Arduino y eForth

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Título original:

Arduino and eForth

Contenido del libro:

Todos estos años he estado buscando plataformas de microcontroladores en las que poder enseñar a programar en lenguaje FORTH. Diseñé un curso de formación que llamé Taller de Ingeniería de Firmware. Podría formar a un ingeniero de mente abierta a programar en FORTH en aproximadamente una semana, con una plataforma razonablemente capaz, es decir, una placa de evaluación de microcontroladores con un sistema operativo FORTH cargado. Las buenas plataformas son expansivas, y las plataformas de bajo coste son inadecuadas. Lo que hice fue coger cualquier placa de microcontrolador a mano y utilizarla. No funcionó bien porque lo que yo enseñaba no podía ser replicado fácilmente por la gente en casa. La gente se frustraba cuando no podía reproducir los resultados que yo demostraba. Entonces, encontré la placa Arduino Uno. La placa de evaluación del microcontrolador que necesito debe tener un microcontrolador con capacidades razonables. Un microcontrolador de 8 bits con un reloj rápido es adecuado. Los microcontroladores de 16 o 32 bits son, por supuesto, mucho mejores. La placa debe tener al menos 8 KB de memoria ROM y 1 KB de memoria RAM. También debe tener un puerto USART para comunicarse con un emulador de terminal en un PC anfitrión. Cualquier otro dispositivo de E/S será la guinda del pastel. Cuantos más, mejor. Arduino Uno tiene todos los componentes que he enumerado anteriormente. También es barato, cuesta sólo 29 dólares.

Utiliza ATmega328P, un microcontrolador muy interesante que tiene 32 KB de memoria flash, suficiente para alojar un sistema operativo FORTH, 2 KB de RAM y muchos dispositivos de E/S para construir aplicaciones sustanciales. Arduino Uno también tiene un puerto USB que se conecta a un PC y un dispositivo USART en ATmega328P. Esta interfaz serie es necesaria para un sistema FORTH para que pueda ejecutar y programar ATmega328P de forma interactiva desde un emulador de terminal en el PC - ya que el Forth completo está en el chip. Arduino Uno es una máquina encantadora. Lo conectas a través de un cable USB a tu PC, y puedes programarlo para hacer muchas cosas interesantes. Su microcontrolador ATmega328P, que funciona a 16 MHz, es muy capaz de ejecutar muchas aplicaciones interesantes. La plantilla de un sketch, que es el software en Arduino 0022, captura la esencia de la programación de firmware en la fundición de aplicaciones de usuario en dos declaraciones: setup() y loop(). Elimina todas las declaraciones sintácticas requeridas por un programa C normal y te expone sólo el núcleo de una aplicación. Sin embargo, el software Arduino te aísla de la intrincada naturaleza del microcontrolador ATmega328P, su conjunto de instrucciones y sus dispositivos de E/S. En su lugar, se le da una biblioteca de rutinas útiles que se utilizan para construir aplicaciones. El aislamiento le ayuda inicialmente a programar el microcontrolador en un lenguaje de programación de alto nivel similar a C.

Sin embargo, al ser un microcontrolador de 8 bits, ATmega328P en lenguaje C se quedará sin gasolina cuando la aplicación exija rendimiento. En este punto, tendrás que bajar al metal desnudo para empujar ATmega328P a su límite. A continuación, tendrá que aprender su conjunto de instrucciones y todos sus dispositivos de E/S, y tal vez programarlo en lenguaje ensamblador. La mejor alternativa es programar el ATmega328P en lenguaje FORTH. FORTH expone ATmega328P a usted. Puede examinar interactivamente su memoria RAM, su memoria flash, y todos los dispositivos de E/S que rodean la CPU. Puede añadir incrementalmente pequeñas piezas de código, y probarlas exhaustivamente. Un entorno interactivo de programación y depuración acelera enormemente el desarrollo de programas y garantiza la calidad de los mismos. Desde 1990, he estado promoviendo un modelo de lenguaje FORTH simple llamado eForth. Este modelo consiste en un núcleo de 30 comandos FORTH primitivos que tienen que ser implementados en instrucciones de máquina de un microcontrolador anfitrión, y 190 comandos FORTH compuestos construidos a partir de los comandos primitivos y otros comandos compuestos. Al aislar los comandos dependientes de la máquina de los comandos independientes de la máquina, el modelo eForth se puede portar fácilmente a muchos microcontroladores diferentes. Este modelo es portado al ATmega328P, y el resultado es el sistema 328eForth.