Языки программирования микроконтроллеров: Языки программирования микроконтроллеров

Содержание

Программирование микроконтроллеров

Что такое микроконтроллер?

Современная электронная техника не обходится без такого устройства, как микроконтроллер. Как и у старшего брата – программируемого логического контроллера, его возможности очень широки.

Микроконтроллер, по сути, это полноценный компьютер, расположенный на небольшой цифровой микросхеме. На одном кристалле, как правило, располагаются такие устройства, как процессор, оперативная и долговременная память, устройства ввода-вывода, периферийные устройства и стандартные интерфейсы.

Долгое время программирование микроконтроллеров не могло обходиться без специализированных средств разработки, но сегодня, ввиду развития технологий и персональных компьютеров, с микроконтроллером может работать любой желающий специалист. Программирование микроконтроллеров является перспективным направлением, так как возможности применения таких устройств достаточно велики.

Программирование микроконтроллеров. Компоненты

Сам по себе микроконтроллер не является «конечным продуктом», который готов к использованию. Для того чтобы сделать микроконтроллер умным устройством, необходимо его запрограммировать.

Программирование микроконтроллеров обозначает запись, необходимых для выполнения команд, в постоянную память микроконтроллера (ПЗУ). Этот процесс не может осуществляться без таких компонентов, как: программатор (используется для записи программы в микроконтроллер), язык программирования и сама программа (должны быть понятны для микроконтроллера) и знание структуры и параметров микроконтроллера для его рационального использования.

В первую очередь необходимо отметить, что одним из самых важных компонентов в программировании микроконтроллеров является программатор. Он осуществляет взаимосвязь между компьютером и микроконтроллером.

Выбор программатора влияет на получение наилучшего результата. Хороший программатор имеет возможность не только записывать ряд команд в контроллер, но и считывать информацию. При необходимости программатор может выполнять и другие функции, такие как стирание, защита от чтения, и т.д.

Принципы программирования микроконтроллеров

Как правило, программирование микроконтроллера не подразумевает под собой написание именно исходного кода самой программы для получения нужного результата. Это сложный процесс проектирования заданного продукта. Процесс программирования микроконтроллеров происходит в несколько этапов:

Первый этап. Определение задач, которые должно выполнять микроконтроллер.

Известно, что проектирование любого устройства начинается с анализа технического задания. Исходя из заданных требований, формируется начальная элементная база. В некоторых случаях, когда решаемая задача является типовой и количество изменяемых параметров невелико,возможно использование готовых микросхем.

Второй этап. Создание или выбор структурной схемы устройства на основе заданного микроконтроллера.

На данном этапе программирования микроконтроллера необходимо учитывать, что написанная программа для прошивки микроконтроллера не может существовать отдельно от схемы устройства. Это означает, что любое изменение в принципиальной схеме устройства должно отображаться и на программе, написанной для него.

Также на данном этапе чрезвычайно важно разделить программную и аппаратурную части реализации алгоритма работы разрабатываемого устройства. Зачастую гораздо проще реализовать ту или иную задачу за счет аппаратных средств, нежели за счет программных и наоборот. Также при программировании микроконтроллера на этапе создания структурной схемы устройства необходимо распределить задачи таким образом, чтобы к выбранному микроконтроллеру не предъявлялось высоких требований производительности.

Третий этап. Создание программы для прошивки, на основе выбранного языка программирования.

Языки программирования микроконтроллеров по своей структуре очень похожи на языки программирования для универсальных компьютеров. Микроконтроллер, аналогично компьютеру, получает на вход машинный (двоичный) код. Такой код слабо воспринимается человеком и вследствие этого плохо подходит для отладки программ. Сложившаяся ситуация послужила появлению специализированных языков программирования для микроконтроллеров.

Четвертым этапом процесса программирования является запись программы в микроконтроллер с помощью программатора, а также сборка и подключение устройства.

Языки программирования микроконтроллеров

Языки программирования микроконтроллеров делятся на две группы:

низкого уровня
высокого уровня

Языком низкого уровня является Ассемблер. Здесь каждому оператору соответствуют не более одной машинной команды. Такой язык программирования очень громоздкий и нелегко понимается для человека. Тем не менее, альтернативы ему на данный момент практически нет, например, когда в процессе программирования микроконтроллера имеются ограниченные ресурсы, такие как 8-ми битные модели с ограниченным объемом памяти. Также данный язык обеспечивает достаточно большое быстродействие и компактность программного кода, что зачастую является немаловажным фактором.

К языкам высокого уровня можно отнести такие языки программирования микроконтроллеров, как PL/M, C/C++, Java, Pascal, Basic и другие. При работе с такими языками происходит увеличение производительности за счет замены одного оператора несколькими машинными командами. Языки программирования высокого уровня требуют больших затрат памяти, так как объем такой программы достаточно большой. Преимущество их использования, это возможность работы программы на различных микропроцессорах, при использовании программ-трансляторов.

В настоящее время в программировании микроконтроллеров наиболее часто используются языки Ассемблер и C/C++, так как обеспечивают компактность кода и быстродействие соответственно.

Среда программирования напрямую зависит от вида выбранного микроконтроллера. Универсальных сред программирования практически не существует, так как каждый вид микроконтроллеров имеет индивидуальную структуру и процесс записи программы в память.

Наиболее популярными средами программирования микроконтроллеров являются: FlowCode(практически единственная среда, позволяющая программировать сразу несколько видов микроконтроллеров PIC, AVR, ARM),AlgorithmBuilder (графическая среда программирования AVR микроконтроллеров),CodeVisionAVR, IAR Systems, CodeComposerStudio (CCS), Energia, Virtualbreadboard, FlashMagic, MPLAB, WinAVR, AtmelStudio.

Устройство и программирование микроконтроллеров AVR. Микроконтроллер и как его победить.

Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “Радиолюбитель“

Что такое микроконтроллер, и для чего он нужен. Давайте обратимся к его определению:

Микроконтроллер – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами, или по другому – простенький компьютер (микро-ЭВМ), способный выполнять несложные задачи.

То есть, по сути, микроконтроллер – это устройство, позволяющее воплотить в жизнь наши идеи (даже бредовые), но, естественно, в пределах своих возможностей. И самое главное, воплощение идеи в жизнь достигается не созданием навороченных электронных конструкций, а лишь только, в основном, силой нашей мысли (желаете стать волшебником?).

Наибольшей популярностью у радиолюбителей пользуются два вида микроконтроллеров:
– PIC – фирмы Microchip Technology
– AVR – фирмы Atmel

Сразу хочу сделать небольшое отступление и пояснить одну свою позицию. Я не собираюсь ни сейчас, ни потом, рассуждать о достоинствах того или иного вида микроконтроллеров, того или иного программного обеспечения, и вообще всего, что связано с микроконтроллерами, что-то советовать, но а тем более – навязывать читателям. Все это дело вкуса, личных предпочтений и поставленных конечных целей в изучении микроконтроллеров. Ну а так как “необъятное – не объять”, все свое дальнейшее повествование я буду вести применительно к микроконтроллерам AVR и, не очень распространенной, но мной любимой, программы “Algorithm Builder”.

У разных типов микроконтроллеров, программ, есть, конечно, различия, но многое у них и общее. А познавать мир микроконтроллеров мы будем так, чтобы потом, полученные знания можно было бы без проблем применить и к PICам, и к любому программному обеспечению. И еще раз напомню, данная серия статей – моя попытка помочь тем, кто впервые услышал о существовании микроконтроллеров и желает постичь работу с ними.

Что нужно для того, чтобы научиться работать с микроконтроллерами? Я бы выделил несколько, на мой взгляд, главных условий:
1. Желание и настойчивость.
Тут все очень просто: есть желание – все получится. А желание с настойчивостью – вообще, вещь суперская.
2. Знание устройства микроконтроллера.
Здесь не важны глубокие знания (да может и вообще не нужны), но знать, что имеется “на борту” микроконтроллера необходимо. Только зная из чего состоит микроконтроллер, какие устройства в нем есть, их возможности, как они работают – только тогда мы сможем использовать возможности микроконтроллера на полную катушку.

3. Знание языка программирования и команд управления микроконтроллером.
Как будет работать микроконтроллер, какие задачи вы на него возлагаете и как он будет их выполнять, определяется заложенной в него программой – программой которую для микроконтроллера составляете вы сами. И на этом пункте мы остановимся несколько подробней, чтобы рассмотреть вопросы, которые могут появиться в будущем.

Программа (в переводе это слово означает – “предписание”) – предварительное описание предстоящих событий или действий.

К примеру, мы хотим, чтобы микроконтроллер мигал светодиодом. Простенькая задача, но тем не менее, для того, чтобы микроконтроллер выполнил эту задачу, мы предварительно должны, шаг за шагом, описать все действия микроконтроллера, написать программу, которую он должен выполнить для получения нужного нам результата – мигающий светодиод. Нечто, вроде такого:

♦ Зажечь светодиод:
– настроить вывод к которому подключен светодиод для работы на вывод информации
– подать на этот вывод логический уровень, который позволит зажечь светодиод
♦ Подождать некоторое время:
– перейти к подпрограмме формирующей паузу (которую тоже нужно “разжевать”)
– по выполнению подпрограммы паузы вернуться в основную программу
♦ Погасить светодиод:
– подать на вывод логический уровень, гасящий светодиод
и так далее.

С термином Программа неразрывно связан другой термин – Алгоритм (как Волк и Заяц, Том и Джерри).

Алгоритм – набор инструкций, описывающих порядок действия для достижения нужного результата.

Если в программе мы подробнейшим образом прописываем действия микроконтроллера, то в алгоритме мы определяем порядок действий микроконтроллера, на основе которых мы потом создадим программу. По аналогии с вышеприведенном примером:
♦ Зажечь светодиод
♦ Подождать некоторое время
♦ Погасить светодиод
и так далее.
Таким образом, алгоритм – это предшественник программы. И чем тщательно и продумано будет создан алгоритм, тем проще будет создавать программу.

Итого, программа для микроконтроллера – это последовательность действий микроконтроллера в виде набора команд и инструкций, которые он должен выполнить для достижения поставленных нами целей.

Команды для микроконтроллера имеют вид набора единичек и нулей:
00110101 011000100
так называемые – коды команд, а коды команд – это язык который понимает микроконтроллер. А для того, чтобы перевести наш алгоритм с русского языка на язык микроконтроллера – в эти самые наборы нулей и единичек, существуют специальные программы.
Эти программы позволяют описать порядок работы для микроконтроллера на более-менее понятном для нас языке, а затем перевести этот порядок на язык понятный микроконтроллеру, в результате чего получается так называемый машинный код – последовательность команд и инструкций (те самые нули и единички) которые только и понимает микроконтроллер. Текст программы, написанный программистом, называется исходным кодом. Перевод программы с языка программирования (исходного кода) на язык микроконтроллера (машинный код) производится трансляторами. Транслятор превращает текст программы в машинные коды, которые потом записываются в память микроконтроллера.
В таких программах порядок работы микроконтроллера описывается специальным языком – языком программирования. Язык программирования отличается от нашего, человеческого языка. Если наш язык общения служит в основном для того, чтобы обмениваться информацией, то:

Язык программирования – это способ передачи команд, инструкций, чёткого руководства к действию для микроконтроллера.

Существует множество языков программирования и их можно разделить на два типа:
– языки программирования низкого уровня
– языки программирования высокого уровня
Чем они отличаются. А отличаются они своей близостью к микроконтроллеру.
На заре зарождения микропроцессорной техники, программы писали в машинных кодах, то есть весь алгоритм работы последовательно прописывали в виде нулей и единичек. Вот так, примерно, выглядела программа:

01000110
10010011
01010010

Вряд-ли кто сможет разобраться в таком наборе комбинаций из двух цифр, а труд первых программистов был очень трудоемкий. Для облегчения своей жизни, программисты и стали создавать первые языки программирования. Так вот, чем ближе язык программирования к такому набору нулей и единиц тем больше он “низкого уровня”, а чем дальше от них – тем больше “высокого уровня”.
Самые распространенные языки программирования для микроконтроллеров:
– язык низкого уровня – Ассемблер
– язык высокого уровня – С (Си)
Давайте посмотрим на примере их различия (эти примеры абстрактные).
Допустим нам надо сложить два числа: 25 и 35.
В машинных кодах эта команда может выглядеть так:
00000101 1101001
На языке низкого уровня:
ADD Rd, Rr
На языке высокого уровня:
25+35
Различие языков низкого и высокого уровня видны невооруженным глазом, комментарии, как говорится, излишни.
Но давайте копнемся в этих примерах поглубже. Пример машинного кода разбирать не будем, так как он идентичен примеру на Ассемблере. По своей сути, Ассемблерные команды это те же машинные коды (команды) которым просто, чтобы не заблудиться в нулях и единицах, присвоены буквенные аббревиатуры. Ассемблерной командой ADD Rd, Rr мы ставим микроконтроллеру задачу сложить два числа, которые находятся (а для этого мы должны их туда предварительно записать) – первое в Rd, второе в Rr, а результат сложения поместить в Rd. Как видите мы ставим очень конкретную задачу микроконтроллеру: где взять, что с этим сделать и куда поместить результат. В этом случае мы работаем напрямую с микроконтроллером.
Команда на языке высокого уровня: 25+35, привычная для нас математическая запись, радующая наш глаз. Но в этом случае мы не работаем напрямую с микроконтроллером, мы просто ставим ему задачу сложить два числа. Результат и последовательность действий в данном случае будет тот-же, что и при выполнении ассемблерной команды: сначала эти два числа будут куда-то записаны, затем сложены а результат куда-то помещен.
И вот тут кроется главное отличие языков высокого уровня и низкого уровня. Если в Ассемблере мы контролируем весь процесс (хотим мы того, или нет): мы знаем где записаны эти два числа, и мы знаем где будет находиться результат, то в языке высокого уровня мы процесс не контролируем. Программа сама решает куда предварительно записать числа и куда поместить результат. В большинстве случаев нам это и не надо знать, ведь для нас главное итог – число 60 на выходе. Как результат, программы на языках высокого уровня более читаемы, приятны для глаза и меньше по размеру – ведь нам не приходится “лезть во все дыры” и расписывать каждый шаг микроконтроллера, программа это делает потом за нас, когда компилирует ее – переводит в машинные коды. Но тут есть и минус. Два одинаковых алгоритма написанных на Ассемблере и на Си, после преобразования их в машинные коды будут иметь разный размер: программа написанная на Ассемблере будет на 20-40% короче программы написанной на Си – черт его знает, каким путем идет Си для достижения нужного нам результата. И бывают случаи, когда нет доверия к языку высокого уровня и в программе на Си делают вставки кода, написанные на Ассемблере.
Профессиональные программисты, как правило, знают несколько языков программирования (или работают в команде, в которой есть специалисты по разным языкам), творчески соединяя их возможности и преимущества в одной программе. Ну а нам, любителям, надо знать хотя бы один язык (для начала), и начинать надо (а я в этом твердо уверен, и никто меня не переубедит) с языка низкого уровня – Ассемблера.

Ну что, я думаю и тут нам все понятно, – язык программирования изучать надо, по-другому – никак.

Команды и инструкции для управления микроконтроллером.
У микроконтроллеров AVR более 130 различных команд, которые позволяют ему реализовать все заложенные в нем возможности. Но сразу скажу – мало кто из любителей знает их все и тем более пользуется всеми. Обычно, в любительской практике хватает знания и половины команд, а то и меньше. Но изучать команды надо. Чем больше команд вы будете знать, тем изощреннее (в хорошем смысле слова) и элегантнее программы будут получаться.

Итого, будем считать, что желание у нас есть, настойчивость проявим, язык изучим, команды освоим, и, как итог, – одержим победу!

В следующей статье мы побеседуем, о том, что часто вгоняет начинающих в ступор – о системах счисления и их связи с микроконтроллером.

Следующие статьи:
♦ Микроконтроллер и системы счисления
♦ Микроконтроллер и логические операции
♦ Общее устройство микроконтроллера
♦ Арифметико-логическое устройство и организация памяти – память программ, память данных, энергонезависимая память
♦ Регистры общего назначения, регистры ввода/вывода, стек, счетчик команд
♦ Регистр состояния SREG
♦ Порты ввода/вывода микроконтроллера

Прграммирование микроконтроллеров.

Базовый уровень. | Festo Курс позволит научиться работать с современными микроконтроллерами, работать в различных IDE-средах, использовать симуляцию, создавать собственные программы.

Целевая аудитория: обслуживающий персонал КИПиА, операторы, инженеры, преподаватели и тренеры.

Основные темы курса:

Что такое микроконтроллеры. Разновидности. Основные сферы применения.
Языки программирования микроконтроллеров.
IDE среда – основные понятия.
Разновидности сред разработки управляющих программ для микроконтроллеров.
Краткое знакомство с IDE средами разных производителей.
IDE среда CodeVisionAVR – первое знакомство.
Интерфейс CVAVR, меню, окна.
NewProjectWizard – создание нового проекта.
Конфигурирование проекта, выбор микроконтроллера.
Параметрирование функций и свойств микроконтроллера.
Программаторы микроконтроллеров AVR. Интерфейсы программирования.
Внутрисхемное программирование. Интерфейс ISP.
Основы электротехники.
ПО для разработки и симуляции Proteus. Первое знакомство.
Интерфейс Proteus, назначение окон и меню.
Светоизлучающий диод, резистор, Blinker – первая программа.
Сборка отладочного стенда на контактной макетной плате.
Язык программирования С/С++.
Основные операторы языка С/С++.
Применение языка программирования С/С++ на практике.
Отладка программного кода в среде Proteus.
Отладка программного кода на экспериментальном стенде.

Участники:

Узнают типы современных микроконтроллеров, особенности подбора и применения.
Изучат основные среды разработки программ для микроконтроллеров.
Узнают особенности работы с программаторами.
Соберут, запрограммируют и отладят свой собственный проект на макетной плате.
Рассмотрят основные команды и особенности языка программирования С/С++.
Научатся выполнять отладку программного кода.

Начальная подготовка: базовые технические знания.

Продолжительность: 4 дня.

Сравнительный обзор распространённых языков программирования для микропроцессорных систем

В настоящее время для микроконтроллеров фирмы Atmel существует множество языков программирования: от классического BASCOM-AVRBasic[1] до Assembler и C. Наиболее распространёнными являются язык ассемблера и язык C. В этих языках реализованы практически все возможности программирования встраиваемых систем на данном типе микроконтроллеров[2].

Рассмотрим общие особенности программирования на этих языках для существующих микропроцессорных систем, а также частности программирования в аппаратной среде микроконтроллеров, как встраиваемых микро-ЭВМ.

В настоящее время в различных публикациях по вопросам программирования микропроцессорных систем и, в частности, систем на микроконтроллерах, утверждается приоритет языка программирования C и приводится ряд преимуществ этого языка программирования по отношению к языку ассемблера. Цель данной статьи – критически рассмотреть преимущества языка C по отношению к языку ассемблера, произведя сравнительный анализ данных систем программирования, являющихся основными при программировании микропроцессорных систем.

Как известно, все существующие языки программирования можно разделить на две основные категории:

языки программирования низкого уровня;
языки программирования высокого уровня.

К первой группе относят семейство языков ассемблера, например, Turbo Assembler, Macro Assembler. Эти средства разработки позволяют получить наиболее короткий и быстродействующий код.

Ко второй группе относятся упомянутые выше BASCOM-AVRBasic и язык программирования C.

Известно, что язык C, в некотором роде, занимает промежуточное положение, объединяя возможности языков высокого уровня с функциональностью языков ассемблера[3], однако, это не совсем так. Основные функции языков ассемблера имеют основанием низкоуровневый доступ к компьютеру, определяющий полноценную возможность управления процессором, что, с одной стороны, позволяет достигать максимальной скорости реакции программы на действия пользователя[4, с. 10], а с другой стороны позволяет достичь определённых преимуществ в размере конечного исполняемого кода программ[2].

У опытных программистов на языках высокого уровня, к которым всё-таки относится и язык программирования C, часто возникают возражения по описанным выше вопросам, основанные на том, что некоторые операторы языка C или даже Turbo Pascal напрямую преобразуются в машинные коды. Также допустимо утверждать, что такие языки программирования как FORTH обеспечивают непосредственный низкоуровневый доступ. Но несмотря на то, что C или иные языки программирования обеспечивают выполнение некоторых низкоуровневых операций, эти языки всё равно не могут сравниться с языком ассемблера в возможностях доступа к процессору [4, с. 9]. Высокоуровневые языки, несмотря на наличие возможности выполнения низкоуровневых операций, требуют комбинирования своих функций с функциями языка ассемблера, путём встраивания ассемблерного кода в код программ, написанных на этих языках[4, с.11][4, с.332][4, с.358].

Как уже было отмечено выше, ассемблер – это низкоуровневый язык программирования, что позволяет достичь значительного уровня оптимизации уже при непосредственном написании кода программы. При этом оптимизация достигается уже при программировании и её уровень контролируется непосредственно. Фактически, программируя, мы одновременно оптимизируем программу. При использовании автоматических компиляторов необходима синтетическая оптимизация. В настоящее время при программировании на языке C используются так называемые оптимизирующие компиляторы или оптимизаторы кода, например, компилятор фирмы Microsoft, упомянутый в статье [5].В таких системах оптимизация программного кода происходит при компиляции программы, то есть при преобразовании исходного текста программы в машинный код.

В настоящее время не существует единого мнения по вопросам доверия оптимизации, выполненной автоматически.

Обоснованием позиции, опирающейся на не совершенство синтетической оптимизации, может служить тестовый обзор [6]. Известно, что оптимизирующие компиляторы разных производителей имеют значительные различия при работе с различными комбинациями программного кода и по-разному переводят его в мнемонику конкретного микроконтроллера. Несмотря на то, что ядро и система команд микроконтроллеров AVR создавались в тесном сотрудничестве с фирмой IAR Microsystems, производителем компиляторов для языков программирования C/C++, как показано в обзоре [6] при использовании данного оптимизатора кода, также возможны неточности при генерации ассемблерных мнемокодов.

Несмотря на то, что автоматическая оптимизация кода значительно ускоряет разработку программ, часто она может приводить к трудно обнаруживаемым ошибкам конечного программного кода, рассмотрим следующий пример [7]:
unsigned short  int i;

void main (void)
{
DDRB  = 255;
PORTB = 0;
  while(1)
  {
    	if (PINB == 255) PORTB = 0;
    	else PORTB++;
    	for (i=0; i<10000; i++){}
	//Далее может быть иной программный код}}

Пример представляет собой программу на языке программирования C для микроконтроллера фирмы Atmel, семейства AVR. В верхней строке программы объявляется глобальная переменная i типа без знаковое короткое целое (unsigned short int), которая согласно [3, с. 18] имеет размер два байта и может принимать значения от 0 до 65535.  Данная переменная будет использоваться позднее для организации цикла задержки. Далее происходит инициализация аппаратных портов ввода-вывода микроконтроллера. Внутри бесконечного цикла while(1), значимость которого при программировании микроконтроллеров рассмотрена ниже, расположен программный код, изменяющий значение на контактах порта B микроконтроллера AVR по следующему правилу: если на всех контактах порта B обнаруживаются потенциалы единицы, то обнулить контакты, иначе увеличить значение в регистре-защёлке порта B. Последний цикл без выполняемого в теле кода предназначен для формирования задержки вывода для того, чтобы изменение потенциалов порта B можно было зафиксировать, например, с помощью светодиодов. Далее следует комментарий.
Если включить автоматическую оптимизацию, то компилятор сочтёт цикл задержки бесполезной тратой времени и исключит его из программы[7].  Таким образом, изменение параметров порта B не может быть зафиксировано. Если же программная задержка важна для разрабатываемой системы, то последствия могут оказаться непредсказуемыми.
Из вышесказанного можно заключить, что автоматическая оптимизация на данном этапе своего развития нуждается в изменениях и доработках и к её использованию не следует прибегать повсеместно, что делает её малозначительным преимуществом языков программирования высокого уровня.
В большинстве публикаций, посвящённых языку ассемблера [4, с. 11], указывается на непереносимость и аппаратную зависимость программ, написанных на нём, по сравнению с языками высокого уровня, такими как C. Однако, программы на языке C также могут быть аппаратно зависимыми и вследствие чего непереносимыми, особенно, при работе с графическими контроллерами. Некоторые функции неработоспособны при программировании под графические контроллеры различных производителей.  Таким образом, приходится разрабатывать различные наборы функций для прямого взаимодействия с драйверами видеокарт [8, с.249].  Кроме того, программы автоматической оптимизации кодов, созданные для языка C, о которых написано выше, сами являются аппаратно зависимыми и непереносимыми, например, считающийся одним из лучших компиляторов Intel C Compiler производит некорректную оптимизацию программ для процессоров других производителей [9].
	Известно утверждение, что программирование на языке ассемблера затруднено слабой читаемостью программ, что в свою очередь приводит к большему числу ошибок при программировании на этом языке, нежели на языке программирования C  [2]. В данном случае читаемость программ, как и количество в них ошибок, занесённых при программировании, зависит в большей степени от опыта, внимательности и стараний программиста, а также от того факта, насколько хорошо известен разработчику тот или иной язык программирования[4, с.  11]. Кроме того, за якобы лучшей читаемостью программ, написанных на языке программирования C, скрывается множество недокументированных возможностей, как отрицательно, так и положительно влияющих на правильную работу конечного программного продукта. Язык программирования C – громоздкий язык. Таким образом, хотя разработка программ на языке C, при поверхностном взгляде, быстрее программирования на языке ассемблера, однако программирование на нём требует знания нюансов, без которых написание корректно работающих программ невозможно [10, с.104]. Язык ассемблера, в свою очередь, представляет собой набор простых правил, изучив которые, можно уверенно программировать на нём, а знание и изучение архитектуры целевой микропроцессорной системы упрощает процесс программирования и последующего чтения программ [7]. 
Сегодня большинство программистов убеждены, что одним из основных преимуществ языка C по отношению к языку ассемблера является наличие библиотечных программ, например, подпрограмм вычисления сложных выражений, вида (x* 2 + 8) [4, с. 11]. Несмотря на удобство программирования с их использованием, следует признать, что отсутствие встроенных библиотечных программ, скорее преимущество языка ассемблера, нежели его недостаток, так как при использовании таких программ в языках высокого уровня теряется возможность полного управления ресурсами компьютера и, следовательно, возможность написания максимально эффективных, быстрых и компактных программ, кроме того существует большое количество ассемблерных библиотек, позволяющих выполнять операции, характерные для языков высокого уровня[4, с.11], например, стандартные библиотеки адресации для микроконтроллеров фирмы Atmel, позволяют обращаться к регистрам и портам микроконтроллера аналогично программам на C, в противном случае пришлось бы вручную изучать адреса регистров и вносить их в управляющие конструкции [11].
Из всего вышесказанного может сложиться впечатление, что автор данного обзора является противником программирования на языке C.  Это не так, в течение пятнадцати лет программирования автора, из которых десять лет посвящено изучению языка C, к изучению которого автор приступил ранее, чем к изучению языка ассемблера, был сделан вывод, что последний оказался практически эффективнее по сравнению с языком программирования C. В условиях программирования малых микропроцессорных систем и однокристальных микро-ЭВМ, к которым относятся микроконтроллеры, в частности фирмы Atmel, а такие технические особенности этих микроконтроллеров, как развитая регистровая память, включающая тридцать два регистра общего назначения, исключают необходимость использования сложных высокоуровневых языков программирования, хотя и допускают её [11].
Как можно заключить из вышеописанного, преимущества языка программирования C достаточно спорны. В настоящее время он обладает одним принципиальным преимуществом, а именно знакомство с ним большинства программистов, которые программировали на нём изначально для персональных компьютеров с процессорами архитектуры x86.  Особенностью такой архитектуры является наличие единственного регистра, в общем используемого и для пересылок и для арифметических операций[4, с.53], в этих условиях переход к высокоуровневым языкам является естественным, но, как уже было замечено выше, технические особенности архитектуры Enhanced RISC, микроконтроллеров фирмы Atmel позволяют отказаться от высокоуровневых языков при программировании[11]. Таким образом, если большинство программистов по каким-то причинам не пожелали использовать или изучить язык ассемблера, язык программирования C подходит для использования в случаях, когда группа программистов работает над программным кодом для одной задачи. Здесь требуется достоверная читаемость кода каждым из них субъективно, и язык C становится своеобразным «Lingua Franca» программирования, подобно английскому языку.  Для написания же эффективных, быстродействующих и компактных программ язык ассемблера предпочтительнее языка C.
Общение автора данного обзора с программистами систем на микроконтроллерах, работающих с языком C и знающих его достаточно хорошо, показали, что они по непонятным причинам демонстрируют нежелание изучать и использовать язык ассемблера. Несмотря на то, что они часто сталкиваются с описанными выше «подводными камнями» языка при отладке программ, тратя на неё при этом значительное количество времени, язык ассемблера вызывает у них отторжение, как на техническом уровне, так и психологически. Причин неприязни они, зачастую, не называют, либо говорят об описанных выше спорных.
Как говорил классик программирования Дональд Кнут, «каждый, кто всерьёз интересуется компьютерами, должен рано или поздно изучить по крайней мере один машинный язык» [7].  Как показал опыт автора, проблемы в освоении языка ассемблера, связаны с недостаточным знанием английского языка.  Язык ассемблера – необычный компьютерный язык. Почти весь текст исходной программы состоит из непроизносимых слов cli, movsb, sbb [4, c. 17] в архитектуре x86, или ADD, TST, SBR, CBR,  RJMP [11] в архитектуре RISC, микроконтроллеров AVR, фирмы Atmel. Человек, не владеющий английским языком в должной мере, предпочитает распространённые языки программирования высокого уровня, где операторы если и не постигаются интуитивно, то зачастую имеют многозначное толкование в соответствии с множеством вариантов использования. Программисты запоминают операторы высокоуровневых языков программирования, в большей степени основываясь не на логике, которое несёт название функции, а на логике выполняемых оператором действий.  Например, студенты, изучающие немецкий язык, при изучении языка программирования BASIC, часто неверно произносят названия функций и команд данного языка программирования, но это не мешает им постигать программирование на этом языке [12, с. 5]. При изучении языка ассемблера мнемонические операторы имеют в большинстве случаев однозначное соответствие между названием оператора и выполняемым им действием и изучение в этом случае должно также основываться на знании, понимании и правильной интерпретации названий и расшифровок операторов для успешного программирования в будущем. Например, упоминавшийся выше, оператор cli, означает clear if, то есть сброс флага разрешения прерываний if и представляет собой сокращение [4, с.484], а оператор SBR аббревиатуру от Set Bit(s) in Register [12] и т. п. Кроме того, опыт автора показал, что большинство руководств по языку ассемблера для микроконтроллеров имеют также ошибки, намеренно или случайно допущенные при переводе на русский язык, и программа, написанная с использованием таких руководств неработоспособна. Только при использовании оригинальных, зачастую англоязычных руководств по применению языка ассемблера становится возможным их практическое применение, что является ещё одним стимулом к изучению английского языка программистами.
Отдельно хотелось бы заметить, что хотя язык ассемблера считается языком программирования для профессионалов [13, с. 104] [14 c. 130] он не так сложен. Преимуществами языка ассемблера является, низкоуровневый доступ к процессору, достижение максимальной скорости за счёт возможности полностью управлять процессом вычисления, компактность и скорость программ [4, с.10]. Программам на языке ассемблера присуща точность исполнения заложенного алгоритма в отсутствии описанных выше нюансов, основанных на своеобразном «языковом барьере» между высокоуровневым языком программирования и реальным вычислительным процессом, так как программы на языках высокого уровня преобразуются в машинные коды опосредованно посредствам промежуточного языка, ассемблерные мнемонические операторы имеют прямое соответствие «код-машинная операция»  [3],[4], [13],[14].  Как уже отмечалось выше, язык ассемблера чрезвычайно эффективен в условиях систем на микроконтроллерах фирмы Atmel, также большинство программ для микроконтроллерных систем сохранили условности характерные для традиционных технологий программирования, при которых имеется ограничение на используемые вычислительные ресурсы и от программ требуется прежде всего эффективность и компактность [15]. При таких условиях, в большинстве случаев, возможностей языка ассемблера достаточно, а возможности языка C избыточны.
В заключение хотелось бы процитировать авторитетного автора, специалиста по языку ассемблера, Тома Свана, в предисловии к своей книге «Освоение Turbo Assembler» он пишет: «…если кто-то вам говорил, что ассемблер очень сложен, не верьте.»[4, с.5].

Литература:

Atmel AVR Basic Compiler (BASCOM) // Официальный сайт [Электронный ресурс] – режим доступа: http://microcontrollershop. com/product_info.php?products_id=352

Программирование микроконтроллеров AVR // Электронный журнал «Мой робот» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://myrobot.ru/stepbystep/mc_programming.php

Глушаков, С.В., Программирование на C++ [Текст]  / C.В. Глушаков, Т.В. Дуравкина – М.:АСТ, 2008 – 685 с.

Сван, Том, Освоение Turbo Assembler: Пер. с англ. [Текст] / Том Сван – К.;М.;СПб.: Диалектика, 1996 – 544 с.

Оптимизация компилятора // Электронный журнал «Техника оптимизации» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://howoptimize. ru/optimization.html

Missed Optimization // Электронный журнал «EasyElectronics.ru» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://we.easyelectronics.ru/AVR/missed-optimization.html

 Ассемблер или C? // Электронный журнал «Controller systems» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://controllersystems.com/books/praktika_programmirovaniya_atmel_avr/assembler-ili-s.html

Фленов, Михаил, Искусство программирования игр на C++ [Текст] // Михаил Фленов – СПб. :БХВ-Петербург, 2006 – 256 с.

Придётся ли Intel убрать из компилятора функцию, намеренно выдающую плохой код для процессоров AMD? // Электронный журнал «Железные войны» [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.holyware.ru/viewtopic.php?f=52&t=2296

Касперски Крис, Сишные трюки // Крис Касперски – журнал «Хакер», август 2008 (116) 2008, с.104

Atmel AVR ATiny213 Datasheet // Atmel Microcontroller Manuals [Электронный ресурс] – режим доступа: http://www.myrobot.ru/downloads/datasheet_t2313.php

Сафронов И., Бейсик в задачах и примерах [Текст] // И. Сафронов – Д.;К.;М.;СПб.: БХВ-Петербург, 2000 – 224 с.

Авдюхин, Алексей,  Высокий уровень программирования // Алексей Авдюхин – журнал «Хакер», июль 07 (127) 2009, с.104

Лебединский, Юрий, Роман с ВМ // Юрий Лебединский – журнал «PC Magazine Russian Edition – Компьютер сегодня», №1 (127), январь 2002, с. 130

Павловская, Т.А., C/C++ Программирование на языке высокого уровня [Текст] / Т.А.Павловская – СПб.:Питер, 2004 – 461с.

Основные термины (генерируются автоматически): язык ассемблера, язык программирования, язык, AVR, высокий уровень, PORTB, микроконтроллер фирмы, программа, программирование, программный код.

Плата микроконтроллера SwiftIO на базе Arm Cortex-M7 предназначена для языка программирования Apple Swift

Язык программирования Swift был разработан Apple для iOS, iPadOS, macOS, watchOS, tvOS и Linux. Язык программирования работает с фреймворками Apple Cocoa и Cocoa Touch, а также с существующим кодом Objective-C, написанным для продуктов Apple.

MadMachine создала плату для разработки на базе Arm Cortex-M7 под названием SwiftIO, специально разработанную для языка программирования Swift с помощью MadMachine IDE и инфраструктуры SwiftIO.

Технические характеристики оборудования SwiftIO:

SoC – кроссоверный процессор NXP i.MX RT1052 Arm Cortex-M7 с тактовой частотой 600 МГц
Системная память – 32 МБ SRAM
Хранилище – слот для карты MicroSD с поддержкой SD-карт стандартной и большой емкости
USB – 1x разъем Micro USB для питания, 1x разъем Micro USB для последовательной связи
Расширение — 2x 46 GPIO разъема с 12x 12-битными аналого-цифровыми преобразователями (ADC), 4x UART, 2x CAN, 2x IIC, 2x SPI, 14x PWM
Разное — встроенный RGB-светодиод, кнопки загрузки и сброса
Электропитание — 5 В через порт Micro USB
Размеры — требуется уточнение

Схема распиновки

MadMachine IDE является эквивалентом Arduino IDE для плат, совместимых с Arduino, и позволяет разрабатывать программы Swift в Mac OS X или Windows, с поддержкой Linux.

Схема архитектуры программного обеспечения показывает, что плата использует операционные системы реального времени Zephyr, а MadMachine предоставляет высокоуровневый API для управления вводом-выводом с использованием языка программирования Swift.

Поскольку MadMachine IDE еще не доступна для Linux, мы установили IDE (270 МБ) на виртуальную машину Windows, и рабочий процесс разработки похож на то, что вы делали бы с платами Arduino, поскольку полученный двоичный файл загружается на плату через кабель micro USB. Вот как выглядит скетч Blink:

/// Turn on and off the onboard LED continuously.
/// Import the library to enable the relevant classes and functions.
import SwiftIO
 
/// Initialize the onboard green LED with other parameters set to default.
let green = DigitalOut(Id.GREEN)
 
/// Blink the LED over and over again.
while true {
    // Apply a high votage and turn off the LED.
    green.write(true)
    // Keep the light off for a minute.
    sleep(ms: 1000)
    // Apply a low voltage and turn on the LED. 
    green.write(false)
    // Keep the light on for a minute.
    sleep(ms: 1000)
}

Вы также можете посмотреть видео ниже, чтобы узнать, с чего начать.

Вы также найдете документацию и примеры кода на Github.

Плату SwiftIO Arm Cortex-M7 можно приобрести сейчас за 68 долларов в магазине MadMachine, а также есть комплект стоимостью 118 долларов с различными компонентами, такими как зуммер, резисторы, сервопривод и т. д., позволяющий начать разработку электроники с использованием Swift. Более подробную информацию можно найти на сайте MadMachine.io.

Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.

Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.

Программирование микроконтроллеров

Современный мир – это сплошь мир компьютеров и сложной техники – телефоны, компьютеры, вычислительная техника и многое-многое другое. Пользуясь всеми благами цивилизации, люди очень редко задумываются о том, как же, по сути, работает то ли иное устройство, в чем его главная особенность “жизнедеятельности”.

Если попробовать описать технику, как нечто живое, можно сказать, что сердце каждого изделия – это микроконтроллер, точнее, схемы на микроконтроллерах. Микроконтроллер по своей сути это схема, но схема непростая, очень хитрая и особенная схема.

Это такой себе маленький компьютер. Именно самый настоящий компьютер, потому как в этой схеме есть абсолютно все:

память постоянная,

память оперативная,

и многое-многое другое. Если микроконтроллер, то есть, как принято его называть МК, не есть сердцем той или иной техники, то уж ее мозгом является стопроцентно.

Когда появился и как развивался МК

Официальной датой появления на свет первого микроконтроллера можно считать 1971 год, именно тогда два инженера технолога популярной американской компании Texas Instruments представили миру свое изобретение – сложный однокристальный микро-ЭВМ. В том же году они запатентовали свое изобретение (получили на него патент).

Это время по праву можно назвать прорывом в области технологий, ведь до этого момента существующие кристаллы содержали в себе только один процессор, и это уже считалось сверхсложной схемой. Новые же однокристальные микро-ЭВМ в одном кристалле размещали и процессор, и оба вида памяти, и устройства ввода вывода.

Конечно, схемы на микроконтроллерах того времени практически невозможно сравнивать с современными, потому как они были намного проще и конечно более доступны для понимания. Сейчас такие схемы на микроконтроллерах по праву можно назвать микроконтроллеры для начинающих, подробнее тут. Но на то время они стали практически прорывом в области технологий и можно сказать, что после их появления развитие пошло семимильными шагами.
Отдельного внимания заслуживает также тема современного программирования микроконтроллеров, современное программирование микроконтроллеров сейчас осуществляется на нескольких языках:

язык ассемблера (самый распространенный),

У каждого из этих языков есть свой набор компиляторов для программирования. А для оптимизации работы используются своего рода симуляторы программирования, с их помощью можно намного проще провести отладку программы.

Предлагаю в качестве подарка скачать бесплатную книгу: причины зависаний на ПК, восстановление данных, компьютерная сеть через электропроводку и много других интересных фишек.
Еще больше интересных новостей, а главное общение, решений ваших проблем! Добавляйтесь в телеграм – https://t.me/mycompplus

Понравилась полезная статья? Подпишитесь на RSS и получайте больше нужной информации!

Программирование микроконтроллеров

Классификация и выбор микроконтроллеров

Организация памяти микроконтроллера

Порты ввода-вывода

Таймеры-счетчики

Прерывания

Аналого-цифровой преобразователь

Интерфейсы связи

Микропроцессором называется программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управление им. Микропроцессор реализуется в виде большой (БИС) или сверхбольшой (СБИС) интегральной микросхемы. Микропроцессор выполняет роль процессора в цифровых системах различного назначения.

Главной особенностью микропроцессора является возможность программирования логики работы.

Микроконтроллер (MCU) – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи. Использование одной микросхемы, вместо целого набора, как в случае обычных процессоров, применяемых в персональных компьютерах, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость устройств, построенных на базе микроконтроллеров.

Микропроцессорная система (МПС) представляет собой функционально законченное изделие, состоящее из одного или нескольких устройств, главным образом микропроцессорных: микропроцессора и/или микроконтроллера.

Микропроцессорное устройство (МПУ) представляет собой функционально и конструктивно законченное изделие, состоящее из нескольких микросхем, в состав которых входит микропроцессор; оно предназначено для выполнения определенного набора функций: получение, обработка, передача, преобразование информации и управление.

Основные преимущества микропроцессорных систем по сравнению с цифровыми системами на «жесткой логике».

Многофункциональность: большее количество функций может быть реализовано на одной элементной базе.
Гибкость: возможность исправления и модификации программы микропроцессора для реализации различных режимов работы системы.
Компактность: миниатюрные габариты микросхем и уменьшения их количества по сравнению с реализацией на «жесткой логике» позволяют уменьшить габариты устройств.
Повышение помехоустойчивости: меньшее количество соединительных проводников способствует повышению надежности устройств.
Производительность: возможность применения больших рабочих частот и более сложных алгоритмов обработки информации.
Защита информации: возможность защитить программу микропроцессора от считывания позволяет защитить авторские права разработчиков.

Хотя микропроцессор является универсальным средством для цифровой обработки информации, однако отдельные области применения требуют реализации определенных специфических вариантов их структуры и архитектуры. Поэтому по функциональному признаку выделяются два класса: микропроцессоры общего назначения и специализированные микропроцессоры. Среди специализированных микропроцессоров наиболее широкое распространение получили микроконтроллеры, предназначенные для выполнения функций управления различными объектами, и цифровые сигнальные процессоры (DSP – Digital Signal Processor), которые ориентированы на реализацию процедур, обеспечивающих необходимое преобразование аналоговых сигналов, представленных в цифровой форме.

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, ETHERNET;
аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
компараторы;
широтно-импульсные модуляторы;
таймеры-счетчики;
генератор тактовой частоты;
контроллеры дисплеев и клавиатур;
массивы встроенной флэш-памяти.

Идея размещения на одном кристалле микропроцессора и периферийных устройств принадлежит инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам Texas Instruments. Первым микроконтроллером был 4-х разрядный TMS1000 от Texas Instruments, который содержал ОЗУ (32 байта), ПЗУ (1 кбайт), часы и поддержку ввода-вывода. Выпущенный в 1972 году, он имел новую по тем временам возможность – добавление новых инструкций.

В 1976 году (через 5 лет после создания первого микропроцессора) на свет появился первый микроконтроллер фирмы Intel, получивший имя 8048. Помимо центрального процессора, на кристалле находились 1 килобайт памяти программ, 64 байта памяти данных, два восьмибитных таймера, генератор часов и 27 линий портов ввода-вывода. Микроконтроллеры семейства 8048 использовались в игровых консольных приставках Magnavox Odyssey, в клавиатурах первых IBM PC и в ряде других устройств.

На сегодняшний день среди крупных производителей микроконтроллеров следовало бы упомянуть Atmel, Microchip, ST Microelectronics, Texas Instruments, Freescale Semiconductor, NXP и др.

ресурсов для прототипирования: основы новых языков для программирования микроконтроллеров

Спецификации микроконтроллера

мало изменились за последние несколько десятилетий, но расширение языков и поддерживающего программного обеспечения открыло множество путей для разработки приложений.

В течение многих лет программирование микроконтроллеров предполагало выбор между двумя языками: C и ассемблер. Но с появлением новых языков, доступных для микропроцессоров, пользователи вынуждены принимать больше решений при разработке своих приложений.

Какой язык лучше? Четкого ответа нет, потому что это зависит от приложения, над которым вы работаете. Чтобы помочь вам спланировать свое развитие, вот подробное исследование различных языков, доступных для использования микроконтроллером, а также ресурсы для дальнейшего изучения. Вы также можете ознакомиться с нашей предыдущей статьей о языках для встраиваемых систем, которая охватывает Rust, Python, VHDL и Verilog.

C и сборка

До того, как для микроконтроллеров стали доступны новые языки, были доступны два варианта: C и Assembly.Давайте кратко рассмотрим их, прежде чем подробно рассматривать новые языки.

C – популярный язык микроконтроллеров, хотя он был разработан в начале 1970-х годов. Для использования с микроконтроллерами язык C работает хорошо, поскольку он может обрабатывать выделение памяти, а также выполнять сложные функции, такие как операторы if, циклы и математические выражения.

Assembly предлагает альтернативу C с некоторыми преимуществами. Ассемблер – это более старый язык, который часто использует код, специфичный для устройства, который конвертируется с помощью служебной программы ассемблера.Используя этот язык, пользователь имеет прямой доступ к ЦП, где процедуры могут быть тщательно отрегулированы для точных приложений синхронизации. Сборка предлагает лучшее использование ЦП, а также дополнительные наборы инструкций, которые C не поддерживает, такие как манипуляции с битами с помощью определенных инструкций BIT.

Подробнее:

MicroPython

Python – это многофункциональный интерпретируемый язык, известный своей простотой, ясностью и универсальной адаптируемостью. Эти особенности также делают язык слишком большим для микропроцессоров.Однако с помощью кампании на Kickstarter в 2013 году физик Дэмиен Джордж смог адаптировать Python в уменьшенную версию MicroPython, которая подходит для использования на микроконтроллере.

Код

MicroPython является открытым исходным кодом по лицензии MIT. Язык работает на «голом железе» микропроцессора с использованием небольшого подмножества стандартной библиотеки Python. Он может работать, используя только 256 КБ пространства и 16 КБ ОЗУ, но он разработан так, чтобы быть максимально совместимым с обычным Python.

Схема PyBoard, официальной платы микроконтроллера MicroPython. Изображение предоставлено MicroPython

Первоначально разработанный для работы в системах на базе ARM, включая BBC micro: bit, Adafruit Circuit Playground Express и MicroPython PyBoard, он также был доступен для других процессоров, включая ESP8266 и ESP32.

MicroPython отлично подходит для создания прототипов сложных проектов. На ESP8266, например, создание проектов IoT может быть выполнено с помощью нескольких простых вызовов функций, чтобы подключить проект MicroPython к локальной точке Wi-Fi и начать потоковую передачу информации брокеру MQTT.

Узнать больше:

Blockly

Blockly – это библиотека программирования с открытым исходным кодом, поддерживаемая Google, цель которой – сделать код визуально логичным с помощью блоков перетаскивания.

Вместо того, чтобы полагаться на слова и фразы, которые не имеют смысла в обычном разговоре, пользователи помещают блоки в среду и соединяют их вместе, чтобы определить, как работает программа. Например, вместо написания оператора IF пользователи перетаскивают блок IF на рабочее место, и результирующие действия также перетаскиваются внутри блока операторов IF.

Скриншот интерактивной демонстрации Blockly, любезно предоставленной Google for Education

После создания блока пользователи могут экспортировать свой код Blockly на нескольких языках, включая JavaScript, Python, PHP, Lua и Dart. Одним из преимуществ системы Blockly является то, что почти невозможно возникновение ошибок (не ошибок или ошибок, а просто старых ошибок), поскольку блоки требуют определенных соединений и не позволяют подключаться несовместимым блокам.

Хотя этот метод программирования доступен на многих платформах, включая Micro Bit и Adafruit Circuit Playground Express, он не предназначен для использования в конечном коммерческом продукте. Однако это очень полезно на этапах создания прототипа, особенно если требуется проверка концепции и изучение специфики устройства займет слишком много времени (например, регистров, битов конфигурации и конфигурации IDE).

Узнать больше:

Arduino C ++

Хотя его часто называют «языком программирования Arduino», на самом деле Arduino запрограммирован на старом-добром C ++ и использует подмножество библиотек, специфичных для Arduino.

Отличия Arduino C ++ от обычного C ++ заключаются в общих подпрограммах для микроконтроллеров, поскольку функции стандартной библиотеки C ++ не могут работать с их ограниченной мощностью и памятью.

Плата Arduino Uno. Изображение любезно предоставлено Arduino.

Использование этой уменьшенной версии C ++ делает этот язык очень доступным, поскольку многие дизайнеры уже знакомы с обычным C ++. Фактически, с помощью компилятора код может быть написан на C ++, а затем преобразован в код, который может использоваться Arduino.

Преимущество использования Arduino C ++ заключается в том, что он подходит для коммерческих сред, работает быстрее, чем более крупные языки, такие как Python, и очень портативен. Компиляция кода на ядре ARM изначально для Uno автоматически выполняется библиотекой с использованием общих функций.

Подробнее:

BASIC

BASIC – это язык, который впервые появился в 60-х годах и пережил свой расцвет с появлением персональных компьютеров в 80-х. BASIC (аббревиатура от All-Purpose Symbolic Instruction Code для начинающих) по-прежнему используется по сей день благодаря своей простоте и интерпретируемому характеру, что позволяет дизайнеру уделять больше внимания аппаратному обеспечению и меньше – программному обеспечению.

При использовании на микроконтроллере интерпретируется BASIC, что приводит к снижению производительности. Однако у языка есть преимущество в том, что он очень портативен. Любой код, написанный на BASIC, будет работать на любом устройстве, имеющем интерпретатор BASIC.

Изображение любезно предоставлено Чарльзом Р. Хэмптоном.

Два примера использования BASIC в микроконтроллерах – это BASIC Stamp (производимый Parallax) и PICAXE, которые производятся PICAXE и используют микроконтроллеры Microchip PIC.BASIC – хороший язык для прототипирования и даже разработки оборудования, но его следует избегать в коммерческих продуктах из-за его низкой скорости и энергопотребления.

Подробнее:

Заключение

Раньше при работе с микроконтроллерами проектировщику приходилось выбирать предпочитаемую платформу, а затем изучать язык, который она использует. С развитием языков и программного обеспечения в наши дни язык может решать, какую платформу будет использовать дизайнер. Если разработчик ищет конкретную функцию, такую как поддержка GPIO, сеть, возможность общаться через SSH или другие, то выбор языка и систем может быть важным фактором в поиске наилучшего пути разработки.

Язык, который выбирают пользователи, важен, но всегда полезно помнить, что не существует таких понятий, как «единственный лучший язык» или «единственный лучший микроконтроллер». В конце концов, лучший выбор – это то, что требует приложение.

ТОП-15 лучших языков программирования для встроенных систем

По мере того, как миллениалы продолжают стремиться к технологически устойчивому и инновационному обществу, мы начинаем осознавать реальный потенциал IoT (Интернета вещей) в нашей повседневной жизни.Устройства Интернета вещей меняют наш образ жизни более тонким образом, чем вы думаете. Каждое современное устройство – от вашего последнего Kindle до SmartWatch – является частью этого Интернета вещей. Эти устройства также необходимо программировать так же, как компьютер или мобильное устройство, их более традиционные аналоги. Программирование таких устройств известно как программирование встроенных систем. Однако программирование встроенных систем – немного более утомительная задача, чем думает большинство разработчиков. Они требуют низкоуровневого доступа к системе и должны использовать как можно меньше ресурсов.Таким образом, только избранный набор языков подходит для программирования встроенных систем.

Лучшие языки для программирования встроенных систем

Поскольку программисты сталкиваются с различными ограничениями ресурсов при программировании встроенных систем, они часто склонны выбирать языки с очень низким объемом памяти. Языки программирования старой школы, которые предлагают очень низкоуровневый доступ к оборудованию, лучше всего подходят для таких разработок. Ниже мы перечисляем 15 лучших языков для программирования вашей следующей встраиваемой системы.

1. C

Один из самых мощных языков программирования, который когда-либо появлялся, C является фактическим выбором для программирования встроенных систем. Это вовсе не удивительный факт из-за низкоуровневого доступа, предоставляемого этим языком. Низкое использование памяти скомпилированной программой на C также является фактором признания C как лучшего языка программирования для встроенных систем. Кроме того, этот статически типизированный язык также предлагает скорость, которой нет ни у одного другого языка программирования.