Sach- und Fachbücher

Die Komplexität heutiger Anforderungen an Elektronikkomponenten ist an vielen Stellen mit den klassischen Konzepten um Mikrocontroller kaum umsetzbar. In vielen Fällen kann heute auf eine Vernetzung nicht mehr verzichtet werden. Das Internet der Dinge bliebe ohne diese Voraussetzung Wunschdenken.

Arduino Yún kombiniert den klassischen Arduino auf Basis eines Atmel AVR-Mikrocontrollers mit einem Atheros AR9331 System-on-a-Chip (SoC) für WLAN Access Points und Router Plattformen, welcher die Linux-Distribution OpenWRT als Betriebssystem nutzt. Das Betriebssystem bietet Schnittstellentreiber, Dateisystem, Multi-Threading u.a. und übernimmt damit wiederkehrenden Aufgaben, für die stabile Softwarekomponenten zur Verfügung stehen.

Das vorliegende Buch befasst sich mit beiden auf dem Arduino Yún implementierten Controllern sowie deren Zusammenwirken.

Alle gelisteten Quelltexte und einige Erläuterungen sind unter SourceForge.net abgelegt (http://sourceforge.net/projects/arduinoynsnippets/).

Neben der hier vorliegenden Print-Version gibt es zu diesem Buch auch eine eBook-Version (ISBN 978-3-907857-21-2), bei der die im Text vorhandenen Hyperlinks direkt zu den verlinkten Stellen führen. Alle im Buch vorhandenen Links wurden im Frühjahr 2014 auf ihre Richtigkeit hin überprüft.

"Embedded Linux mit dem Raspberry Pi" zeigt den Einsatz von Linux auf der populären Hardware-Plattform Raspberry Pi. Der Untertitel „für Ein- und Umsteiger" soll gleichzeitig verdeutlichen, an wen als Leser mit diesem Buch primär gedacht ist. Hier geht es nicht um Linux als alternatives Betriebssystem für den PC, sondern den Einsatz von Linux in einem Embedded System und um das Embedded System selbst.

Die Komplexität heutiger Anforderungen an Elektronikkomponenten ist an vielen Stellen mit den klassischen Konzepten um Mikrocontroller kaum umsetzbar. Hinzu kommt der Preiszerfall in diesem Sektor, der für den Einsatz leistungsfähiger 32-Bit-Mikrocontroller, wie ARM- oder Cortex-Derivate, spricht.

Während die leistungsschwächeren (8-Bit-) Mikrocontroller meist ohne Betriebssystem betrieben wurden, kommt man bei den 32-Bit-Mikrocontrollern kaum noch um den Einsatz eines Betriebssystems herum. Das Betriebssystem bietet Schnittstellentreiber, Dateisystem, Multi-Threading u.a. und übernimmt damit wiederkehrenden Aufgaben, für die stabile Softwarekomponenten zur Verfügung stehen. Leistungsfähige und schlanke Linux-Derivate können heute auch auf einfacheren Prozessoren eingesetzt werden und sind frei verfügbar.

Die verwendete Linux-Distribution Raspbian stellt einen grafischen Desktop zur Verfügung, der hier aber nicht von primärem Interesse ist. Unser primäres Userinterface hier ist klassisch die Kommandozeile, wie sie vielen Mikrocontroller-Programmierern aus deren Projekten als Terminal-Schnittstelle bekannt ist. Ein grafisches Userinterface ist für viele geschlossene Embedded Systems (deeply embedded) ohnehin nicht erforderlich, oder kann durch ein Web-Interface ersetzt werden.

Mit dem Einsatz von Linux in einem Embedded System kommt eine Reihe von neuen Ansätzen auf den Umsteiger aus der konventionellen Mikrocontrollerwelt zu, mit denen wir uns hier erst einmal auseinandersetzen werden. Alle gelisteten Quelltexte und einige Erläuterungen sind unter SourceForge  http://sourceforge.net/projects/raspberrypisnip/ abgelegt.

Unter diesem Titel erschienen vom Autor 1988 einige Beiträge, die hier als eBook erhalten werden sollen.

Sicher geht es heute weniger darum, diese Ansätze weiter zu verfolgen, sondern den damaligen Stand zu dokumentieren und damit verfügbar zu halten.

Mit dem Auftauchen von kompakten Linux Devices, wie Raspberry Pi, Beagle Bone (Black), UDOO und vielen anderen mehr, erinnern wir uns an die Computer der achtziger Jahre von Commodore, Atari und Sinclair. Diese an Ressourcen armen 8-Bit Computer waren auf schlanke Softwaresysteme angewiesen.

Heute, wo Embedded Systems mit 32-Bit Prozessoren und komfortabler Ausrüstung an Speicher ein Vielfaches an Leistung bieten, nutzen wir Betriebssysteme, die an vielen Stellen Hardware abstrahieren und die Portierung der wesentlich komplexeren Software überhaupt erst ermöglichen.

Obwohl wir heute für diese Systeme Software in einer Vielzahl von Programmiersprachen entwickeln können, bleiben dennoch bestimmte Sprachen erhalten. Der TIOBE Index, ein Indikator für die Popularität einer Programmiersprache, zeigt, dass FORTH sich mit Position 43 (Juli 2013) begnügen muss. Dennoch gibt es für die Klasse der Linux Devices einige Forth-Versionen.

Ohne einen Anspruch auf Vollständigkeit sollen hier die folgenden Forth-Versionen genannt

werden:

• rpiForth - a Forth Operating System for Raspberry Pi (http://gh.codehum.com/aviatorRHK/rpiForth/blob/master/README.md)

• 4tH - a Forth compiler with a little difference (https://code.google.com/p/4th/; https://code.google.com/p/4th/wiki/Compiling4tHRaspberryPi)

• pForth - Portable Forth in 'C' (http://www.softsynth.com/pforth/)

Vielleicht wird der eine oder andere dadurch angeregt, neben C/C++, Python und Lua auch mal wieder mit Forth auf einem der Linux Devices zu arbeiten.

Begleitende Website: http://www.ckuehnel.ch/forth.html

Obwohl man mit Lua auch eigenständige Programme schreiben kann, ist Lua vorrangig als Skriptsprache von C-Programmen konzipiert. Der Lua Interpreter kann über eine C-Bibliothek angesprochen werden, die auch ein API für die Laufzeitumgebung des Interpreters für Aufrufe vom C-Programm aus beinhaltet. Mittels des API können verschiedene Teile des Programms in C und Lua geschrieben werden, während Variablen und Funktionen in beiden Richtungen erreichbar bleiben (d.h. eine Funktion in Lua kann eine Funktion in C aufrufen und umgekehrt). Lua ist in ANSI-C implementiert und unterstützt sowohl funktionale als auch objektorientierte Programmierung.

Da der Lua Interpreter extrem schnell und hochgradig portabel ist und sich leicht in C-Programme einbetten lässt, ist er gerade für Embedded Systems eine attraktive Alternative zu anderen Skript Interpretern. Obwohl er nur wenige Kilobyte umfasst, passt noch eine vollständige Garbage Collection hinein, die anfallenden Datenmüll automatisch aus dem Speicher wirft.

Mit dieser Broschüre wollen die Autoren anhand ihrer Erfahrungen die Leistungsmerkmale von Lua verdeutlichen und die Erweiterungsfähigkeit mit mehreren Beispielen demonstrieren.

Im ersten Beispiel wird der Lua Interpreter auf einem PC mit einer DLL erweitert, die die Ansteuerung eines über USB angeschlossenen AD-DA-Subsystems ermöglicht.

Im einem zweiten Beispiel wird Lua in eine Anwendung auf einem Embedded DOS System auf Basis eines Intel386™ EX Prozessors mit ROM-DOS (kompatibel zu MS-DOS 6.22) eingebettet und gezeigt, dass Lua auch in Systemen mit knappen Ressourcen eingesetzt werden kann.

Im dritten Beispiel wird die DOS-Applikation durch eine Linux-Anwendung ersetzt, bei der das kompakte FOX Board G20, ein Linux Embedded Single Board Computer auf der Basis eines Atmel AT91SAM9G20 Mikrocontrollers, zum Einsatz kommt.

Den Abschluss der Anwendungsbeispiele bildet mit eLua ein für Mikrocontrolleranwendungen angepasstes Lua. Hier kommt ein mbed Mikrocontrollermodul auf Basis eines Cortex-M3 zum Einsatz.

Im letzten Abschnitt werden mit SWIG und ToLua Tools vorgestellt, die unter gewissen Voraussetzungen die Verknüpfung von Lua und C/C++ vereinfachen können.

Alle Quelltexte sind unter SourceForge http://lua.sourceforge.net/ abgelegt. 

Die Idee zu dieser Veröffentlichung entstand nach Experimenten mit einem Arduino Duemilanove sowie einem Lilypad Arduino. An Hand von Programmbeispielen wird gezeigt, wie unter Verwendung eines großen Fundus an Libraries schnell und recht unkompliziert interessante Anwendungen erstellt werden können.

Grundkenntnisse zu den AVR-Mikrocontrollern und zur Programmiersprache C/C++ sind für das Nachvollziehen der Programmbeispiele von Vorteil.

Angesprochen werden sollen Leser, die bereits erste Erfahrungen mit Mikrocontrollern gesammelt haben und nach einer effektiven Plattform für das Umsetzen eigener Ideen in Hard- und Software suchen.

Alle Quelltexte sind unter SourceForge http://sourceforge.net/projects/arduinosources abgelegt. 

Der 2004 in zweiter Auflage erschienene Titel liegt nun in dritter, bearbeiteter und erweiterter Auflage vor und berücksichtigt auch neuere AVR Mikrocontroller mit ihren weiterentwickelten Merkmalen.

Da BASCOM-AVR heute über ein umfangreiches Hilfesystem (in englischer Sprache) verfügt, wurde die Befehlsbeschreibung zugunsten der Beschreibung neuer Merkmale, wie Kalibration des internen RC-Oszillators u.a., sowie der erweiterten Peripherie komprimiert. Die Anwendungen wurden hinsichtlich Auswahl und Umfang beträchtlich erweitert.

Entsprechend hat sich die Zahl der Seiten auf 444 erhöht.

In der 3. Auflage neu sind Aussagen zu folgenden Themen: AD-Umsetzung, Kalibration des internen RC-Oszillators, Ansteuerung grafischer LCDs, Anbindung ans Internet, Ansteuerung von Servos, DC- und Schrittmotoren u.a.m. Es werden neue Hardwareplattformen wie Atmel Butterfly, Lilipad Arduino und Orangutan in die Betrachtungen einbezogen.

Alle Quelltexte sind unter http://sourceforge.net/projects/bascom-avr abgelegt.

Korrekturen sind unter http://www.ckuehnel.ch/bascom_errata.htm zu finden.

Parallax hat die Familie der BASIC Stamps um die BASIC Stamp 2p erweitert.

Die BS2p bietet Unterstützung für den I²C- und den 1-Wire Bus sowie die direkte Ansteuerung von alphanumerischen LCDs. Eine Unterbrechungs-möglichkeit für das laufende Programm wurde durch Implementierung eines leistungs-fähigen Pollings ermöglicht. Ein Ausbau beim Speicher und der I/O runden das ganze Bild ab.

Im Buch werden Anwendungen der gesamten BS2 Familie incl. BS2p betrachtet und Hinweise für den Einsatz der unterschiedlichen Typen geben.