contribuindo atualmente

• Caninos Loucos: Estou contribuído com o desenvolvimento do SDK da placa labrador, para permitir a utilização de recursos da mesma utilizando a linguagem de programação Python.
• Bibliotecas para LoRa: Atualmente estou portando bibliotecas para possibilitar o uso a tecnologia LoRa com diversos microcontroladores.
• Projetos Próprios: Atualmente estou desenvolvendo diversos projetos de hardware e os disponibilizando de forma open source. Tais projetos incluem estações meteorológicas, CubeSATs e outras coisas.

Referências para aprender

• Devopedia: https://devopedia.org/open-source-hardware
• Projeto GNU: https://www.gnu.org/philosophy/free-hardware-designs.pt-br.html
• CCSL USP: https://ccsl.ime.usp.br/
• LKCAMP: https://lkcamp.dev
• BZOIDE: https://bzoide.dev
• Franzininho: https://franzininho.com.br/
• Embarcações: https://gitlab.com/embarcacoes

Algumas comunidades

Existem diversas comunidades que se dedicam ao estudo e desenvolvimento de Hardware Livre. Algumas delas são:

• Grupo de estudos em Sistemas Embarcados e Hardware da Unicamp (Embarcações): Essa comunidade é voltada para estudantes e entusiastas interessados em sistemas embarcados e hardware. É possível acessar o telegram da comunidade pelo seguinte link: https://t.me/+PdSj1sTUFSIyOGVh
• Grupo de afinidade de Hardware Livre do LKCAMP: O LKCAMP é uma comunidade focada em software livre, e possui um grupo de afinidade específico para Hardware Livre. Você pode participar desse grupo no seguinte link: https://t.me/lkcamp/15255

Fontes

Uzebox. Wiki. Disponivel em: https://uzebox.org/ Acesso em: 30/05/2023

FRANZININHO. Sobre o FRANZININHO. Disponivel em: https://franzininho.com.br/#sobre Acesso em: 30/05/2023

Arduino. Arduino Hardware. Disponivel em: https://www.arduino.cc/en/hardware Acesso em: 30/05/2023

RepRap. Wiki. Disponivel em: https://reprap.org/wiki/RepRap Acesso em: 30/05/2023

Caninos Loucos. Programa. Disponivel em: https://caninosloucos.org/pt/program-pt/ Acesso em: 30/05/2023

EMBARCADOS. Open source hardware: Conheça a definição e as boas práticas. Disponível em: https://embarcados.com.br/open-hardware-definicao/ Acesso em: 30/05/2023

WikiPédia. Hardware Livre. Disponivel em: https://pt.wikipedia.org/wiki/Hardware_livre Acesso em: 30/05/2023

“Assim como o software livre liberta o código, o Hardware Livre liberta a essência do mundo físico. É a liberdade em suas mãos, moldando o futuro por meio da tecnologia que você pode ver, tocar e transformar.”