Функціональне програмування з MCU

Функціональні мови, такі як Haskell, LISP або Scheme, дозволяють програмісту швидко працювати, використовуючи функціональну парадигму програмування . Вони мають свою неефективність , але мій додаток робить більший акцент на ефективності програміста, ніж на ефективності самої програми.

Я б хотів використовувати функціональне програмування на мікроконтролері для управління машиною тощо.

Які обмеження існують, наприклад, мінімальні системні ресурси?
Який приклад реалізації цих мов доступний?

ARMPIT SCHEME - інтерпретатор мови схеми (лексично-діапазонний діалект Lisp), який працює на мікроконтролерах RISC з ядром ARM. Він заснований на описі в переглянутому звіті про алгоритмічну мовну схему (r5rs), з деякими розширеннями (для вводу / виводу) та деякими упущеннями (для вміщення в пам'ять MCU). Крім того, він розроблений для підтримки багатозадачності та багатопроцесорності. Очікується, що схема пахви буде добре підходити до навчальних закладів, включаючи студентські проекти на курсах з контролю та приладів, або курси з дизайну шапочки, де потрібні мікроконтролери. Він покликаний збагатити спектр інтерпретованих мов, доступних для MCU (наприклад, BASIC і FORTH) і може бути альтернативою інтерпретаторам байт-кодів на базі MCU (наприклад, для Scheme або Java) та для компільованих мов (наприклад, C).

http://armpit.sourceforge.net/

Ти кажеш:

Використання C, C ++, складання тощо є досить неефективним порівняно з мовами, такими як Haskell, LISP або Scheme

Використання мов високого рівня - це більш ефективне використання програмного часу, але часто може бути менш ефективним використанням обчислювальних ресурсів. Для вбудованих систем, виготовлених за обсягом, вартість та продуктивність часто є пріоритетнішими, ніж зусилля з розробки.

Ви також можете запрограмувати контролери AVR за допомогою Haskell за допомогою Atom / Copilot, наприклад http://leepike.wordpress.com/2010/12/18/haskell-and-hardware-for-the-holidays/

C, C ++ і Assembly дуже близькі до машинної мови. Використовуючи мову вищого рівня, ви додаєте додаткові накладні витрати в обмін на більш швидкий / простіший / тощо.

Я нещодавно програмував плату ARM в Python, і думаю, що це чудово. Це не корисно для контролю в режимі реального часу, але я роблю більше матеріалів, пов’язаних з Інтернетом, що набагато приємніше на мові високого рівня, ніж на С.

Більшість мікроконтролерів все ще є 8 і 16-бітними пристроями (хоча це повільно змінюється). Два екземпляри мов вищого рівня (схема та Python), згадані в інших відповідях поки що, працюють на 32-бітних ядрах ARM. Менші 8 та 16-бітні пристрої (які можуть коштувати всього пару доларів) не мають достатньої кількості оперативної пам’яті для підтримки згаданих мов - зазвичай вони мають лише кілька КБ оперативної пам’яті.

Крім того, ці мови вищого рівня не розроблені для написання обробників переривань з низькою затримкою тощо. Незвично, що обробник переривання мікроконтролера може дзвонити сотні чи тисячі разів на секунду, і кожен раз, коли потрібно виконувати своє завдання в десятки мікросекунд або менше.

Можна виконати деякі функціональні програми з мовою Lua. Дійсно, Луа - мова мулі-парадигми; Вікіпедія стверджує, що це "сценарій, імператив, функціонал, об'єктно-орієнтована, заснована на прототипі" мова. Мова не застосовує єдиної парадигми, але натомість є досить гнучкою, що дозволяє програмісту реалізувати будь-яку парадигму, застосовну до ситуації. На це вплинула схема.

Особливості Lua включають в себе першокласні функції , лексичне обстеження та закриття та супроводи , які корисні для функціонального програмування. Ви можете бачити, як ці функції використовуються на вікі користувачів Lua, на якій є сторінка, присвячена функціональному програмуванню . Я також натрапив на цей проект Google Code , але не використовував його (він, як стверджує, на нього впливає Haskell, інша мова, яку ви згадали).

eLua - це реалізація, яка доступна, налаштована для декількох плат розробок для архітектур ARM7TMDI, Cortex-M3, ARM966E-S та AVR32 і є відкритим кодом, щоб ви могли налаштувати її для власної платформи. Lua реалізований в ANSI C, і все джерело важить менше 200 кБ, тому ви повинні мати можливість створити його для більшості платформ із компілятором C. Рекомендується принаймні 128 кб Flash та 32 кб оперативної пам’яті. Я зараз працюю над портом PIC32 (все ще перебуваю на етапі "Отримати дошку PIC32").

Чудова річ у Lua полягає в тому, що вона була розроблена як клейова мова, тому писати розширення на C дуже просто (наприклад, переривання тощо), і використовувати динамічні, інтерпретовані функції мови, щоб робити це швидко розвиток у логіці програми.

Lua не є суто функціональною мовою, але ви можете робити багато функціональних програмувань на ній, це швидко і мало ( порівняно з іншими мовами сценаріїв ), і вам не потрібно переробляти свій пристрій, щоб спробувати програму. Є навіть інтерактивний перекладач!

"Чи існують способи зробити функціональне програмування з функціональною мовою на MCU для вирішення складних проблем?"

Так, є способи. Але недолік - вам потрібен 32-бітний процесор, MMU, 128 Мб оперативної пам'яті, SSD, RTOS та $$$.

Мікроконтролери відрізняються від мікропроцесорів. Мікроконтролер може бути лише 8-бітним процесором, 1К ОЗУ, 8К ПЗУ, але він має вбудовані UART, PWM, ADC тощо. І коштує він лише 1,30 долара.

Таким чином, ви можете працювати з усіма мовами високого рівня, але це коштує набагато більше.

Ця книга пропонує певний спосіб програмування з легким відчуттям FP. http://www.state-machine.com/psicc2/

Але справжні FP вимагають можливості конструювати функції під час виконання та передавати їх у вашу програму. Тут у нас є проблема: як ми можемо представити цю побудовану функцію? і як ми можемо ефективно виконувати цю функцію? У великій системі ми можемо використовувати динамічну компіляцію, яка генерує реальний машинний код на першому додатку функції. У MCU у нас є лише оперативна пам'ять, яка реалізує дуже примітивні компілятори, такі як ядро ​​Forth.

Єдиний спосіб використовувати FP або OOP, якщо ви віддаєте перевагу, це метапрограмування : записуйте складні функціональні / OOP програми, які генерують програми для MCU (наприклад, вихідний код C або LLVM IL). У цьому варіанті ви не обмежуєтесь складністю парадигми чи методів програмування.