Lập trình chức năng với MCU (s)

Các ngôn ngữ chức năng như Haskell, LISP hoặc Scheme cho phép lập trình viên làm việc nhanh chóng bằng cách sử dụng mô hình lập trình chức năng . Họ không có hiệu quả , nhưng ứng dụng của tôi chú trọng nhiều hơn đến hiệu quả lập trình viên hơn là hiệu quả của chính chương trình.

Tôi muốn sử dụng lập trình chức năng trên một vi điều khiển để điều khiển máy, v.v.

Những hạn chế là gì, chẳng hạn như tài nguyên hệ thống tối thiểu?
Những ví dụ triển khai của các ngôn ngữ này có sẵn?

ARMPIT SCHEME là một trình thông dịch cho ngôn ngữ Scheme (phương ngữ có phạm vi từ vựng của Lisp) chạy trên các bộ vi điều khiển RISC với lõi ARM. Nó dựa trên mô tả trong Báo cáo sửa đổi về Lược đồ ngôn ngữ thuật toán (r5rs), với một số phần mở rộng (cho I / O) và một số thiếu sót (để phù hợp với bộ nhớ MCU). Nó được thiết kế thêm để hỗ trợ đa nhiệm và đa xử lý. Dự án Armpit dự kiến ​​sẽ rất phù hợp với các môi trường giáo dục, bao gồm các dự án của sinh viên trong các khóa học về kiểm soát và thiết bị, hoặc các khóa học thiết kế capstone nơi cần đến vi điều khiển. Nó có nghĩa là làm phong phú phổ tần của các ngôn ngữ được dịch cho MCU (ví dụ BASIC và FORTH) và có thể thay thế cho các trình thông dịch mã byte dựa trên MCU (ví dụ: đối với Scheme hoặc Java) và các ngôn ngữ được biên dịch (ví dụ: C).

http://armpit.sourceforge.net/

Bạn nói:

Sử dụng C, C ++, lắp ráp, v.v ... khá kém hiệu quả so với các ngôn ngữ như Haskell, LISP hoặc Scheme

Sử dụng các ngôn ngữ cấp cao là việc sử dụng thời gian lập trình viên hiệu quả hơn, nhưng thường có thể là việc sử dụng tài nguyên máy tính kém hiệu quả hơn. Đối với các hệ thống nhúng được sản xuất về khối lượng, chi phí và hiệu suất thường được ưu tiên cao hơn nỗ lực phát triển.

Bạn cũng có thể lập trình điều khiển AVR với Haskell sử dụng Atom / Copilot, ví dụ http://leepike.wordpress.com/2010/12/18/haskell-and-hardware-for-the-holidays/

C, C ++ và hội đều rất gần với ngôn ngữ máy. Bằng cách sử dụng ngôn ngữ cấp cao hơn, bạn sẽ thêm chi phí bổ sung để đổi lấy sự phát triển nhanh hơn / dễ dàng hơn / vv.

Gần đây tôi đã lập trình một bảng ARM trong Python và tôi nghĩ nó thật tuyệt. Không có gì tốt để kiểm soát thời gian thực, nhưng tôi đang làm nhiều thứ liên quan đến web, đó là xa dễ chịu hơn trong một ngôn ngữ cấp cao hơn trong C.

Phần lớn các bộ vi điều khiển vẫn là các thiết bị 8 và 16 bit (mặc dù điều này đang dần thay đổi). Hai trường hợp ngôn ngữ cấp cao hơn (Scheme và Python) được đề cập trong các câu trả lời khác cho đến nay đều chạy trên lõi ARM 32 bit. Các thiết bị 8 và 16 bit nhỏ hơn (có thể chỉ tốn một vài đô la) không có đủ RAM để hỗ trợ các ngôn ngữ được đề cập - thông thường chúng chỉ có vài KB RAM.

Ngoài ra, các ngôn ngữ cấp cao hơn này không được thiết kế để viết các trình xử lý ngắt có độ trễ thấp và tương tự. Không có gì lạ khi trình xử lý ngắt vi điều khiển được gọi hàng trăm hoặc hàng nghìn lần mỗi giây và mỗi lần cần để thực hiện nhiệm vụ của mình trong hàng chục micro giây hoặc ít hơn.

Có thể thực hiện một số chương trình chức năng với ngôn ngữ Lua. Thực sự, Lua là một ngôn ngữ mutli-paradigm; Wikipedia tuyên bố rằng đó là ngôn ngữ 'kịch bản, bắt buộc, chức năng, hướng đối tượng, dựa trên nguyên mẫu'. Ngôn ngữ không thực thi một mô hình duy nhất, nhưng thay vào đó, đủ linh hoạt để cho phép lập trình viên thực hiện bất kỳ mô hình nào có thể áp dụng cho tình huống. Nó bị ảnh hưởng bởi Đề án.

Các tính năng của Lua bao gồm các chức năng hạng nhất , phạm vi từ vựng và các bao đóng và coroutines , rất hữu ích cho lập trình chức năng. Bạn có thể thấy các tính năng này được sử dụng như thế nào trên wiki người dùng Lua, có một trang dành riêng cho lập trình chức năng . Tôi cũng đã xem qua dự án Google Code này , nhưng tôi chưa sử dụng nó (nó tuyên bố bị ảnh hưởng bởi Haskell, một ngôn ngữ khác mà bạn đã đề cập).

eLua là một triển khai có sẵn được cấu hình cho một số bảng phát triển cho các kiến ​​trúc ARM7TMDI, Cortex-M3, ARM966E-S và AVR32 và là nguồn mở để bạn có thể định cấu hình cho nền tảng của riêng mình. Lua được triển khai trong ANSI C và toàn bộ nguồn có trọng lượng dưới 200kB, vì vậy bạn có thể xây dựng nó cho hầu hết các nền tảng với trình biên dịch C. Nên sử dụng ít nhất 128k Flash và 32k RAM. Tôi đang làm việc trên một cổng PIC32 cho nó (vẫn đang trong giai đoạn 'Nhận bảng PIC32').

Điều tuyệt vời ở Lua là nó được thiết kế như một ngôn ngữ keo, do đó, rất dễ dàng để viết các phần mở rộng C cho những thứ cần nhanh chóng (như ngắt, v.v.) và sử dụng các tính năng động, diễn giải của ngôn ngữ để thực hiện nhanh chóng phát triển trong logic chương trình.

Lua không phải là ngôn ngữ chức năng thuần túy, nhưng bạn có thể thực hiện nhiều chương trình chức năng trong đó, nó nhanh và nhỏ ( so với các ngôn ngữ kịch bản khác ) và bạn không cần phải khởi động lại thiết bị của mình để thử chương trình. Thậm chí còn có một thông dịch viên tương tác!

"Có cách nào để lập trình chức năng với ngôn ngữ chức năng trên MCU để giải quyết các vấn đề khó khăn không?"

Vâng, có nhiều cách. Nhưng nhược điểm là bạn cần bộ xử lý 32 bit, MMU, RAM 128 MB, SSD, RTOS và $$$.

Vi điều khiển khác với vi xử lý. Bộ vi điều khiển có thể chỉ là CPU 8 bit, RAM 1K, ROM 8K, nhưng nó có tích hợp sẵn trong UART, PWM, ADC, v.v. Và nó chỉ có giá $ 1,30.

Vì vậy, bạn có thể có tất cả các ngôn ngữ cấp cao đang chạy, nhưng nó tốn nhiều chi phí hơn để thực hiện.

Cuốn sách này cung cấp một số cách để lập trình với cảm giác nhẹ nhàng về FP. http://www.state-machine.com/psicc2/

Nhưng FP thực sự đòi hỏi phải có khả năng xây dựng các chức năng trong thời gian chạy và chuyển chúng qua chương trình của bạn. Ở đây chúng ta có một vấn đề: làm thế nào chúng ta có thể biểu diễn chức năng được xây dựng này? và làm thế nào chúng ta có thể thực hiện hiệu quả chức năng này? Trên một hệ thống lớn, chúng ta có thể sử dụng trình biên dịch động tạo mã máy thực trên ứng dụng chức năng đầu tiên. Trên MCU, chúng tôi chỉ có RAM để thực hiện các trình biên dịch rất nguyên thủy như lõi ngôn ngữ Forth.

Cách duy nhất bạn có thể sử dụng FP hoặc OOP nếu bạn thích đó là siêu lập trình : viết các chương trình chức năng / OOP phức tạp tạo chương trình cho MCU (ví dụ mã nguồn C hoặc LLVM IL). Trong biến thể này, bạn không bị giới hạn bởi mô hình hoặc phương pháp lập trình phức tạp.