Arduino - programování v čistém C(++)

O Arduinu bylo napsáno mnoho hello world článků, většina z nich ale ukazuje zdrojový kód napsaný v jazyku Wiring který byl vyvinut pro snazší práci s Arduinem. Já tímto článkem půjdu proti proudu a onen hello world ukážu v čistém C.
Ve skutečnosti nejde o programovací jazyk, ale o knihovnu v C++, která díky různým technikám velmi usnadňuje práci s arduinem. Uživatelé tak programují v C++ a ani o tom neví. Protože jde ale o procesory, které mají proti klasickým PC velmi málo paměti a v praxi do nich uživatelé možná budou chtít implementovat rozsáhlou a složitou funkcionalitu, hodí se znát, jak obejít knihovnu, díky které výsledná „binárka” bobtná. Navíc Arduino není jedinou deskou s tímto procesorem, a tak se může stát, že knihovna Wiring na jinou desku, resp. jiný procesor nebude prostě připravená.

Jeden ze základních příkladů, takovou avrkovou hello world aplikací je blikání integrované ledky na pinu 13. Kód v „jazyce” Wiring vypadá takto:

void setup() {
  // nastavení digitálního pinu výstup výstup
  // pin 13 je na většině desek Arduina připojen na LED diodu
  pinMode(13, OUTPUT);     
}

void loop() {
  digitalWrite(13, HIGH);   // zapne LED diodu
  delay(1000);              // počká jednu sekundu
  digitalWrite(13, LOW);    // vypne LDE diodu
  delay(1000);              // počká jednu sekundu
}

Pokud bychom tento kód chtěli napsat v čistém C, vypadal by takto:

#include <avr/io.h>             // definice registrů DDRB, PORTB a pinů PBn

#define F_CPU 16.0E6 // pro potřeby časování je třeba nastavit
// frekvenci procesoru
#include <util/delay.h> // práce s časováním - funkce _delay_ms

// _delay_ms lze volat s maximální hodnotou 262.14 / F_CPU v MHZ, proto
// vytvoříme funkci, která bude čekat celou vteřinu

void _delay_s(const unsigned char sec){
unsigned char i = 0; // v C++ by mohla být definice ve for cyklu
for (i = 0; i < sec*10; i++){
_delay_ms(100);
}
}

int main (void) {
DDRB |= (1 << PB5); // nastaví bit5 na portu B (pin 13) na výstup

while (1) {
PORTB |= (1 << PB5); // nastaví bit5 na portu B na 1 (zapne LED)
_delay_s(1); // počká jednu vteřinu


PORTB &= ~ (1 << PB5); // nastaví bit5 na portu B na 0 (vypne LED)
_delay_s(1); // počká jednu vteřinu
}

return 1;
}

Jak je z kódu zřejmé, jde vlastně o totéž. Na rozdíl od Wiring varianty však C varianta pracuje přímo z registry procesoru, ty mohou být na různých čipech odlišné. Když bychom se však podívali do zdrojových kódů knihovny Wiring, našli bychom tam funkce, které dělají totéž, jen s omáčkou, která se stará o univerzálnost řešení.

Oba kódy přímo či nepřímo vyžadují knihovnu avr-libc, která je základní free knihovnou pro mikroprocesory AVR na kterých je Arduiono postaveno. Knihovna obsahuje to nejdůležitější co by mohl programátor AVR procesorů potřebovat. Najdeme v ní podporu pro práci s pamětí RAM i EEPROM, knihovnu stdio, stdlib, string i math a také knihovny pro časování, obsluhu přerušení nebo CRC výpočty.

Co ale v knihovně nenajdete jsou implementace kontejnery a iterátory, výjimky a žádné jiné třídy. C++ je v tomto směru jen otázkou syntaxe. Můžete tedy psát třídy, v nich používat identifikátor this a bez varovných hlášení kompilátoru použít například konstrukci (for int i = 0; i < 200; i++). Další a především podrobnější informace jsou k nalezení na stránkách projektu http://www.nongnu.org/avr-libc/.

K článku je připojen i Makefile, který je jednoduší variantou uvedenou právě na stránkách avr-libc v sekci Demo projects. Ten obsahuje pravidla pro kompilaci i flashování aruduina. Nahrání nového firmware (flashování) do vašeho procesoru lze provádět různými technikami. Budu předpokládat že jste majiteli Arduina, a proto můžete použít program [avrdurde]. Dnešní Makefile i zdrojový kód je vytvořen pro Arduino Uno, bude ale fungovat i na jiných procesorech typu AVR. Proto pokud máte jiné arduino, je třeba zkontrolovat schéma zapojení, kde se nalézá ona LED dioda a případně upravit port ve zdrojovém kódu. A také je nutné před kompilací nastavit správný typ procesoru. Samotný proces kompilace a flashování lze provést jedním:

$ make blink.flash

V příštím článku se podíváme na PWM. Jako alternativu přidám i kód pro jiný AVR čip, který lze u nás pořídit se vším všudy do 100 korun. K jeho flashování už ale potřebujete programátor, který je různě drahý.
Author:

Discussion

Your comment:

© 2023 Ondřej Tůma McBig. Ondřej Tůma | Based on: Morias | Twitter: mcbig_cz | RSS: articles, twitter