Einblick in die Arduino Programmiersprache

Was ist die Arduino Programmiersprache? Des Öfteren bin ich im Netz auf diese Frage gestoßen und habe oft wilde Spekulationen erlebt.

Es ist allgemein üblich einen Arduino auf zwei Art und Weisen zu programmieren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Assemblercode, der eine sehr hardwarenahe Programmierung ermöglicht. Die zweite und erheblich verbreiterte Option ist das Schreiben von Arduino Programmen in C/C++. Es besteht außerdem die Möglichkeit beide Sprachvarianten in einem Sketch zu verwenden.

Im Folgendem gehe ich zu erst auf die grundsätzliche Funktionsweise eines Arduinoprozessors (Atmega 328) ein, um danach den Weg vom Assembler nach C/C++ zu erläutern.

Funktionsweise des Atmega 328 Mikrocontrollers

Der auf einem Arduino (Uno / Nano) verbaute Mikrokontroller ist in der Lage vorher definierte Anweisungen auszuführen. Diese Anweisungen werden in einem sogenannten Befehlssatz aufgelistet. Der Programmierer kann daher für seine Anwendung aus diesem Werkzeugkoffer wählen und einzelne Befehle zu einem Programm zusammenbauen. Die so kombinierten Anweisungen führt der Atmega hintereinander aus. Um Programmlogiken zu erzeugen, gibt es Schleifen und Abfragen. Eine Kombination aus Anweisungen, Schleifen und Abfragen, die ausführbar ist, wird Programm genannt.

Assembler als grundlegende Arduino Programmiersprache

Die im Befehlssatz hinterlegten Befehle sind als binäre Zahlen gespeichert. Eine Aufgabe der Arduino Programmiersprache Assembler ist es die Befehle, in eine für Menschen einfacher zu lesende Sprache, zu übersetzen. So werden statt binären oder hexadezimalen Aufrufen Abkürzungen verwendet. Eine wichtige Eigenschaft des Assemblercodes ist, dass keine Abstraktion stattfindet. Das Programm muss daher vor seiner Ausführung nur assembliert werden. In diesem Prozess wird der Assemblercode eins zu eins in Maschinensprache übersetzt.

Abstraktion durch C/C++ macht das Programmieren einfacher

C/C++ ist eine sogenannte Hochsprache, die sich dadurch auszeichnet mehrere Assemblerbefehle in Anweisungen zusammenzufassen. Dies reduziert die benötigte Codemenge deutlich und macht es möglich komplexere Programme zu schreiben. Allerdings ist es notwendig C/C++ Befehle in Bibliotheken zu hinterlegen, in denen sich die „Übersetzungen“ in Assemblercode befinden.

Die wichtigste Bibliothek in der Arduinoprogrammierung heißt „Arduino.h“. Bei Verwendung der Arduino DIE ist diese automatisch eingebunden. Andere Bibliotheken können vom Programmierer hinzugefügt werden, um weitere Funktionalitäten hinzuzufügen.

Bevor C/C++ Code auf einem Arduino ausgeführt werden kann, muss dieser kompiliert werden. Der Compiler übersetzt den C/C++ Code in Maschinensprache und führt Optimierungen im Code aus, um eine bessere Performance zu gewährleisten.

Links und Credits

Ich hoffe Euch hat dieser kleine Einblick in die Arduino Programmiersprache gefallen. Über eine Rückmeldung freue ich mich sehr. Dazu könnt ihr gerne die Kommentarfunktion verwenden. In den folgenden Links findet Ihr eine Übersicht über einige Projekte auf Arduinobasis und eine Dokumentation der „Arduino.h“.

Arduino Projekte auf C/C++-Basis

Arduin.h Dokumentation