Levez vos boucliers ! Nouvelles cartes en vue !

Un facteur majeur du succès d’Arduino, en particulier à ses débuts, fut incontestablement l’industrie artisanale de cartes complémentaires créées et vendues par des tiers. Ces cartes d’interface, appelées shields (boucliers, en français), sont compatibles avec les embases propres au format Arduino que partagent les cartes Diecimila, Duemilanove et la série Uno, l’actuelle génération de cartes. Ces shields permettent aux concepteurs d’étendre les fonctionnalités des cartes Arduino de base en leur offrant la possibilité d’intégrer rapidement divers capteurs et actionneurs à leurs projets Arduino. Les véritables points forts de ce système sont l’interopérabilité et la possibilité d’insérer plusieurs shields sur une même carte. Ainsi, de nombreux fabricants de systèmes embarqués proposent aujourd’hui des cartes de développement compatibles avec les shields Arduino (figure 1).

Figure 1 : les shields permettent une conception modulaire personnalisée en complément des cartes de développement Arduino de base (Source : Mouser Electronics)

Malgré le succès du format original d’Arduino, l’entreprise ne s’est pas privée d'en proposer d’autres, avec pour point commun d’être toujours aussi simples à bidouiller et à programmer. L’électronique des cartes Arduino a bien entendu évolué au fil des années. Elles ont notamment été dotées de microcontrôleurs plus modernes afin d’augmenter la puissance de calcul et enrichies de nouveau matériel afin d’intégrer de plus nombreuses fonctionnalités, dont les protocoles de communication sans fil Wi-Fi^™ et Bluetooth^™. Arduino a même publié des manuels de technologie et d’apprentissage destinés à servir de support à des cours de science et de robotique. Voici à présent un bref tour d’horizon des évolutions matérielles les plus notables.

1. Mega : cette carte se démarque physiquement de la Uno par sa taille. Beaucoup plus grande, elle dispose aussi d’un plus grand nombre de broches d’E/S avec dans sa version actuelle 54 broches d’E/S numériques ainsi que 16 entrées analogiques et 4 UART. Elle offre ainsi aux concepteurs plus de flexibilité et la possibilité de créer des systèmes plus complexes (figure 2).

Figure 2 : l’Arduino Mega (Source : Mouser Electronics)

2. Micro et Nano : comme leurs noms l’indiquent, la Micro et la Nano sont beaucoup plus petites que l’Uno. Leur taille réduite en fait d’excellentes cartes pour des conceptions finales ou des applications soumises à de fortes contraintes de taille.
3. Lilypad : cette carte a été créée tout spécialement pour les passionnés de wearables. Un fil conducteur remplace le fil traditionnel pour connecter les composants.
4. MKR : la gamme de cartes MKR est la première tentative d’Arduino pour rapprocher le marché des créateurs de celui des professionnels. Si les cartes de la famille MKR sont toutes compactes, elles proposent par ailleurs une grande variété d’architectures, de protocoles de communication, de capteurs (à l’aide de shields), d’actionneurs et d’interfaces système. On trouvera ainsi des cartes MKR avec protocoles sans fil Wi-Fi, LoRa et GSM. Elles peuvent en outre s’enrichir de quelques shields pour interagir avec des moteurs à courant continu, des CANbus et des protocoles industriels RS-485.

Figure 3 : exemple de format Arduino MKR (Source : Mouser Electronics)

5. VIDOR 4000 : la VIDOR est la première Arduino à proposer une puce FPGA (Field Programmable Gate Array) associée à un microcontrôleur. La VIDOR est dotée du même microcontrôleur SAMD21 Cortex-M0 32 bits que les autres cartes MKR et peut donc être programmée à l’aide de l’IDE Arduino. Cependant, son FPGA n’a jamais vraiment réussi dans son entreprise de populariser l’usage de langages de description de matériels (HDL) comme Verilog et VHDL. Bien qu’il soit possible, moyennant des outils de puissance industrielle, de programmer la VIDOR avec un HDL, cette possibilité ne semble pas avoir séduit la majorité des créateurs (ni même des professionnels) auxquels cette carte s’adressait.
6. Portenta : la gamme de produits pour systèmes embarqués Portenta marque l’entrée d’Arduino sur le marché du matériel de développement pour professionnels. La gamme Portenta apporte de nombreuses améliorations matérielles qui en font un choix appréciable des applications industrielles, notamment dans le secteur automobile. En prévoyant la prise en charge intégrée de protocoles sans fil (Wi-Fi, BLE, LoRa, LTE Cat-M, NB-IoT, etc.) et de protocoles filaires hérités comme le RS-485, Arduino facilite la transition entre ancien et nouveau matériel tout en garantissant un système fiable et en apportant de nouvelles fonctionnalités telles que l’apprentissage automatique et les jumeaux numériques. Enfin, les efforts d’investissement livrés par Arduino dans le domaine de l'éducation s’avèrent payants, puisque les personnes qui auront fait leurs premières armes dans le monde de l’électronique sur une Arduino Uno n’éprouveront aucune difficulté à passer aux nouveaux produits Arduino de qualité professionnelle.
7. Nicla : la gamme Nicla s’adresse elle aussi aux professionnels, avec par exemple la Nicla Vision qui s’oriente vers les applications de vision par ordinateur reposant sur une IA (figure 4). Malgré la présence d’une caméra embarquée, la Nicla Vision dépasse à peine la taille d’un timbre. Elle peut dès lors être intégrée à des machines existantes avec un minimum de difficultés. La Nicla Sense ME possède le même format, mais offre quant à elle des fonctions de détection de mouvement et d’environnement de qualité professionnelle.

Figure 4 : la Nicla Vision est proposée comme carte de développement pour des applications de vision industrielle reposant sur une IA (Source : Mouser Electronics)

Dans les années 2010, Arduino entame sa mue et l’entreprise qui n’était encore qu’un petit constructeur de matériel devient peu à peu synonyme d’un véritable écosystème de systèmes embarqués. Elle publie en 2019 un programme de certification reposant sur des tests en ligne et validant les connaissances en électronique de base et en développement de logiciels ainsi que de certains aspects de l’écosystème Arduino. En septembre 2020, Arduino rachète à Google l’application pour smartphone Science Journal utilisée dans de nombreux cursus scientifiques (figure 5). Ce faisant, Arduino étend les capacités de l’application qui, outre les capteurs embarqués du smartphone, peut désormais aussi utiliser les capteurs présents sur la carte de développement Arduino Nano 33 BLE Sense.

Figure 5 : l’application Arduino Science Lab permet de visualiser les données des capteurs en un clin d’œil (Source : Arduino.)

Arduino aujourd’hui, Arduino demain

En jetant un regard rétrospectif sur l’histoire d’Arduino, qui abordera bientôt sa troisième décennie d’existence, on ne peut qu’être frappé par la remarquable ascension d’un écosystème qui a d’ores et déjà révolutionné l’apprentissage de l’électronique et qui a toutes les chances de signer encore de nombreuses réalisations. Quelle évolution depuis l’époque où Arduino n’était rien de plus qu’une carte de circuit imprimé à microcontrôleur 8 bits et un environnement de développement logiciel barebone conçu par des artistes ! L’entreprise s’inscrit dans le mouvement – pour ne pas dire qu’elle le mène – de ceux qui définiront l’avenir des systèmes embarqués.

Dans ce mouvement, deux grandes tendances méritent toute l’attention des développeurs de systèmes embarqués s’ils souhaitent rester compétitifs. La première de ces tendances est le déplacement en périphérie (edge computing) de l’intelligence artificielle à travers des applications telles que l’apprentissage automatique. L’électronique embarquée se trouve ainsi placée au point d’action, car elle ne nécessite plus de s’appuyer sur des serveurs haut de gamme pour effectuer toutes les tâches de calcul intensives. Des produits comme Portenta et Nicla, que nous avons déjà mentionnés plus haut, ainsi que des partenariats avec des sociétés comme Edge Impulse, prouvent qu’Arduino n’a pas l’intention de se reposer sur ses lauriers et a bel et bien pris le cap de l’IA.

La deuxième tendance est le déploiement progressif mais constant de l’Internet des objets conjugué à la récente émergence de technologies explicitement conçues pour l’IoT, par exemple le protocole réseau Thread. Arduino s’est donc récemment tournée vers le cloud computing et l’IoT (figure 6), notamment à travers un service hébergé d’abord nommé Arduino Create, puis rebaptisé Arduino Cloud en 2021. Ce service offre aux développeurs une plateforme cloud pratique permettant de surveiller et de commander à distance des solutions basées sur Arduino. Pour davantage de praticité, Arduino Cloud est complété par l’application Arduino IoT Cloud Remote disponible sous iOS et Android.

Figure 6 : la plateforme Arduino IoT Cloud fournit un écosystème complet pour gérer, visualiser et commander à distance des appareils connectés à Internet (Source : Green Shoe Garage)

L’avenir s’annonce radieux pour Arduino. Nous en voulons pour preuve que durant la rédaction du présent article, Arduino a publié une série d’annonces importantes concernant ses futurs matériels et services. En tête de celles-ci figure la sortie prochaine d’Opta, son tout premier microcontrôleur logique programmable (micro PLC) pour applications industrielles (figure 7). Opta pourra être programmé à l’aide de schémas en logique à relais (Ladder) et de schémas fonctionnels (FBD) aux normes industrielles. Arduino annonce également le lancement d’Arduino Cloud for Business. Cette plateforme destinée à un usage professionnel devrait transformer Arduino Cloud de la même manière que l’entreprise a déjà élevé sa gamme professionnelle en matériel de qualité industrielle. Cette offre business comprendra des fonctionnalités pour faciliter la fourniture, la surveillance et la mise à jour de périphériques basés sur Arduino, et ce, à grande échelle et en toute sécurité.

Figure 7 : l’Arduino Opta, premier micro PLC d’Arduino (Source : Arduino)

On n’a pas tous les jours 20 ans !

2023 marque la 20e année d’existence d’Arduino. Et que de changements dans notre monde depuis vingt ans ! À l’époque, il n’y avait pas d’iPhones ni d'appareils Android, Netflix n’était alors qu’une entreprise de location de DVD par correspondance et les systèmes embarqués étaient l’apanage des grandes entreprises et des bricoleurs les plus avertis. Entretemps, l’électronique a refaçonné le monde en se mettant de façon très pratique à la portée de tous ceux qui s’y intéressent. Même si Arduino n’est pas la seule entreprise à avoir contribué à ce nouveau monde, son mérite est d’autant plus grand qu’il ne s’agissait au départ que d’une petite entreprise lancée par cinq personnes dans une modeste école supérieure d’Ivrée, en Italie. Bonne continuation pour les vingt prochaines années, Arduino !

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