凹语言是国内首个面向 WebAssembly 设计通用编程语言，也是目前被 [CNCF 基金会 wasm 全景图]( https://landscape.cncf.io/?item=wasm--languages--wa-lang) 收录的的唯一一个来自中国的开源编程语言项目。
凹语言最初在 2022 年底增加了对 Arduino-wasm 平台的支持，后来在 2023 年底因为聚焦 MVP 开发临时去掉了 Arduino 目标的支持。最近在下个发布的 v0.17.0 版本中将恢复对 Arduino nano 33 开发版的支持，相对于之前的版本现在的凹语言特性更加丰富。
- 例子代码：[https://gitee.com/wa-lang/wa/tree/master/waroot/examples/arduino]( https://gitee.com/wa-lang/wa/tree/master/waroot/examples/arduino)
- 安装凹语言版本：`go install wa-lang.org/master`
## 1. Arduino-wasm 是什么
Wasm3 是一个高性能的 WebAssembly 解释器，而 Arduino-wasm 则是 Wasm3 针对 Arduino 的定制版本。Wasm3 最小的硬件依赖是 ~64Kb Flash 和 ~10Kb RAM 。
Github 仓库：[https://github.com/wasm3/wasm3-arduino]( https://github.com/wasm3/wasm3-arduino)
下面是 Wasm3 运行在 iOS 的截图：
Arduino-wasm 则是运行在 Arduino Nano 33 等开发板上的 Wasm3 。
## 2. Arduino Nano 33 开发板介绍
Arduino Nano 33 ，是 Arduino Nano 的高配版本，是一款基于 nRF52840 SoC ARM 32 位处理器的微型开发板。其中 Arduino Nano BLE Sense 其主控芯片集成了蓝牙低功耗（ BLE ）。NANO 33 BLE 不仅保留了与经典款 NANO 同样的尺寸与管脚，且在此基础上配有多种高性能传感器等，当然最重要的是满足了 Arduino-wasm 的最低硬件要求。
目前（ 2024 年底），淘宝的价格大约在 200 元以内。
## 3. 编写 Arduino 的闪灯例子
首先用`wa init`生成一个 arduino 例子：
```
$ wa init -arduino
$ cd hello/
$ tree
.
├── README.
├── src
│ └── main.wa
└── wa.mod
```
其中 `main.wa` 内容如下：
```wa
// 版权 @2024 arduino 作者。保留所有权利。
import "syscall/arduino"
global LED = arduino.GetPinLED()
func init {
arduino.PinMode(LED, 1)
arduino.Print("凹语言(Wa)/Arduino is running ...\n")
arduino.Print("https://wa-lang.org\n")
for {
arduino.DigitalWrite(LED, arduino.HIGH)
arduino.Delay(100)
arduino.DigitalWrite(LED, arduino.LOW)
arduino.Delay(900)
}
}
```
代码逻辑比较简单，只是换成了凹语言来写。我们直接使用了 `syscall/arduino` 包来使用 Arduino 的功能。
## 4. `syscall/arduino` 包介绍
让我们看看 [`syscall/arduino`]( https://gitee.com/wa-lang/wa/tree/master/waroot/src/syscall/arduino) 包的代码：
```wa
// 版权 @2022 凹语言 作者。保留所有权利。
const (
LOW :i32 = 0
HIGH :i32 = 1
INPUT :i32 = 0
OUTPUT :i32 = 1
INPUT_PULLUP :i32 = 2
)
#wa:import arduino millis
func Millis() => i32
#wa:import arduino delay
func Delay(ms: i32)
#wa:import arduino pinMode
func PinMode(pin, mode: i32)
#wa:import arduino digitalWrite
func DigitalWrite(pin, value: i32)
#wa:import arduino getPinLED
func GetPinLED() => i32
#wa:import arduino print
func PrintRawString(ptr: i32, len: i32)
func Print(s: string) {
print(s)
}
func Println(s: string) {
println(s)
}
```
主要是将常用的函数通过 WASM 方式导入到了代码空间，大部分函数并不在凹语言中实现。
## 5. 编译到 Arduino-wasm 平台
可以通过`wa build`命令构建程序：
```
$ wa build
$ tree
.
├── README.md
├── output
│ ├── arduino
│ │ ├── app.wasm.h
│ │ └── arduino.ino
│ ├── hello.wasm
│ └── hello.wat
├── src
│ └── main.wa
└── wa.mod
```
output 目录存放编译的结果，`output/arduino/arduino.ino`是 Arduino 工程文件，`output/arduino/app.wasm.h`是`output/hello.wasm`文件对应的数据数组。
```c
// Auto Generate by Wa language. See https://wa-lang.org
unsigned int app_wasm_len = 4608;
unsigned char app_wasm[] = {
0x00, 0x61, 0x73, 0x6d, 0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x37,
...
0x03, 0x24, 0x74, 0x30, 0x17, 0x00, 0x18, 0x00,
};
```
然后 Arduino 工程就可以通过 `#include "app.wasm.h"` 方式引用这个 WASM 程序，最终和 Wasm3 一起编译。
## 6. Arduino 平台胶水代码初探
最终还需要一个 `arduino.ino` 代码（其实就是针对 Arduino 简化的 C++ 程序）。代码结构如下：
```c
#include <wasm3.h>
#include <m3_env.h>
// 定义 WASM 和 本地栈大小
#define WASM_STACK_SLOTS 1024
#define NATIVE_STACK_SIZE (32*1024)
// WASM 最大内存限制, 一般不得超过 64KB 大小
#define WASM_MEMORY_LIMIT (32*1024)
// 导入 凹语言 生成的 WASM 文件对应的二进制头文件
#include "app.wasm.h"
```
开头保护 Wasm3 和 WASM 程序对应的头文件，同时定义以下栈的大小。
然后看看代码主体结构：
```cpp
// 执行 WASM 的函数
void wasm_task(void*) { ... }
// setup 作为 main 函数用户
void setup() {
// 串口初始化
Serial.begin(115200);
delay(100);
// 等待串口初始化完成, 必须是 USB 串口
while(!Serial) {}
// 阻塞执行 wasm 程序, 不会返回
wasm_task(NULL);
}
// 该函数不会被执行
// 定义该函数只是为了确保 Arduino 编译通过
void loop() {
delay(100);
}
```
Arduino 的常规代码只有 setup 和 loop 两个函数。不过这里只用到了 setup 函数。在 setup 函数中首先初始化串口（方便打印调试信息），最后调用 `wasm_task` 执行凹语言写的亮灯代码，其中会加载 WASM 模块并执行。`wasm_task` 看起来是一个比较复杂的程序，不过核心逻辑和普通的 WASM 执行流程类似，细节可以下次文章再展开。
总体来说，以上这些胶水代码是相对固定的。后面会自动生成全部这些代码，同时去掉对外部其他工具的依赖。目标是生成的 Arduino 工程文件可以直接打开构建。
## 7. Arduino 构建 & 执行
如果是第一次使用 Arduino Nano 33 开发板，打开 IDE 后会提示安装必要的工具。然后需要在库管理菜单手动安装 Wasm3 包：
然后编译后上传的效果：
执行的效果，除了可以看到 LED 闪烁，串口还可以看到输出信息：
一切正常！
## 8. 总结展望
目前流行 Arduino 单片机的配置还是比较低的，可能难以运行 WASM 程序。不过可以乐观估计 Arduino Nano 33 将会很快普及。而且，Wasm3 不仅仅可以支持 Arduino ，还可以支持树莓派 Pico （淘宝价格 30 元）。因此，从长远看 WASM 是一个兼具灵活性和性价比的可选方案。
原文: https://wa-lang.org/smalltalk/st0052.html |
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