En los últimos años, ha habido algo de confusión con el término «placa de desarrollo», ya que se usan numerosos otros términos para describir las placas de software empleadas para el desarrollo de diseños, como «placas de demostración», «kits de evaluación» o «diseños de referencia».
En este artículo, explicaremos el significado de «placa de desarrollo» (imagen 1) y a ver en qué difieren estas del elemento más similar, los ordenadores de una sola placa (SBC). Seguiremos su progresión hasta el día de hoy y hablaremos de algunas tendencias para ver cómo pueden evolucionar en el futuro.

¿Qué es una placa de desarrollo?

Lo primero que necesitamos es una definición clara de placa de desarrollo y de la diferencia que hay entre esta y un ordenador de una sola placa (SBC). Normalmente, los fabricantes crean una placa de desarrollo para aprovechar las características de un microcontrolador, aunque el término ahora se aplica también a otros componentes. Un microcontrolador es un circuito integrado con un procesador, algo de RAM, una memoria flash y entradas y salidas para interactuar con el mundo real. Es como un ordenador en miniatura dentro de un encapsulado que se ha creado para que los desarrolladores puedan usarlo de forma sencilla a fin de controlar componentes externos como luces, motores pequeños, etc. Un SBC también ofrece estas funciones, pero la principal diferencia es que la CPU, la RAM y el almacenamiento están en distintos circuitos integrados de la placa, además de contener interfaces para conectarse a teclados o pantallas.
El microprocesador de un SBC necesita un sistema operativo, mientras que un microcontrolador usa un entorno de desarrollo integrado (IDE) diseñado por el fabricante. En muchos casos, los fabricantes crean placas de desarrollo con un microcontrolador con el objetivo de destacar las características de otros componentes, como sensores u otros circuitos integrados conectados. Estas placas se conocen como «placas de demostración» o «kits de evaluación». Cuando se montan para que el conjunto logre un objetivo tangible, se conocen como «diseños de referencia».
El objetivo principal de algunas placas no es el diseño del hardware, sino ofrecer acceso a los datos del mundo real a fin de que los desarrolladores de software puedan crear y ajustar algoritmos para aplicaciones de inteligencia artificial o aprendizaje automático. Es posible que estos diseños no se ajusten exactamente al propósito original de lo que debían ser las placas de desarrollo, pero actualmente, el término se usa para cualquier hardware empleado para el desarrollo de hardware y software en productos electrónicos.

El pasado
La primera placa de desarrollo con microcontrolador que atrajo la atención de los ingenieros se lanzó en 2006. Era una placa de creación de prototipos que se conoció más adelante como Arduino (imagen 1), y que fue adoptada rápidamente por una nueva categoría de diseñadores electrónicos, lo que incluía a aficionados e ingenieros aficionados. Arduino sentó las bases del éxito comercial de otros SBC y otras plataformas con microcontrolador que vendrían en el futuro. En 2008, apareció Beagleboard, una plataforma de desarrollo de bajo coste, código abierto y con el soporte de una comunidad. 2012 fue el año de la Raspberry PI, el primer ordenador de una sola placa. Al igual que Beagleboard, se diseñó como una plataforma de formación y de bajo coste para que los estudiantes pudieran aprender a programar. El atractivo de la Raspberry PI no se limitó a los estudiantes, y en poco tiempo empezaron a usarla entusiastas e ingenieros profesionales.

Imagen 2: la placa de desarrollo con microcontrolador de Arduino.

El presente
Actualmente, hay dos categorías principales de SBC: los privados y los de código abierto. Los SBC privados se suelen diseñar para aplicaciones finales y pasan por las mismas pruebas de calidad que otros productos de este tipo. Están integrados en equipos electrónicos o en un montaje en bastidor. En los SBC de código abierto, los usuarios pueden acceder al diseño y la distribución del hardware y a cualquier código fuente que utilicen. Esto significa que el usuario puede averiguar rápidamente cómo funciona el software y el hardware y personalizar el diseño para que se adapte a sus necesidades.
Las placas de desarrollo y los SBC de la actualidad vienen con una amplia variedad de tipos de procesador, desde los procesadores basados en el X86 en el entorno del ordenador tradicional (AMD e Intel) hasta los ARM empleados en aplicaciones móviles e industriales. Linux y sus derivados (Ubuntu, Fedora, Debian, etc.), Android y Windows CE, son los sistemas operativos más comunes en los SBC. Las placas de desarrollo con microcontrolador no necesitan un sistema operativo y se programan con un IDE suministrado por el fabricante. Tanto las placas como los SBC han ido evolucionando para incluir conectividad inalámbrica (wifi o Bluetooth) y las últimas interfaces de vídeo y audio. Esto significa que algunos SBC tienen características equivalentes a las de muchos ordenadores y tabletas.

El futuro: las placas de desarrollo como producto final
El objetivo original de los fabricantes de herramientas de desarrollo era que estas fueran un reclamo para vender sus microcontroladores a clientes potenciales (algo conocido en el sector como «design-in» o ganancia del diseño). Pensaban que si reducían el trabajo que los ingenieros debían hacer para poner en funcionamiento un componente y les facilitaban el acceso a todas sus características, sería mucho más probable que acabasen por escoger ese microcontrolador —junto con sus complementos— para el prototipo, lo que generaría un mayor número de pedidos si el componente en cuestión era el elegido para una fabricación a gran escala. Esta estrategia tiene sentido cuando no hay una gran diferencia entre las especificaciones técnicas de distintos proveedores. Sin embargo, algunos fabricantes han visto que este método ha acabado siendo víctima de su éxito: se dieron cuenta de que debían seguir reduciendo el trabajo necesario para que un ingeniero usara sus productos, así que la placa de desarrollo acabó siendo el factor diferencial, sobre todo en productos que son muy similares a los de la competencia.
Las expectativas de los ingenieros de diseño han acabado siendo tan grandes que, incluso para componentes con una ventaja competitiva clara (como la potencia o la velocidad), esperan disponer de placas de desarrollo con un nivel de accesibilidad «plug and play».
Los fabricantes han seguido aumentando su propuesta de calidad ofreciendo diseños de referencia con un microcontrolador y otros circuitos integrados (normalmente, sensores). Al principio, el objetivo era ofrecer una guía para demostrar cómo se podrían conectar los dispositivos para simular las funciones eléctricas de un producto final, y no se tenían en cuenta cosas como el factor de forma, el tamaño o la facilidad de fabricación. Sin embargo, algunos fabricantes han aumentado el nivel de estos diseños y han creado auténticos prototipos y, en algunos casos, productos finales totalmente viables.
Los diseños de referencia como la plataforma de sensores para la salud (HSP) de Maxim Integrated (ahora, parte de Analog Devices) son un ejemplo de cómo se ha producido esta evolución. La versión inicial consistía en una pequeña placa de desarrollo con diferentes sensores (temperatura, presión, acelerómetro, bipotencial, etc.) para aplicaciones de salud y entrenamiento físico, y se podía configurar con un microcontrolador. Las siguientes versiones, HSP2.0 y HSP3.0, tenían factores de forma preparados para el uso en la muñeca y un aspecto muy similar al de otros dispositivos llevables del mercado (imagen 3).

Imagen 3: el HSP3.0 de Maxim Integrated.

Gracias a esto, los desarrolladores podían evaluar la funcionalidad de sus sensores en el mundo real. Otro elemento importante es que estos diseños permitían el acceso libre a las lecturas del sensor (algo que no ocurre con otros dispositivos llevables y de entrenamiento físico). El objetivo era facilitar el desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial y aprendizaje automático para añadir valor a la aplicación.
Al mostrar que su hardware facilitaba el acceso a los datos, en Maxim esperaban que los desarrolladores escogiesen todos o algunos de sus CI en los sensores de sus productos. Maxim llevó esta estrategia hasta el punto de desarrollar el MAX HEALTH BAND (para la muñeca) y el MAX ECG MONITOR (para el pecho), dos dispositivos llevables de entrenamiento físico y salud totalmente terminados y viables. Aunque la idea no era venderlos directamente al consumidor, las empresas podían llegar a un acuerdo con Maxim para poner su marca en estos productos a cambio del correspondiente pago por los derechos.
Un producto de este tipo —totalmente funcional y con todo el trabajo de desarrollo completado— tiene el potencial de atraer a una base de clientes corporativos nuevos, más amplios y menos técnicos. Thingy:91, de Nordic Semiconductor, es otro ejemplo de plataforma de desarrollo en la que el hardware es prácticamente una parte secundaria con respecto al objetivo principal: ofrecer a los desarrolladores el acceso a los datos que necesitan para crear el software y los algoritmos con los que podrán materializar el valor intrínseco del hardware. Evidentemente, esto se hace de manera que ellos aparezcan como la opción más sencilla para crear nuevos productos y aprovechar los algoritmos. Probablemente, muchos otros fabricantes adoptarán esta estrategia en el futuro.

Un mayor uso de las placas de desarrollo en productos industriales
La adaptación de las placas de desarrollo y los SBC para el uso en productos comerciales es algo cada vez más común, pero otra tendencia al alza es su uso en aplicaciones de gran valor y bajo volumen, es decir, productos finales industriales como los PLC, que deben cumplir con una normativa más estricta que sus equivalentes comerciales.

Imagen 4: controlador lógico programable (PLC).

Las pruebas en placas para aplicaciones industriales
Muchos SBC actuales han acabado siendo diseños totalmente verificados, ya que sus componentes se habían diseñado originalmente para productos finales que habían superado las correspondientes pruebas de calidad. Esto también se debe a que, en los diseños de código abierto, hay una gran cantidad de diseñadores y programadores que revisan, actualizan y evalúan constantemente las placas y el software.
Ahora, las pruebas en las placas SBC se llevan a cabo mediante diseños de gran calidad y empresas de fabricación, y deben pasar por los mismos exigentes niveles de control de calidad que otros productos finales, lo que les permite obtener certificados CE o FCC. Este proceso de prueba se puede ampliar fácilmente para incluir los requisitos de los productos industriales.
Por otro lado, las placas de desarrollo con microcontrolador suministradas por fabricantes o terceros suelen ser adecuadas para usos comerciales, pero no suelen someterse a los mismos estrictos niveles de ensayos que los productos industriales. Por lo tanto, los fabricantes no pueden recomendarlos, en su formato actual, para estas aplicaciones.
Aunque algunas placas contienen componentes de categoría industrial, lo normal es que solo tengan la categoría comercial y que solo puedan funcionar a temperatura ambiente. Normalmente, los prototipos de placas de desarrollo se someten a pruebas a temperatura ambiente durante varios días o semanas, pero esto depende del fabricante, ya que no hay normas establecidas. El principal requisito de calidad de los fabricantes es que sus placas funcionen de un modo fiable a temperatura ambiente, así que los compradores deben tener en cuenta que es muy poco probable que hayan sido probadas con niveles extremos de temperatura o humedad. Además, tampoco suelen someterse a pruebas de respuesta al estrés provocado por niveles altos de vibración o golpes.
Como resultado, el principal objetivo a la hora de decidir qué placa de desarrollo vamos a utilizar en aplicaciones industriales es la reducción del riesgo. En estos entornos, los componentes de la placa deben tener la característica de temperatura adecuada. Sería sensato hacer una prueba de resistencia simultáneamente en varias placas, a alta temperatura y durante unos cuantos días. Lo mismo se puede decir de la humedad si tenemos previsto usar la placa en un producto que estará expuesto a un nivel alto. Cuando la placa se vaya a utilizar en aplicaciones con mucha vibración, debe montarse en un bastidor de prueba para probar su resistencia.

Conclusión
Con los SBC y las placas de desarrollo con microcontrolador, las pequeñas empresas disponen de un método práctico para comercializar rápidamente sus diseños sin el coste del desarrollo de nuevo software. Esto les permite centrarse en la innovación del software y, cada vez más, en el desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial. Las placas de desarrollo y los SBC se usan ya en un campo mucho más amplio que el previsto originalmente, y han generado un impacto enorme en la historia más reciente de la industria electrónica. Son cada vez más potentes, inteligentes y sensibles, pero siguen siendo accesibles fácilmente para profesionales y aficionados.

Mouser Electronics
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