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Originaltitel:
Arduino and eForth
Inhalt des Buches:
All die Jahre habe ich nach Mikrocontroller-Plattformen gesucht, auf denen ich Menschen das Programmieren in der Sprache FORTH beibringen kann. Ich entwarf einen Schulungskurs, den ich Firmware Engineering Workshop nannte. Ich konnte einem aufgeschlossenen Ingenieur in etwa einer Woche beibringen, wie man in FORTH programmiert, und zwar mit einer einigermaßen fähigen Plattform, d. h. einem Mikrocontroller-Evaluierungsboard mit einem geladenen FORTH-Betriebssystem. Gute Plattformen sind kostspielig, und preiswerte Plattformen sind unzureichend. Was ich tat, war, ein beliebiges Mikrocontroller-Board zur Hand zu nehmen und es zu benutzen. Das hat nicht gut funktioniert, weil das, was ich gelehrt habe, von den Leuten zu Hause nicht einfach nachgemacht werden konnte. Die Leute waren frustriert, wenn sie die von mir demonstrierten Ergebnisse nicht reproduzieren konnten. Dann fand ich das Arduino Uno Board. Das Mikrocontroller-Evaluierungsboard, das ich benötige, muss einen Mikrocontroller mit vernünftigen Fähigkeiten haben. Ein 8-Bit-Mikrocontroller mit einem schnellen Taktgeber ist ausreichend. 16-Bit- oder 32-Bit-Mikrocontroller sind natürlich viel besser. Die Karte muss mindestens 8 KB ROM-Speicher und 1 KB RAM-Speicher haben. Außerdem muss sie über einen USART-Anschluss verfügen, um mit einem Terminalemulator auf einem Host-PC zu kommunizieren. Alle anderen E/A-Geräte sind das Tüpfelchen auf dem i. Je mehr, desto besser. Der Arduino Uno verfügt über alle oben genannten Komponenten. Außerdem ist er mit einem Preis von nur 29 $ sehr preiswert.
Er verwendet den ATmega328P, einen sehr interessanten Mikrocontroller, der über 32 KB Flash-Speicher verfügt, genug für ein FORTH-Betriebssystem, 2 KB RAM und viele E/A-Geräte, um umfangreiche Anwendungen zu erstellen. Der Arduino Uno verfügt außerdem über einen USB-Anschluss, über den er mit einem PC verbunden werden kann, und einen USART-Baustein im ATmega328P. Diese serielle Schnittstelle ist für ein FORTH-System notwendig, damit Sie den ATmega328P interaktiv über einen Terminalemulator auf dem PC ausführen und programmieren können - denn das komplette Forth befindet sich auf dem Chip. Der Arduino Uno ist ein schönes Gerät. Sie schließen ihn über ein USB-Kabel an Ihren PC an und können ihn so programmieren, dass er viele interessante Dinge tut. Sein Mikrocontroller ATmega328P, der mit 16 MHz läuft, ist sehr fähig, viele interessante Anwendungen auszuführen. Die Vorlage eines Sketches, die Software des Arduino 0022, fasst das Wesentliche der Firmware-Programmierung in zwei Anweisungen zusammen: setup() und loop(). Damit entfallen alle syntaktischen Anweisungen, die für ein normales C-Programm erforderlich sind, und Sie sehen nur den Kern einer Anwendung. Die Arduino-Software isoliert Sie jedoch von der komplizierten Natur des ATmega328P-Mikrocontrollers, seinem Befehlssatz und seinen E/A-Geräten. Stattdessen erhalten Sie eine Bibliothek mit nützlichen Routinen, die zum Erstellen von Anwendungen verwendet werden. Die Isolierung hilft Ihnen zunächst bei der Programmierung des Mikrocontrollers in einer C-ähnlichen Hochsprache.
Da es sich jedoch um einen 8-Bit-Mikrocontroller handelt, geht dem ATmega328P in der Sprache C das Gas aus, wenn die Anwendung Leistung verlangt. An diesem Punkt müssen Sie den ATmega328P bis an seine Grenzen bringen. Dann müssen Sie seinen Befehlssatz und alle seine E/A-Geräte lernen und ihn vielleicht in Assembler programmieren. Die beste Alternative ist die Programmierung des ATmega328P in der Sprache FORTH. FORTH macht den ATmega328P für Sie sichtbar. Sie können den RAM-Speicher, den Flash-Speicher und alle E/A-Geräte, die die CPU umgeben, interaktiv untersuchen. Sie können schrittweise kleine Codestücke hinzufügen und sie ausgiebig testen. Eine interaktive Programmier- und Debugging-Umgebung beschleunigt die Programmentwicklung erheblich und sichert die Qualität des Programms. Seit 1990 habe ich ein einfaches FORTH-Sprachmodell namens eForth gefördert. Dieses Modell besteht aus einem Kern von 30 primitiven FORTH-Befehlen, die in Maschinenbefehle eines Host-Mikrocontrollers implementiert werden müssen, und 190 zusammengesetzten FORTH-Befehlen, die aus den primitiven Befehlen und anderen zusammengesetzten Befehlen aufgebaut sind. Durch die Isolierung von maschinenabhängigen Befehlen von maschinenunabhängigen Befehlen kann das eForth-Modell leicht auf viele verschiedene Mikrocontroller portiert werden. Dieses Modell wurde auf den ATmega328P portiert, und das Ergebnis ist das 328eForth-System.
Weitere Daten des Buches:
| ISBN: | 9781726868471 |
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| Sprache: | Englisch |
| Einband: | Taschenbuch |
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