IoT के लिए एर्लांग

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में रुचि की लहर और औद्योगिक और घरेलू जरूरतों के लिए एक-दूसरे के साथ उनकी बातचीत ने पर्याप्त शक्तिशाली SoC (एक चिप पर सिस्टम) के आधार पर विकास के लिए बड़ी संख्या में डिजाइनरों के विकास का नेतृत्व किया है, बल्कि माइक्रोकंट्रोलर समाधान के संबंध में लघु है, लेकिन पहले से ही एक पूर्ण ऑपरेटिंग सिस्टम युक्त है। ऐसे डिजाइनरों के लिए व्यावहारिक रूप से अनुप्रयोग विकास सामान्य सर्वर विकास से भिन्न नहीं होता है, सिवाय इसके कि संसाधन सीमा को अभी भी ध्यान में रखा जाना चाहिए।



जैसे-जैसे उत्पादकता और क्षमताएं बढ़ती हैं, आवेदन विकास के लिए उच्च स्तरीय व्याख्या की गई भाषाओं जैसे कि लुआ, पायथन, जेएस का उपयोग करने का अभ्यास अधिक गति प्राप्त कर रहा है। कुछ भाषाएं धीरे-धीरे "छोटे भाइयों", माइक्रोकंट्रोलर्स में प्रवेश करती हैं, हालांकि, बहुत सीमित रूप में।

इसके कई कारण हैं:

• तेजी से प्रोटोटाइप - सी भाषा के लिए सभी उचित सम्मान के साथ, जो मुख्य रूप से माइक्रोकंट्रोलर विकसित करता है, इसे संक्षिप्त रूप में कॉल करना बहुत मुश्किल है। उच्च-स्तरीय भाषाएं आपको कम कोड लिखने और पहले से लिखी गई चीजों में बदलाव करने को सरल बनाने की अनुमति देती हैं, जो कि प्रोटोटाइप चरण में बहुत महत्वपूर्ण है;
• स्वचालित स्मृति प्रबंधन और जटिल संगणना तंत्रों का सार - मुझे लगता है कि इसके लिए टिप्पणियों की ज़रूरत नहीं है, पर्याप्त प्रोजेक्ट वॉल्यूम के साथ मैन्युअल प्रक्रियाएँ बहुत सारे सिरदर्द का स्रोत बन जाती हैं;
• डिबगिंग और परीक्षण का सरलीकरण - व्याख्यात्मक कोड फील्ड परीक्षण के समय से पहले कार्य केंद्र पर जांचना आसान है;
• जटिलता के साथ संघर्ष - अक्सर, महान उत्पादकता डिवाइस पर अधिक पूर्व-प्रसंस्करण और विश्लेषण को आगे बढ़ाने के लिए एक प्राकृतिक व्यावहारिक इच्छा को जन्म देती है, जो विकास में सादगी को नहीं जोड़ती है।

काश, आपको सभी सुविधाओं के लिए भुगतान करना पड़े। इस मामले में, सुविधा के लिए मूल्य सबसे मूल्यवान संसाधन, प्रदर्शन और कोड आकार है (कई मामलों में आपको एक बहुत ही शानदार रनटाइम वातावरण ले जाना होगा)। इसलिए, SoC और SoM में उच्च-स्तरीय भाषाओं का क्षेत्र अनुप्रयोग एक अस्पष्ट बात है और कुछ स्थानों पर, एक समझौता है।

हम विकास के लिए Erlang भाषा का उपयोग करते हैं, इसे अपने इच्छित उद्देश्य (सर्वर एप्लिकेशन और एक नियंत्रण विमान बनाने), और बहुत ही असामान्य - वेब अनुप्रयोगों दोनों के लिए लागू करते हैं। इसलिए, आईओटी समाधान बनाने के लिए इस भाषा के बुनियादी ढांचे का उपयोग करने का विचार उन बोर्डों की उपस्थिति से बहुत पहले पैदा हुआ था, जिन पर एर्लैंग रनटाइम समस्याओं के बिना काम कर सकता था।

Erlang का उपयोग करने के कारण कई थे, सबसे महत्वपूर्ण:

• Erlang बाइनरी अनुक्रमों को पार्स करने और बनाने के लिए बहुत सुविधाजनक है। बिट डेटा प्रोसेसिंग के साथ युग्मित पैटर्न पैटर्न बाइनरी प्रोटोकॉल को बहुत जल्दी और शब्दहीन रूप से कार्यान्वित करने की अनुमति देता है;
• वैश्विक चर की कमी और अधिकांश डेटा के लिए अपरिवर्तनीयता - आपको लिखने और कम महत्वपूर्ण नहीं है, विश्वसनीय अनुप्रयोगों को बनाए रखने की अनुमति देता है जिसमें गलती से कुछ गलत बदलना मुश्किल है;
• लाइटवेट मैसेजिंग प्रक्रियाएं जो बहुत ही अंतर्निहित हैं, जो एम्बेडेड डेवलपर्स के साथ सौदा करना है। संक्षेप में, वे एक प्रारंभिक प्रक्रिया हैं और एक प्रक्रिया है जो आंतरिक लूप में आने वाले संदेशों को एक अनंत लूप में संसाधित करती है। यह Arduino के समान है, केवल कई प्रक्रियाएं हो सकती हैं और वे समानांतर में काम करती हैं, इसके अलावा, संदेशों के बीच अंतराल में, प्रसंस्करण प्रक्रिया को मक्खी (हॉट कोड रीलोड) पर बदला जा सकता है, जो तब बहुत सुविधाजनक होता है जब आपको मामूली त्रुटियों को ठीक करने या व्यवहार को समायोजित करने की आवश्यकता होती है;
• पृथक पर्यावरण और स्वचालित स्मृति आवंटन, मुझे लगता है, स्पष्टीकरण की आवश्यकता नहीं है;
• क्रॉस-प्लेटफॉर्म - ईआरटीएस रनटाइम के लिए बाइट कोड को डेवलपर की मशीन पर संकलित किया जा सकता है, और फिर समस्याओं के बिना लक्ष्य डिवाइस में स्थानांतरित किया जा सकता है;
• उत्कृष्ट आत्मनिरीक्षण उपकरण - नेटवर्क पर एक चल रहे एप्लिकेशन से कनेक्ट करने की क्षमता और यह देखें कि यह धीमा हो जाता है इसलिए अक्सर बहुत उपयोगी होता है।

पहला काम करने वाला बोर्ड, जिस पर हमने कोशिश की थी कि एर्लांग 8देवियों के लिथुआनियाई डेवलपर्स का कैम्बोला 2 था, जो लोकप्रिय AR9331 चिप पर इकट्ठे थे। इस बोर्ड के पहले संस्करण, अफसोस, रनटाइम को फिट करने के लिए पर्याप्त फ्लैश मेमोरी नहीं थी। लेकिन दूसरे संस्करण ने पहले से ही खुद को ईआरटीएस और एक छोटे से आवेदन को समायोजित करने की अनुमति दी थी।



इस तरह के डिवाइस के लिए एक विधि क्लासिक द्वारा इंस्टॉलेशन किया गया था - एक ओपनडब्ल्यूआरटी छवि को इकट्ठा करना जिसमें एरलंग शामिल है, इसके बाद इसे डिवाइस की फ्लैश मेमोरी में फ्लैश किया जाएगा। वातावरण का पहला प्रक्षेपण, अफसोस, निराशा की ओर ले गया - सब कुछ लटका हुआ। मैंने पहले ही InoThings 2018 सम्मेलन में इसके कारणों को समझाया , लेकिन, जैसा कि बाद में पता चला, मेरे सहयोगियों ने इस तरह के व्यवहार के स्रोत को गलत तरीके से नाम देकर गुमराह किया।

मैं संक्षेप में पूरी तरह से बताऊंगा। फ़ाइलों के साथ काम करते समय, ERTS वर्चुअल मशीन off_t प्रकार का उपयोग करती है, जिसके वितरण में गणना की जाती है जब असेंबली को स्वत: कॉन्फ़िगर किया जाता है (यदि यह लक्ष्य प्लेटफ़ॉर्म पर चलता है) या क्रॉस-संकलन वातावरण से प्रतिस्थापित किया जाता है, जैसा कि OpenWRT के मामले में हुआ था। यह स्पष्ट नहीं है कि क्यों, लेकिन MIPS प्रोसेसर के लिए सेटिंग्स और असेंबली कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल में डेरिवेटिव दोगुना है जितना कि वास्तव में है। यदि वर्चुअल मशीन कोड प्रीप्रोसेसर निर्देशों का उपयोग नहीं करता है तो समस्या उत्पन्न नहीं होगी

#if SIZEOF_OFF_T == 4 

और कोड में एक साधारण चेक (मुझे संदेह है कि अंतिम संकलन परिणाम समान होगा, लेकिन जांच के लिए पर्याप्त फ्यूज नहीं था):

 if (sizeof(off_t) == 4) { 

नतीजतन, शुरू में ईआरटीएस ~ / .erlang.cookie फ़ाइल (नेटवर्क इंटरैक्शन के दौरान पहचान के लिए पासवर्ड का एक प्रकार) को पढ़ने की कोशिश में पहली बार एकत्र किया गया, सफलतापूर्वक उच्च क्रम में कचरा प्राप्त किया और एक धमाके के साथ दुर्घटनाग्रस्त हो गया।

पैच पैच और OpenWRT के लिए ईआरटीएस के पारम्परिक संस्करण के साथ पैकेज को GitHub से डाउनलोड किया जा सकता है । इसके अलावा, समस्याओं को अभी तक नहीं देखा गया है, सब कुछ उम्मीद के मुताबिक काम किया।

दूसरा हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म जिस पर हमने एर्लैंग की कोशिश की, वह था मैडटैक और सीडस्टैडियो का लिंक्डइन स्मार्ट 7688 डिज़ाइनर, जिसे विशेष रूप से रैपिड प्रोटोटाइप और बेसिक्स सीखने के लिए डिज़ाइन किया गया था। यह बोर्ड संसाधनों के मामले में डिबॉक्चुरी का सिर्फ एक प्रकार का रोग है - एमआइपीएस कोर की आवृत्ति 1.5 गुना बढ़ी है, अधिक रैम (ईआरटीएस के लिए यह महत्वपूर्ण है, जीसी को नींद नहीं आती है) और अधिक फ्लैश मेमोरी, साथ ही साथ एक माइक्रोएसडी कार्ड की उपस्थिति और एटमेल को-प्रोसेसर के उपयोग की संभावना बाह्य उपकरणों के साथ काम करने के लिए डुओ संस्करण में एटमेगा 32 यू 4।

सामान्य तौर पर, भोज को जारी रखने के लिए मंच बहुत उपयुक्त था, और अतिरिक्त प्लग-इन उपकरणों की उपस्थिति जो बिना सोल्डरिंग के जुड़ती है, आपको अपने घुटने पर एक परीक्षण बेंच को जल्दी और सशर्त रूप से इकट्ठा करने की अनुमति देती है।

मंच अपने स्वयं के वेब इंटरफेस के साथ सॉफ्टवेयर के साथ आता है, साथ ही विकास के लिए पायथन और नोड्स लाइब्रेरी भी। विधानसभा के लिए पारिस्थितिकी तंत्र नहीं बदला है - यह अभी भी OpenWRT है। यदि किसी कारण से आपको यह सब विविधता सतही लगती है, तो उपरोक्त भंडार पर आवश्यक घटकों के न्यूनतम सेट वाले पैकेज हैं। असेंबली के बाद, फ्लैश छवि डिवाइस पर लिखी जाती है और रिबूट करने के बाद, आप सुरक्षित रूप से आरईपीएल का उपयोग कर सकते हैं।

IoT के लिए एर्लैंग पर एप्लिकेशन बनाने के लिए, एक वास्तुशिल्प मुद्दे को हल करने की आवश्यकता है।

भाषा को एक नियंत्रण विमान के रूप में काम करने वाली आंख के साथ डिजाइन और विकसित किया गया था, अर्थात। नियंत्रण परत, लोहे के साथ काम करते समय एफएफआई के माध्यम से होना चाहिए था। इसके लिए तीन प्रकार की सहभागिता प्रदान की जाती है:

1. पोर्ट्स (पोर्ट्स) - किसी भी भाषा में लिखी जाने वाली अलग-अलग काम करने की प्रक्रिया, जिसके साथ बातचीत इनपुट / आउटपुट धाराओं के माध्यम से होती है। गिरावट की स्थिति में उन्हें फिर से शुरू किया जा सकता है, लेकिन बातचीत के तरीके के कारण, संचार के मामले में उनकी उत्पादकता छोटी है (हालांकि, यह हमारे लिए पर्याप्त होगा);
2. एनआईएफ-फ़ंक्शन - भाषा के मानक कार्यों की तरह दिखते हैं, लेकिन उनका कॉल रनटाइम के स्थान में संकलित कोड के निष्पादन को उत्पन्न करता है। त्रुटि के मामले में, वे पूरी वर्चुअल मशीन को अपने पीछे खींच सकते हैं।
3. सी-नोड - जब पूरे काम को एक अलग प्रक्रिया में किया जाता है, और नेटवर्क पर अलग-अलग चलने वाले रनटाइम वातावरण के साथ बातचीत की जाती है। हम एक कमजोर डिवाइस के ढांचे के भीतर पर्याप्त बड़ी ओवरहेड लागत के कारण इस विकल्प पर विचार नहीं करेंगे।

दुविधा यह है: हम केवल एफएफआई (यानी, GPIO, I2C, SPI, PWM, UART, आदि) के लिए चीजों को परिवहन कर सकते हैं, और हम Erlang, या पर सेंसर और अन्य उपकरणों के साथ सीधे बातचीत कर सकते हैं, या इसके विपरीत, डिवाइस ड्राइवरों को पूरी तरह से बाहरी मॉड्यूल के कोड में स्थानांतरित करने के लिए, कच्चे डेटा को प्राप्त करने और उन्हें संसाधित करने के लिए आवेदन छोड़कर, इस मामले में, यह पहले से लिखे गए कोड का उपयोग करने के लिए समझ में आ सकता है।

हमने पहले विकल्प का उपयोग करने का फैसला किया। इसके कई कारण हैं:

• क्योंकि हम कर सकते हैं;
• जैसा कि मैंने पहले ही उल्लेख किया है, एर्लांग द्विआधारी अनुक्रमों को इकट्ठा करने और उन्हें अलग करने के लिए शक्तिशाली पर्याप्त उपकरण के साथ आता है, जबकि यह काफी सरल गणित है, जो आपको परिणामों को संसाधित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ओवरफ्लो और अन्य जादू से सुरक्षा के बारे में चिंता नहीं करने की अनुमति देता है। ऐसा नहीं है कि यह बिजूका जादू है, लेकिन यह झटके से नवजात शिशुओं को प्रभावित करता है;
• सहज रूप से, ऐसा लग रहा था कि उच्च-स्तरीय भाषा में ड्राइवर सरल और अधिक विश्वसनीय होंगे (दुर्घटनाग्रस्त प्रक्रिया पर्यवेक्षक को फिर से शुरू कर देगी, जिससे नियंत्रित डिवाइस का पुन: स्थिरीकरण होगा)।

इसलिए, अर्लांगेल पुस्तकालय जल्दी से मिल गया, जिसमें कर्नेल इंटरफेस के माध्यम से GPIO, I2C और SPI के लिए पहले से ही लागू समर्थन शामिल था, और हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म के डेवलपर्स ने बदले में, पहले से ही उनकी देखभाल की थी। UART के साथ काम करने के लिए लाइब्रेरी का परीक्षण पहले से ही किया गया था, साथ ही हमने erlexec को जोड़ा , एक ऐसा अनुप्रयोग जो आपको OS प्रक्रियाओं को बनाने और प्रबंधित करने की अनुमति देता है।

इन सभी अनुप्रयोगों ने उपकरण और ओएस के साथ काम करने के लिए बंदरगाहों (अलग-अलग लॉन्च की गई बाइनरी प्रक्रिया) का उपयोग किया, जिसमें सी और सी ++ भाषाओं के लिए क्रॉस-संकलन का समर्थन आवश्यक था, जिसके लिए एक विस्तृत शेल स्क्रिप्ट लिखी गई थी जो आवश्यक कंपाइलरों का उपयोग करने के लिए बिल्ड वातावरण को कॉन्फ़िगर करती थी।

हमारे द्वारा किए गए निर्णयों का परीक्षण करने के लिए, हमने LinkIt Smart 7866, दो I2C उपकरणों (BMP280 तापमान और दबाव संवेदक और 64 पिक्सेल के 128 ओएलईडी डिस्प्ले) और एक यूएसबी जीपीएस मॉड्यूल से एक साधारण उपकरण इकट्ठा किया जो UART के माध्यम से डेटा भेजता है। GPIO को बोर्ड पर एलईडी पर परीक्षण किया गया था, यह काम करता है, और एसपीआई डिस्प्ले को जोड़ने से जटिलता के इस चरण में अनावश्यक लग रहा था।



यह एक काफी कॉम्पैक्ट और सरल अनुप्रयोग निकला, सोर्स कोड को जीथब पर देखा जा सकता है।

मैं कोड के टुकड़ों में नहीं बदलूंगा, लेकिन एक अवलोकन में वर्णन करने का प्रयास करूंगा कि आवेदन कैसे काम करता है।

सभी उपकरणों के ड्राइवरों को gen_server प्रक्रियाओं के रूप में बनाया जाता है, यह सुविधाजनक है क्योंकि यह आपको अतिरिक्त पैरामीटर और कभी-कभी, डिवाइस की स्थिति को राज्य में जोड़ने की अनुमति देता है। बाद को uart_gps के उदाहरण में देखा जा सकता है - UART से डेटा अतुल्यकालिक रूप से आता है, NMEA0183 पार्सर द्वारा पार्स किया जाता है, और परिणाम प्रक्रिया स्थिति को लिखे जाते हैं, जहां से वे अनुरोध पर प्राप्त होते हैं।

आवेदन का मुख्य चक्र gps_temp_display मॉड्यूल में वर्णित है - हर दूसरी प्रक्रिया जीपीएस डेटा पढ़ती है और BMP280 से तापमान और दबाव की स्थिति का अनुरोध करती है और उन्हें OLED डिस्प्ले पर प्रदर्शित करती है। ब्याज की खातिर, आप BMP280 के डिस्प्ले और सेंसर ड्राइवरों को देख सकते हैं - सब कुछ पर्याप्त रूप से, 150-170 लाइनों प्रति मॉड्यूल निकला।

सामान्य तौर पर, उपरोक्त कार्य (ड्राइवर कोड लिखना, सब कुछ एक आवेदन, संयोजन और परीक्षण में संयोजन) ने लगभग चार शामें लीं, औसतन दो घंटे, अर्थात्। सख्ती से, काम के दिनों की एक जोड़ी। यह मुझे व्यक्तिगत रूप से लगता है कि यह अधिक जटिल और गंभीर एम्बेडेड अनुप्रयोगों में एर्लांग का उपयोग करने की कोशिश करने के लिए एक अच्छा संकेतक है, जिन्हें सख्त वास्तविक समय प्रतिबंधों की आवश्यकता नहीं है।

बेशक, एम्बेडेड सिस्टम के लिए Erlang का उपयोग करने के हमारे प्रयास केवल किसी भी तरह से नहीं हैं। इस संबंध में कई दिलचस्प परियोजनाएं हैं:

• nerves-project.org - उद्देश्य अमृत के आधार पर एक एम्बेडेड पारिस्थितिकी तंत्र बनाने के लिए है;
• www.grisp.org - एक और भी अधिक कट्टरपंथी दृष्टिकोण, जिसमें सीधे हार्डवेयर पर ईआरटीएस का प्रक्षेपण शामिल है (नंगे धातु एर्लांग सिस्टम);
• github.com/bettio/AtomVM और github.com/cloudozer/ling - ERTS का एक कॉम्पैक्ट संस्करण बनाने का प्रयास करता है, जो माइक्रोकंट्रोलर और कमजोर SoC / SoM में उपयोग के लिए उपयुक्त है।