На каком языке пишут процессоры

Микроконтроллеры Процессоры, проекты, программирование

Искать

Языки программирования микроконтроллеров

Языки программирования микроконтроллеров по своей структуре мало отличаются от классических языков для компьютеров. Единственным отличием становится ориентированность на работу со встроенными периферийными устройствами. Архитектура микроконтроллеров требует, например, наличия битово-ориентированных команд. Последние позволяют выполнять работу с отдельными линиями портов ввода/вывода или флагами регистров. Подобные команды отсутствуют в большинстве крупных архитектур. Даже ядро ARM, активно применяемое в микроконтроллерах, не содержит битовых команд, вследствие чего разработчикам пришлось создавать специальные методы битового доступа.

Ассемблер

Ассемблер является языком самого низкого уровня. При этом он позволяет наиболее полно раскрыть все возможности микроконтроллеров и получить максимальное быстродействие и компактный код. В некоторых случаях альтернативы ассемблеру нет, но тем не менее он имеет множество недостатков. Несмотря на получаемую компактность машинного кода, программа, написанная на языке Ассемблер, громоздка и труднопонимаема. Для ее создания требуется отличное знание архитектуры и системы команд микроконтроллеров.
Ассемблер отлично подходит для программирования микроконтроллеров, имеющих ограниченные ресурсы, например 8-ми битных моделей с малым объемом памяти. Для больших программ и тем более 32-разрядных контроллеров, лучше использовать другие языки, отличающиеся более высоким уровнем. Это позволит создавать более сложные и при этом понятные программы.

Язык программирования С/С++, относится к языкам более высокого уровня, по сравнению с Ассемблером. Программа на этом языке лучше понятна человеку. Достоинством С/С++ является огромное число программных средств и библиотек, позволяющих просто создавать необходимый код. Фактически, С/С++ сегодня стал основным языком разработки управляющих программ. Компиляторы данного языка реализованы практически для всех моделей микроконтроллеров. Стандартный язык дает возможность переноса программ с одной платформы на другую. Теоретически, используя разные компиляторы, можно преобразовать любую программу в команды микроконтроллера нужного типа. На практике дополнительно требуется учитывать архитектуру микроконтроллера каждого типа.
Язык С/С++ имеет достаточно сложную для изучения структуру. Получаемый программный код конкретной задачи, имеет больший объем, чем код той же задачи, реализованной на Ассемблере. Тем не менее язык С/С++ следует признать единственным правильным выбором для профессионального программирования микроконтроллеров.

Pascal

Язык Pascal еще более удобен для восприятия и изучения. Тем не менее, он не имеет такого распространения как C/C++, особенно при программировании микроконтроллеров. Некоторые отдельные фирмы поддерживают данный язык, с целью упрощения перехода на контроллеры с больших ПК. В частности вариант языка под названием MicroPASCAL входит в состав поставки отладочных средств фирмы Mikroelektronika.

BASIC

Старинный язык первоначального обучения программированию, в настоящее время в основном сохранился в виде реализации Visual BASIC от Microsoft. Используется он и для программирования микроконтроллеров. Реализаций этого языка гораздо больше, чем того же Pascal. Связано это в первую очередь с простотой языка. BASIC часто выбирают разработчики программно-аппаратных платформ, нацеленных на упрощенную разработку электронных устройств. Можно назвать такие проекты, как PICAXE, Amicus18, microBASIC и некоторые другие. Недостатком BASIC является плохая структурированность кода. Этот язык не стоит выбирать для первоначального изучения с целью дальнейшего перехода на С/С++. Программирование микроконтроллеров на BASIC можно рекомендовать любителям, не нацеленным на создание, в основном, простых устройств.

Визуальные языки

В отличие от классических языков программирования, визуальные языки позволяют разрабатывать программы в виде изображений. Среди таких языков можно выделить FlowCODE или Scratah. Достоинством визуальных языков является хорошо воспринимаемая структура алгоритма. Это позволяет просто разобраться в его функционировании любому человеку, знающему основные символы языка. Перевод структурных схем в команды микроконтроллера, как правило, выполняется не сразу. Вначале алгоритм транслируется в команды ассемблера или какого-либо языка высокого уровня. Только затем, все преобразуется в машинный код. Такая схема, несмотря на свою сложность, позволяет использовать наиболее удобные компиляторы разных разработчиков.

Читайте также:  Nvidia geforce gtx 3050 vs 2060

Еще одним достоинством визуального программирования становится простота изучения, поэтому подобные языки часто используются для обучения детей. Недостатком визуального подхода является громоздкость исходных материалов. Тем не менее, подобные языки программирования нашли очень большое распространение для решения специальных задач.

Заключение

Выбор того или иного языка программирования зависит от множества факторов. В первую очередь необходимо определиться с типом решаемых задач и необходимым качеством кода. Если не требуется разработка объемных и сложных программ, то можно использовать практически любой язык. Для обеспечения компактности кода подойдет Ассемблер, а если ставятся серьезные задачи, то альтернативы С/С++ практически нет. Также необходимо учитывать доступность компилятора. В некоторых случаях, реализация языка может вообще отсутствовать, или предлагаться за солидные деньги. В итоге самым универсальным решением можно назвать связку Ассемблера и C/C++.

Источник

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Современные языки программирования микроконтроллеров и встраиваемых систем

Современные тенденции программирования микроконтроллеров

В течение многих лет программирование микроконтроллеров предусматривало выбор между двумя языками: C и ассемблер. Но с появлением новых языков, доступных для микропроцессоров, пользователи сталкиваются с большим количеством решений для разработки приложений.

Какой язык лучше? Четкого ответа нет, потому что это зависит от приложения, над которым вы работаете. Чтобы помочь вам спланировать свое развитие, мы предлагаем некоторое исследование различных языков, доступных для использования с микроконтроллерами.

Языки программирования C и ассемблер

До того, как новые языки стали доступны для микроконтроллеров, были доступны два варианта: C и ассемблер. Давайте кратко рассмотрим их, прежде чем подробно осветить новые языки.

Си и сегодня является популярным языком микроконтроллеров, хотя он был разработан в начале 1970-х годов. Для использования с микроконтроллерами язык C хорошо работает, потому что он способен обрабатывать выделение памяти, а также выполнять относительно сложные функции, такие как операторы if, циклы и математические выражения.

Ассемблер предлагает альтернативу C с несколькими преимуществами. Ассемблер – это более старый язык, который часто использует код, специфичный для устройства, который преобразуется с помощью служебной программы. Используя этот язык, разработчик получает прямой доступ к процессору, где процедуры могут быть тщательно настроены для точного времени применения. Ассемблер предлагает лучшее использование процессора, а также дополнительные наборы инструкций, которые C не поддерживает, такие как битовые манипуляции с конкретными инструкциями.

MicroPython

Python – это многофункциональный интерпретируемый язык, известный своей простотой, понятностью и универсальностью. Эти функции также делают язык слишком большим для микроконтроллеров. Однако с помощью кампании на Kickstarter в 2013 году физик Дэмиен Джордж смог адаптировать Python в уменьшенную версию MicroPython, которая подходит для использования на микроконтроллере.

Код MicroPython является открытым исходным кодом под лицензией MIT. Язык работает на голом железе микропроцессора, используя небольшое подмножество функций стандартной библиотеки Python. Он может работать, используя только 256 КБ flash-памяти и 16 КБ ОЗУ, но при этом он хорошо совместим с обычным Python.

Первоначально разработанный для работы на системах на базе ARM, включая BBC micro:bit, Adafruit Circuit Playground Express и MicroPython PyBoard, он также стал доступен для других процессоров, включая ESP8266 и ESP32.

MicroPython дает преимущества при прототипировании сложных проектов. Например, на ESP8266 создание проектов Интернета вещей можно выполнить несколькими простыми вызовами функций, чтобы подключить проект на MicroPython к локальной точке Wi-Fi и начать потоковую передачу информации MQTT.

Blockly

Blockly – это библиотека программирования с открытым исходным кодом, поддерживаемая Google, целью которой является сделать код визуально логичным с помощью перетаскиваемых блоков.

Вместо того чтобы полагаться на слова и фразы языков программирования, которые не имеют смысла в обычном разговоре, пользователи помещают блоки в среду и соединяют их вместе, чтобы определить, как программа будет себя вести. Например, вместо написания оператора IF пользователи перетаскивают блок IF на нужное место, а результирующие действия также перетаскиваются внутри блока оператора IF.

Читайте также:  Acer aspire 5930g замена процессора

После создания совокупности блоков пользователи могут экспортировать свой код Blockly в несколько языков, включая javascript, Python, PHP, Lua и Dart. Одним из преимуществ системы Blockly является то, что ошибки практически невозможны, поскольку блоки требуют определенных соединений и не позволяют соединяться несовместимым блокам.

Хотя этот метод программирования доступен на многих платформах, включая Micro Bit и Adafruit Circuit Playground Express, он не предназначен для использования в качестве конечного коммерческого продукта. Однако это очень полезно на этапах создания прототипа, особенно если требуется подтверждение концепции, а изучение особенностей устройства может занять слишком много времени (например, регистры, биты конфигурации и конфигурация IDE).

Arduino C++

Хотя его часто называют «языком программирования Arduino», Arduino фактически программируется на старом добром C++ и использует подмножество библиотек, специфичных для Arduino.

Отличия Arduino C++ от обычного C++ заключаются в подпрограммах для микроконтроллеров, поскольку стандартные функции библиотеки C++ не могут работать на ограниченных мощностях и памяти.

Использование такой уменьшенной версии C++ делает этот язык очень доступным, так как многие разработчики уже знакомы с обычным C++. Фактически, используя компилятор, код может быть написан на C++, а затем интерпретирован в код, который может использоваться Arduino.

Преимущество использования Arduino C++ состоит в том, что он подходит для коммерческих сред, работает быстрее, чем более крупные языки, такие как Python, и обладает высокой переносимостью. Компиляция кода на ядре ARM первоначально для Uno автоматически выполняется библиотекой с использованием универсальных функций.

BASIC

BASIC – это язык, который впервые появился в 60-х годах и достиг своего расцвета с появлением персональных компьютеров в 80-х годах. BASIC (аббревиатура для универсального символического кода инструкции для начинающих или Beginner’s All-Purpose Symbolic Instruction Code) по-прежнему используется до сих пор из-за своей простоты и интерпретируемой природы, которая позволяет разработчику сосредоточиться больше на оборудовании, а не на программном обеспечении.

При использовании на микроконтроллере BASIC интерпретируется, что приводит к снижению производительности. Тем не менее, язык имеет преимущество в том, что он очень переносим. Любой код, написанный на бейсике, будет работать на любом устройстве с интерпретатором бейсика.

Два примера использования BASIC на микроконтроллерах – это BASIC Stamp (производства Parallax) и PICAXE, которые производятся компанией PICAXE и используют микроконтроллеры PIC Microchip. BASIC является хорошим языком для создания прототипов и даже разработки аппаратного обеспечения, но его следует избегать в коммерческих продуктах из-за его низкой скорости и высокого энергопотребления.

Выводы

При работе с микроконтроллерами в прошлом разработчику приходилось выбирать предпочитаемую платформу, а затем изучать язык, который он использует. Благодаря достижениям в области языков и программного обеспечения, в наши дни язык иногда предопределяет, какую платформу использовать. Если разработчик ищет определенную функцию, такую как поддержка GPIO, сетевое взаимодействие, возможность связи по SSH или другие, то выбор языка и систем может быть важным фактором в поиске наилучшего пути развития.

Язык, который выбирают пользователи, важен, но всегда полезно помнить, что не существует такого понятия, как «единственный лучший язык» или «единственный лучший микроконтроллер». В конце концов, лучший выбор – это то, к чему призывает приложение.

Источник

Язык ассемблера: в чем суть и нужно ли изучать сегодня

Язык ассемблера появился более 70 лет назад, когда ЭВМ «научилась» хранить в памяти большое количество информации, программы стали описывать не на машинном языке, а на более понятном человеку. Первый компилятор назывался assembler, что и породило название для языка программирования.

Казалось бы, за такое количество времени язык должен безнадежно устареть, но ассемблер регулярно входит в топы наиболее популярных. В нашей статье мы расскажем, почему так происходит, разберем основные характеристики этого языка, а также подскажем, кому стоит изучать его.

Характеристика языка ассемблера

Название ассемблер взято от английского assemble, что в переводе означает собирать, монтировать. По сути – это разновидность транслятора. Ассемблер представляет собой язык низкого уровня, который используется внутри операционной системы для того, чтобы в автоматическом режиме преобразовывать исходную программу (заданную компьютеру) на машинный язык.

Читайте также:  Gnd key d 5v видеокарта

По составляющим ассемблера становится понятна архитектура электронно-вычислительной машины. На ассемблере машинный язык представляется в виде символики, благодаря чему программы пишутся гораздо проще. Можно разработать несколько языков ассемблера, подходящих одному и тому же компьютеру. Когда программист работает с высокоуровневым языком, то не видит проблем, связанных с реализацией алгоритмов. А ассемблер открыто взаимодействует с компьютерной системой команд.

Характеристика языка ассемблера

Язык ассемблер дает доступ к регистрам, позволяет указывать методы адресации и использовать терминологию команд процессора для описания операций. В состав языка может входить инструментарий более высокого уровня. Например, макрокоманды (и встроенные, и определяемые), аналогичные набору из нескольких машинных команд; возможность задавать автоматический выбор команд (по типам операндов); инструменты для описания структур данных.

Компилятор, трансформирующий язык ассемблера в команды машинного языка, часто тоже называют ассемблером, хотя для него есть ещё название – мнемокод. С его помощью машинные коды трансформируются в мнемонический (удобный для восприятия) вид.

Плюс это еще позволяет задействовать процессор, память и периферию компьютера максимально эффективно. Мнемокод часто применяется там, где во главе угла стоит быстродействие. Какой именно можно использовать мнемокод – зависит от объёма оперативной памяти. Для набора команд центрального процессора тоже часто применяется определение «ассемблер».

Есть отдельные ассемблеры и для разных по архитектуре процессоров, и для разных операционных систем. К примеру, программу для машины с одной архитектурой можно ассемблировать с помощью кросс-ассемблера под машину с другой архитектурой (или операционкой).

Между командами ассемблера и процессора существует соответствие, что позволяет записывать команды и аргументы в установленной символьной форме. И данные, и части программы в процессе ассемблирования связываются между собой посредством меток. Сначала для каждой метки определяется адрес, который потом и ставится в места вхождения меток.

Ваш Путь в IT начинается здесь

Понятно, что у разных микропроцессоров системы команд неодинаковы. Поэтому для каждого процессора есть персональный набор команд, написанных на языке программирования ассемблер и собственные компиляторы-ассемблеры.

Синтаксис языка ассемблера

Структура языка ассемблера не включает в себя общепринятые для других языков основы синтаксиса. Тем не менее, специалисты по ассемблеру применяют, как правило, определенные общие подходы к программированию. Подобными общепринятыми стандартами считаются AT&T-синтаксис и Intel-синтаксис.

Данные стандарты записываются с применением единого формата, и выглядит он так:

Синтаксис языка ассемблера

Опкод – это и есть ассемблерная команда. Он выступает в роли инструкции к определенному процессору. В записи могут присутствовать специальные префиксы, а среди них, в свою очередь бывают изменения, представленные адресациями и повторениями.

Операндами же тут являются названия регистров, констант, адресов, хранящихся в оперативной памяти компьютера. Но имейте в виду, что между стандартами синтаксиса существует отличие. Какое именно? В процессе адресации может меняться порядок перечисления операндов. При этом для процессоров, объединенных одной архитектурой, используемые команды будут одинаковыми.

Плюсы и минусы языка ассемблера

  • Ассемблер – машинный язык, позволяющий максимально задействовать возможности процессора. При этом применять как можно меньше команд и обращений к памяти, что уменьшает размер и повышает скорость работы программы.
  • Доступ к расширенным наборам инструкций процессора (MMX, SSE, SSE2, SSE3).
  • Доступность портов входа-выхода и особых регистров процессора. Обычно в операционных системах этими опциями можно пользоваться лишь применительно к драйверам и модулям ядра.
  • Можно задействовать самомодифицирующийся код, причем и перемещаемый – тоже. Очень во многих случаях это недоступная опция из-за запрета на запись в страницы кода (аппаратных записей это тоже касается). Впрочем, большая часть используемых систем имеет недостатки, по причине которых становится доступно исполнение кода, если только он расположен в сегменте данных, где запись не запрещена.
  • Возможность адаптироваться под используемую платформу.

Источник

Adblock
detector