Микроконтроллеры и Java

#java #jvm #микроконтроллеры

Интересует такой вопрос. Допустим, у меня есть какая-то кнопка, которая лежит на
столе. Какие микроконтроллеры, устройства и т.п. можно использовать, чтобы реализовать
взаимодействие этой кнопки и java?
    

Ответы

Ответ 1

Поскольку Java изначально разрабатывалась для программирования холодильников и кофеварок,
было бы странно, если бы возможность работы с железом была утрачена напрочь.

Самый простой вариант подключения кнопки к микроконтроллеру - это порты GPIO, которые
широко распространены в embedded мире. Кнопка одним контактом подключается к выводу
порта, другим - к земле (GND). Дальше микроконтроллер либо сам что-то делает, либо
по UART/USB/Ethernet/WiFi/Bluetooth отправляет сообщение о нажатой кнопке куда-то еще.

Непосредственно по железу варианты есть следующие.


Использовать специализированный микроконтроллер, заточенный под Java.

Да, такие есть. Например семейство 3G-модулей Centerion. Прошивка представляет собой
мидлет Java ME и может заливаться в том числе по воздуху. Прослушивание порта выглядит
как-то так:

Vector inPins = new Vector();
inPins.addElement("GPIO11");

InPort inPort = new InPort(inPins);  
inPort.addListener(new InPortListener() {
    public void portValueChanged(int val) {
        System.out.println("Port value: " + val);
    }
});






Использовать полноценную встраиваемую систему общего назначения на базе ARM-процессора,
такую как BeagleBone или RaspberryPi. 

Там у вас будет полноценный Linux с возможностью установки полноценной Java SE или
Java SE Embedded. А порты будут доступны через файловую систему как устройства вроде
/sys/class/gpio/gpio49. Можно взаимодействовать с портом обычными средствами файлового
ввода-вывода (что будет относительно медленно, хотя и достаточно для многих задач)
или через прямой досутп к памяти через memory-mapped файл /dev/mem (что будет быстро).

Но куда приятнее будет воспользоваться развесистым API сторонней библиотеки pi4j:

GpioController gpioController = GpioFactory.getInstance();
GpioPinDigitalInput pin02 = gpioController.provisionDigitalInputPin(RaspiPin.GPIO_02,PinPullResistance.PULL_DOWN);
pin02.addListener(new GpioPinListenerDigital() {
    @Override
    public void handleGpioPinDigitalStateChangeEvent(GpioPinDigitalStateChangeEvent
gpioPinDigitalStateChangeEvent) {
        System.out.println("state: " + gpioPinDigitalStateChangeEvent.getState());
    }
});


Кроме того, существует еще и Java ME Embedded, предоставляющий нативный API доступа
к портам в пакете com.oracle.deviceaccess:

GPIOPin switchPin = null;
switchPin = (GPIOPin) PeripheralManager.open(1);
switchPin.setInputListener(new PinListener() {
    @Override
    public void valueChanged(PinEvent event) {
       // do something
    }
});


К слову, жизнь тут не ограничена ARM, есть и MIPS и Intel Atom. Но подходы там те же.

Очень интересными выглядят сторонние программные платформы на основе Java:


MicroEJ. На Youtube есть ролик, где java-приложение с графикой исполняется на очень
слабом железе (Cortex™-M0+ @48 MHz, 256 KB Flash, 32 KB RAM).
Android Things от Google, ранее известная как Brillo.






Удивительно, но на Java можно писать под 8-битные AVR-микроконтроллеры (те самые,
на которых построена Arduino)! 

Это стало возможным благодаря HaikuVM, которая транслирует байткод Java из .class-файлов
в С-структуры, линкует к ним интерпретатор и формирует на выходе обычный для AVR-микроконтроллеров
HEX-файл, который шьется в железку как обычно.

Еще есть:


NanoVM - виртуальная машина подмножества Java, занимающая 8 кБ в флэш-памяти.
uJ - эта VM крупнее (десятки килобайт), но обещает полную поддержку байткода, многопоточность
и synchronized.


Если вы хотите нопку подключить к Arduino, а его в свою очередь подключить к компьютеру
и делать что-то на компьютере по нажатию на кнопку, попробуйте JArduino. Этот API требует
залить на Arduino свою прошивку, после чего вы сможете взаимодействовать с устройством
из обычной Java-программы на своем компьютере.