Как да създадете програми за Windows в Arduino

Веднъж ми дойде в главата абсурдната идея да събера 500 лазерни указки на едно място. Прекарах много време и го направих. Получи се зрелищно и безполезно, но ми хареса. Преди половин година ми дойде друга абсурдна идея. Този път не толкова зрелищна, но много по-полезна. Отново прекарах много време на нея. В тази статия представям бета версията на моята втора абсурдна идея.

Проектът нарекох Nanonyam (Наноням) и дори му създадох лого (рисувах цели 5 минути).

За тези, които мислят в термини на Arduino, може да се каже, че Nanonyam е виртуален Arduino шилд за управление на Windows.

С други думи, Nanonyam е виртуална машина, в която като байт-код се използва фърмуер за микроконтролер AVR (препоръчителен ATMEGA2560). Вътре в тази виртуална машина има симулатор на ядрото AVR, но вместо периферни устройства, които се намират по адреси в SRAM от 0x0060 до 0x01FF, се намира специален интерфейс към виртуалните функции (включително функциите на Windows API). И е много важно да се разбере веднага: кодът за Nanonyam не трябва да има никакви обращения към посочения диапазон памет, за да не предизвика случайно, например, функцията за изтриване на файлове или форматиране на диска. Останалият диапазон памет SRAM от 0x0200 до 0xFFFF (това е повече от реалния микроконтролер) е достъпен за потребителя за всякакви цели. Сразу ще отбележа, че има специална защита от случайно стартиране на фърмуера на реалния микроконтролер (или фърмуер от друга архитектура): преди да активирате „опасните“ функции, трябва да извикате специална хитра виртуална функция. Има и някои други елементи на защита.

За да създавате програми за Nanonyam, е необходимо да използвате специални библиотеки, в които са реализирани всички налични в момента виртуални функции. Свалете виртуалната машина Nanonyam и библиотеките за нея може тук. А сега страницата с описание на виртуалните функции. И да, сайтът ми е много примитивен и не е адаптиран за мобилни устройства.

Програмата Nanonyam е безплатна за домашна и търговска употреба. Програмата Nanonyam се предоставя при условията „както е“. Изходният код не се предоставя.

В момента програмата е в етап на тестване. Реализирани са около 200 виртуални функции, които позволяват да се създават прости програми за Windows.
Очевидно е, че в такава виртуална машина не може да се създаде нещо сложно, тъй като паметта за код е само 256 кБ. Данните могат да се съхраняват в отделни файлове, а буферът за графичната част е реализиран външно. Всички функции са опростени и адаптирани за 8-битна архитектура.

Какво可以 да се направи в Nanonyam? Измислих няколко задачи.

Отработка на програмни блокове

Веднъж ми беше необходимо да разработя сложно меню за графичен дисплей 128×64 пиксела. Не исках постоянно да качвам фърмуер в реалния микроконтролер, за да видя как изглеждат пикселите. Така се роди идеята за Nanonyam. На изображението по-долу е показан екран от реалния OLED дисплей на един от елементите на това меню. Сега мога да го разработвам без реално устройство.

Nanonyam (в своята крайна концепция) е добро средство за отработка на програмни блокове за микроконтролери, тъй като има функции за работа с графика (може да имитира дисплеи и индикатори), с файлове (може да прави логове, да чете тестови данни), с клавиатура (може да чете до 10 бутона едновременно), с COM портове (тук има отделна точка).

Създаване на бързи програми

Например, необходимо ви е бързо да обработите 100500 текстови файла. Всеки файл трябва да се отвори, малко да се промени по даден прост алгоритъм, да се запази и да се затвори. Ако сте майстор на Python, поздравления, имате всичко необходимо. Но ако сте запален ардуинец (а такива не са малко), Nanonyam ще ви помогне в решаването на тази задача. Това е моята втора цел в Nanonyam: да добавя множество полезни функции като обработка на текст, създаване на скрийншотове или имитиране на натискане на клавиши в системата (всичко това вече е налично), а също и много други функции за решаване на рутинни задачи.

Тестване на хардуер през COM порт

Nanonyam може да служи като терминал, работещ по вашия алгоритъм. Можете да нарисувате малко меню за управление на устройството и да показвате данните, получавани от порта. Можете да запазвате и четете данни от файлове за анализ. Удобен инструмент за лесна отладка и калибриране на хардуер, а също и за създаване на прости виртуални панели за управление на устройствата. За студенти и млади учени този проект може да бъде много полезен.

Обучение по програмиране

Както и в целия проект Arduino, основната полезност на Nanonyam се състои в опростеността на функциите, интерфейса и загрузчика. Затова този проект трябва да бъде интересен за начинаещи програмисти и за тези, които са доволни от нивото на Arduino. Между другото, аз все още не съм изучил Arduino в детайли, тъй като винаги съм използвал WinAVR или AVR Studio и започнах с асемблер. Затова примерът с програмата по-долу ще бъде малко неправильен, но напълно работещ.

Здравейте, Хабр!

Време е да се запознаем с някои функции на Nanonyam и да напишем проста програма. Ще пишем в Arduino, но не по традиционния начин, а така, както умея в момента (казах, че все още не съм се запознал много добре с тази среда). Първо създаваме нов скеч и избираме платка Mega2560.

Запазваме скеча в файл и до него копираме библиотеката Nanonyam. Правилно би било да включим заглавията на библиотеките, но не знам как в Arduino да опиша компилация на отделни файлове, затова засега ще включим библиотеките директно (и всички наведнъж):

#include <stdio.h>
#include "NanonyamnN_System_lib.c"
#include "NanonyamnN_Keyboard_lib.c"
#include "NanonyamnN_File_lib.c"
#include "NanonyamnN_Math_lib.c"
#include "NanonyamnN_Text_lib.c"
#include "NanonyamnN_Graphics_lib.c"
#include "NanonyamnN_RS232_lib.c"

Още по-практично би било да направим специален модул “Nanonyam за Arduino”, който може да се инсталира директно от Arduino. Когато разберем как се прави това, ще го направя, а засега просто показвам същността на работата с виртуалната машина. Пишем такъв код:

//Сразу после запуска рисуем текст в окне
void setup() {
  sys_Nanonyam();//Подтверждаем код виртуальной машины
  g_SetScreenSize(400,200);//Задаём размер дисплея 400х200 точек
  sys_WindowSetText("Example");//Заголовок окна
  g_ConfigExternalFont(0,60,1,0,0,0,"Arial");//Задаём шрифт Windows в ячейке шрифтов 0
  g_SetExternalFont(0);//Выбираем ячейку шрифтов 0 для рисования текста
  g_SetBackRGB(0,0,255);//Цвет фона синий
  g_SetTextRGB(255,255,0);//Цвет текста жёлтый
  g_ClearAll();//Очищаем экран (заливка цветом фона)
  g_DrawTextCenterX(0,400,70,"Hello, Habr!");//Рисуем надпись
  g_Update();//Выводим графический буфер на экран
}

//Просто ждём закрытия программы
void loop() {
  sys_Delay(100);//Задержка и разгрузка процессора
}

Скечът с тази програма може да се изтегли тук. Подробно описание на функциите търсете на сайта. Надявам се, че коментарите в този код са достатъчни, за да разберете същността. Тук функцията sys_Nanonyam() играе роля на „парола“ за виртуалната машина, която премахва ограниченията на виртуалните функции. Без тази функция програмата ще се затвори след 3 секунди работа.

Натискаме бутона „Проверете“ и не трябва да има грешки.

Сега трябва да получим бинарен файл (прошивка). Избираме менюто „Скеч>>Експорт на бинарен файл (CTRL+ALT+S)«.

При това в папката със скеча ще бъдат копирани два HEX-файла. Вземаме само файла без приставката «with_bootloader.mega».

Има няколко начина да укажете HEX-файла на виртуалната машина Nanonyam, всички те са описани на тази страница. Предлагам да създадете файл до Nanonyam.exe файл Nanonyam.path, в който да впишете пълния път до нашия HEX-файл. След което можете да стартирате Nanonyam.exe. Получавате прозорец с нашето съобщение.

По аналогичен начин можете да създавате програми в други среди, например, в AVR Studio или WinAVR.

На това ще приключим с запознаването с Nanonyam. Основната идея би трябвало да е ясна. Има и други примери на сайта. Ако има достатъчно желаещи да използват този проект, ще направя повече примери и ще продължа да «пълня» библиотеките с виртуални функции. Приема се конкретни идеи за развитие на проекта и отчети за неизправности, бъгове и грешки. Желателно е да ги изпращате по контактите, посочени на сайта. Дискусионни коментари са добре дошли.

Благодаря на всички за вниманието и успешното програмиране!

Източник: habr.com