Termipankki
  1. A
    1. Abstraktio
    2. Alias
    3. Alustaminen
    4. Ankkatyypitys
    5. Argumentti
    6. Arvo
    7. Asetuslippu
    8. Avainsana
  2. B
    1. Binääriluku
    2. Binääritiedosto
    3. Bitti
    4. Bittinegaatio
    5. Bittioperaatio
  3. C
    1. C-funktio
    2. C-kirjasto
    3. C-muuttuja
  4. E
    1. Ehtolause
    2. Ehtorakenne
    3. Esikääntäjä
    4. Esikääntäjädirektiivi
    5. Esittely
    6. Etumerkitön
  5. H
    1. Heksadesimaali
  6. I
    1. Iteroitava
  7. K
    1. Kirjasto
    2. Kokonaisluku
    3. Kommentti
    4. Komplementti
    5. Konekieli
    6. Koodilohko
    7. Käskykanta
    8. Kääntäjä
  8. L
    1. Lause
    2. Liukuluku
    3. Looginen operaatio
  9. M
    1. Makro
    2. Merkki
    3. Merkkijono
    4. Metodi
    5. Muisti
    6. Muuntumaton
    7. main-funktio
  10. O
    1. Objekti
    2. Ohjausrakenne
    3. Optimointi
    4. Osoitin
    5. Otsikkotiedosto
    6. Otsikkotiedot
  11. P
    1. Paikanpidin
    2. Paluuarvo
    3. Parametri
    4. Poikkeus
    5. Prototyyppi
    6. Python-for
    7. Python-format
    8. Python-funktio
    9. Python-import
    10. Python-konsoli
    11. Python-lista
    12. Python-muuttuja
    13. Python-pääohjelma
    14. Python-tulkki
    15. Pääfunktio
    16. printf
  12. R
    1. Resurssi
  13. S
    1. Staattinen tyypitys
    2. Syntaksi
  14. T
    1. Taulukko
    2. Tavu
    3. Terminaali
    4. Tietorakenne
    5. Tyyppi
    6. Tyyppimuunnos
  15. V
    1. Varoitusviesti
    2. Virheviesti
  16. W
    1. while
Ratkaistu: / tehtävää

Sulautetut järjestelmät

Osaamistavoitteet: Tämän materiaalin läpikäytyäsi tiedät millaisia ovat sulautetut järjestelmät, mitä laiteläheinen ohjelmointi tarkoittaa, mitkä ovat sen erityispiirteet sekä miten sulautettuja laitteita ohjelmoidaan.

Miksi sulautetut järjestelmät?

Määritelmä: "Sulautettu järjestelmä (engl. embedded system) on tiettyyn tarkoitukseen tehty laite tai laitteisto, jota ohjaa tietokone. Sille on tyypillistä, että käyttäjän ei tarvitse olla tietoinen laitteen sisällä olevasta tietokoneesta, vaikka voikin sen olemassaolon helposti päätellä." (Wikipedia, mukaillen)
Sulautettuja järjestelmiä käytetään hyvin laajalti nykyään eri sovellusalueilla:
Laiteläheinen ohjelmointi taas tarkoittaa tietokoneohjelmointia, jossa ohjelmia tehdään hyvin lähelle tietokoneen rautaa, eli sen laitteistoa (fyysisiä osia ja komponentteja), niin että ohjataan syvimmillään jopa suoraan niitä sähköisiä signaaleja joiden avulla eri komponentit toimivat. Nykyään tosin nämä toiminnallisuudet abstrahoidaan kerroksiin ja valmiisiin kirjastoihin, niin että sulautettujen ohjelmointi on merkittävästi helpompaa, kuten kurssillakin tullaan näkemään.
"Sulautetut järjestelmät töissä"
Sulautettu järjestelmä töissä.. ja harrastuksena. Helpompaa miltä näyttää!

Esineiden Internet

Kurssilla toimimme Esineiden Internetissä (Internet of Things, IoT) ympäristössä. IoT on maailmanlaajuinen laitteiden ekosysteemi, jossa miljardit verkotetut esineet ja laitteet kommunikoivat keskenään Internetin kautta. Nykyään Esineiden Internetiin on kaksi pääasiallista näkökulmaa.
Esineiden Internet mahdollistaa uusia jokapaikan tietotekniikan (engl. Ubiquitous Computing) älykkäitä ympäristöjä, palveluita ja sovelluksia kuluttajille, yrityksille ja yhteiskuntaan, kun yksittäiset laitteet ja sovellukset tuottavat dataa ympäristöstään ja toiminnastaan ja voivat liittyä osaksi ekosysteemiä jakaen informaatiota ja hyödyntäen sen palveluita. Sovellusesimerkkejä ovat esimerkiksi erilaisten reaaliaikaisten tapahtumien seuraaminen urbaanissa ympäristössä: liikenteen sujuvuus, kaupunkien/asuntojen energiankulutus, ihmisen toimintojen seuraaminen (terveysteknologia), kodintekniikan ohjaus etänä, jne..
Toinen merkittävä sovellusalue Esineiden Internetin ratkaisuille on Teollinen Internet, jossa sulautettuja järjestelmiä käytetään yksittäisen järjestelmäkomponentin tasolta esimerkiksi koko tehtaan toiminnan automatisointiin ja tuotantoprosessien valvontaan, ohjaukseen ja optimointiin massadata-analyytiikkaa hyödyntäen, esimerkkinä energiankulutuksen tai logistiikan hallinta. Näin ollen, esimerkiksi tehdashallissa voi olla (kymmeniä)tuhansia erilaisten tietoverkkojen kautta yhteen kytkeytyviä sulautettuja järjestelmiä.
Lyhyt Internet of Things-esittelyvideo.

Sulautetun laitteen osat

Sulautettu järjestelmä (engl. embedded system) on siis resurssirajoitteinen pienoistietokone, joka on kehitetty ja toimii vain tiettyä käyttötarkoitusta varten vrt. yleiskäyttöinen työasema kuten PC kotona. Tällöin (PC-)työasemaan verrattuna sulautetussa laitteessa tyypillisesti on vain ne tietokoneen tarpeelliset osat, jotka tarvitaan juuri siihen käyttötarkoitukseen.
Sulautetun laitteen toiminta yleisesti perustuu syötteiden (engl. input) vastaanottoon, useimmiten liittyen jonkin isomman laitteen toimintaan (pesukone, auto, ...) tai anturipohjaiseen havainnointiin sen toimintaympäristössä (kasvihuoneen lämpötila). Laitteen ohjelmassa sitten reagoidaan syötteisiin ohjelmalogiikan mukaisesti, esimerkiksi analysoidaan yksinkertaisia tapahtumia (sallitun lämpötilan ylitys) anturien tuottamasta datasta. Usein ohjelma myös tuottaa vasteen (engl. output), jolla esimerkiksi ohjataan isompaa laitetta aktuaattorin avulla (kasvihuoneen ilmastointi).
Käyttäjälle sulautetun laitteen näkyvin osa on käyttöliittymä. Syöte laitteelle annetaan perustuen integroituihin fyysisiin komponententteihin kuten kytkimet (painonapit) tai valintapaneeli (kosketusnäyttö). Vasteen laite tuottaa joko näytölle (pieni LCD-näyttö) tai vaikkapa äänimerkkeinä (kaiutin) tai valomerkkeinä (ledit). Sulautetussa laitteessa ei kuitenkaan tarvitse olla käyttötarkoituksesta riippuen käyttöliittymää, esimerkiksi kun se toteutetaan osaksi ohjausjärjestelmää auton sisuksissa.
Sulautetun laitteen tiedonkäsittelijän / keskusyksikön / suorittimen roolia hoitaa mikrokontrolleri, joka suorittaa laitteeseen toteutettua ohjelmaa. No, tästä kohta lisää..
"Sulautetun laitteen peruskomponentit"
Laitteessa voi olla myös massamuistia, esimerkiksi ulkoinen SD-muistikortti tai haihtumatonta EEPROM-muistia pitempiaikaista tallentamista varten. Sulautettu laite tarvitsee tietenkin virtalähteen, joka liikkuvassa laitteessa (askelmittari) on tyypillisesti akku tai ladattava paristo.
Näistä komponenteista laitteen suunnittelijat valitsevat ne joita sovellus tarvitsee, kiinnittäen huomiota komponenttien fyysiseen kokoon, sähköisiin ja fyysisiin ominaisuuksiin (anturien mittausalue), liitäntöihin, virrankulutukseen, ohjelmointiin, ym, ja suunnittelee sulautetun laitteen jossa ulkoiset ja sisäiset komponentit kytketään tarkoituksen mukaan toimivaksi tuotteeksi. Lyhyt video miten sulautettu järjestelmä toimii.

Mikrokontrolleri

Mikrokontrolleri (myös mikro-ohjain, engl. MCU) tarkoittaa, että yhdelle mikropiirille on toteutettu sekä tietokoneen suoritin/prosessori että muita sähköisiä toiminnallisia komponentteja. Sulautetun laitteen mikrokontrolleria vastaa tietokoneen prosessori, mutta sen ominaisuuksia on karsittu verrattuna vaikkapa koti-PC-työasemissa oleviin prosessoreihin. Mikrokontrolleri toimii pienellä kellotaajuudella ja siinä on vähäinen määrä muistia, joka on vielä jaettu erilliseen ohjelmamuistiin ( myös lukumuisti, engl. Read Only Memory, ROM, esim. Flash-muistit) ja ohjelmien käytössä olevaan käyttö/keskusmuistiin (myös luku- ja kirjoitusmuisti, engl. Random Access Memory, RAM). Laitteissa onkin usein montaa eri tyyppistä muistia käyttötarkoituksen mukaan.
Nykyään sulautetuissa laitteissa, esim. älypuhelimessa tai autossa, on useita mikrokontrollereita, joista jokainen suorittaa omaa tehtäväänsä. Esimerkiksi, yksi MCU pyörittää laitteen toimintalogiikkaa, toinen keskittyy langattomaan tiedonsiirtoon ja kolmas ohjaa näyttöä. Näin saadaan laitteen ja sovellusten toimintaa tehokkaammaksi, kun jaetaan ohjelman suorituskuormaa useiden mikrokontrollerien kesken. Juurikin esimerkiksi langaton tiedonsiirto on sulautetulle laitteelle paljon prosessoriaikaa ja muistia vaativa toiminto, ja yhdellä mikrokontrollerilla toteutetussa laitteessa muu toiminta saattaisi olla tiedonsiirron ajan pysähdyksissä.

Kurssin sulautettu laite

Kurssilla käytettävät sulautetut laitteet ovat:
  1. Texas Instruments:in Simplelink SensorTag (meidän kesken SensorTag), joka tarjoaa oivallisen näköalan nykyiseen IoT-maailmaan valmiiksi integroituine komponentteineen!
  2. Raspberry Pi:n Pico W (meidän kesken Pico), joka tarjoaa oivallisen näköalan nykyiseen IoT-maailmaan sille toteutetun laajennusalustan kanssa!

SensorTag

Laitteen sydämenä on 32-bittinen mikrokontrolleri, johon on integroitu langaton radio ja sille oma toinen mikrokontrolleri tiedonsiirtoa varten. Laitteen piirikortille on lisäksi liitetty kymmenkunta liikettä ja ympäristöä mittaavaa anturia (kiihtyvyys-, asento-, lämpötila-, valo-, ilmankosteus- ja ilmanpaineanturi sekä magnetometri, kompassi ja mikrofoni). Samalla piirilevyllä on myös painonappeja, ledejä ja pieni kaiutin. Ulkoisina lisäkomponentteina laitteelle saa mm. mustavalkoisen LCD-näytön
SensorTagiin integroitu radio tarjoaa useita eri teknologioita langattomaan tiedonsiirtoon, joista kurssilla käytämme 6LoWPAN-teknologiaa 2.4GHz taajuuskaistalla (nyt tämän teknologian yksityiskohtia ei tarvitse kurssilla tietää). Opetushenkilökunta on toteuttanut valmiin kirjaston tiedonsiirtoon laitteiden välillä.
SensorTag toimii (oikein ohjelmointuna) kolikkopatterilla jopa viikkoja, johtuen tarkasti optimoidusta mikrokontrollerin ja oheiskomponenttien virrankulutuksesta.
Esimerkinomaisesti SensorTag ja integroitu LCD-näyttö toimisi vaikkapa älykellona!
"SensorTag yleisnäkymä"
Parempi kuvanlaatu
SensorTagiin lohkokaavio

Raspberry Pi Pico 2 W

Laitteen sydämenä on moderni, kaksi ydintä omaava RP2350-mikrokontrolleri. Picoon on myös integroitu langaton radio ja sille on kaksi mikrokontrolleria, jotka ohjaavat tiedonsiirtoa Wi-Fi:n ja Bluetoothin kautta. Laitteen laajennusalustalle on lisäksi liitetty useita liikettä ja ympäristöä mittaavaa anturia (kiihtyvyys-, asento-, lämpötila-, valo-, ilmankosteus- ja mikrofoni). Samalla piirilevyllä on myös painonappi, ledi ja pieni kaiutin. Laajennusalustaan saa liitettyä myös mustavalkoisen LCD-näytön
Picoon integroitu radio tarjoaa useita eri teknologioita langattomaan tiedonsiirtoon, joista kurssilla käytämme Wi-Fi-teknologiaa (nyt tämän teknologian yksityiskohtia ei tarvitse kurssilla tietää). Opetushenkilökunta on toteuttanut valmiin kirjaston langattomaan tiedonsiirtoon.
Pico toimii (oikein ohjelmoituna) kolikkopatterilla jopa viikkoja, johtuen minimaalisesta mikrokontrollerin ja oheiskomponenttien virrankulutuksesta.
Ohessa on kaaviokuva Picosta ja sen pinnijärjestyksestä (tähän tullaan vielä palaamaan myöhemmin kurssilla)

Sulautettu järjestelmä vs. PC

Verrattuna yleiskäyttöisiin PC-työasemiin, sulautettu järjestelmä on siis kehitetty ja toimii vain tiettyä vaatimatonta käyttötarkoitusta varten. Näissä sovelluksissa tarve laskentakapasiteetille, muistille ja muille tietokoneen ominaisuuksille on tyypillisesti vähäinen. On siis kustannustehokasta käyttää yleiskäyttöisen PC-laitteiston tilalta sulautettua laitetta, johon yleensä käy suorituskyvyltään vaatimattomammat komponentit ja näin koko laitteen valmistuskustannukset ovat pienemmät. Esimerkiksi, autotallin oven langattomaan aukaisuun olisi turha valjastaa moderni PC-tietokone.
Esimerkki: PC:n ja sulautetun laitteen eroja laitteistonäkökulmasta
Tyypillinen PC Sulatettu laite
Kellotaajuus 2-5GHz 16MHz-1Ghz
RAM-Muisti 8-64GB 2kB - 8GB
32kB - 128MB Flash-ohjelmamuisti
Prosessori 64bit 8bit / 16bit / 32bit / Some 64 bit
Massamuisti 2TB Oheislaite, esim. SD-muistikortti
128B-16MB haihtumatonta EEPROM-muistia
Liitännät Integroitu äänikortti Pieni summeri
Näytönohjain LCD-näyttö
Näppäimistö ja hiiri Painonappi, liukusäädin tai kosketusnäyttö
Itseasiassa, modernit PC:t käyttävät oheislaitteita, joissa pyörii oma sisäinen sulautettu järjestelmä, esimerkiksi verkkoliitäntäkortti tai tulostin.

Sulautetun laitteen suunnittelu ja toteutus

Johtuen suuresta määrästä sovellusalueita, käyttötarkoituksia ja vaatimuksia, sulautettujen laitteiden suunnittelun ja toteutus on useiden eri alojen asiantuntemusta vaativaa tiimityötä. Lähtökohtaisesti tarvitaan aihepiirin, esimerkiksi lääketieteen tai prosessiteollisuuden sekä toimintaympäristön tuntemusta. mutta lisäksi tarvitaan tyypillisesti elektroniikan, tietokonetekniikan, ohjelmistotekniikan, tietoliikennetekniikan, automaatiotekniikan ja jopa mekaniikan osaamista. Lisäksi varsinkin kuluttajamarkkinoille suunnatun laitteen suunnitteluun ja toteutukseen osallistuvat ainakin myös käyttöliittymäsuunnittelun ja muotoilun asiantuntijat.
Tietokone- ja ohjelmistotekniikan näkökulmasta sulautetussa laitteessa suunnitellaan ja toteutetaan eri sähköisistä ja mekaanisista komponenteista koostuvan laitteiston ja ohjelmiston välinen rajapinta. Lisäksi sovelluksesta riippuen on oleellista on laitteen toiminnan reaaliaikaisuus, eli järjestelmän toiminnan ennustettavuus sekä haluttujen aikavaatimusten täyttyminen, sekä reaktiivisuus, eli toimintojen kattavuus vs. sovellus(alue) jossa laitteen odotetaan osaavan toimia. Lisäksi vikasietoisuus ja vikatilanteista selviäminen ovat tärkeitä, koska laitteiden usein odotetaan toimivan itsekseen ilman ihmisen ohjausta. Sulautettujen järjestelmien kehitystyöhön onkin luotu spesifisiä ohjelmistotekniikan ja -tuotannon menetelmiä ja prosesseja sekä ohjelmointiympäristöjä. Näissä oleellisena osana usein on mukana simulaattori ja/tai emulaattori ohjelman toiminnan oikeellisuuden varmistamiseen kehitysvaiheessa, ennenkuin protoja edes viedään itse laitteeseen.
Kurssilla emme käsittele aihepiirin ohjelmistotekniikkaa yksityiskohtaisemmin, mutta tulemme toteuttamaan sulautettujen järjestelmien ohjelman tapahtumapohjaisuuteen (engl. Event-driven programming) perustuen. Kantava ajatus on, että laadimme ohjelman joka reagoi oheiskomponenttien tuottamiin tapahtumiin (napin painallus, uusi sensorin mittausarvo, ajoitussignaali, langaton viesti, jne) halutusti. Tapahtumapohjaista lähestymistapaa käytetään yleisesti muuallakin ohjelmistokehityksessä, esimerkiksi käyttöliittymien toteutuksessa Web-palveluihin.

Ohjelmien suorittaminen

Ohjelmien suorittamisessa PC:ssä ja sulautetussa laitteessa on merkittäviä eroja. Työasemissa ohjelmia ajetaan aina käyttöjärjestelmän (Windows, Mac OS X, Linux, ...) päällä, mutta sulautetuissa järjestelmissä on vaihtoehtoja käyttötarkoituksen ja suunnitteluvaiheessa tehtyjen valintojen mukaan.
"Ohjelma sulautetussa laitteessa"
Jos sulautetussa laitteessa on riittävästi resursseja (älypuhelimet) ajaa käyttöjärjestelmää, se on tyypillisesti karsittu versio PC-käyttöjärjestelmästä (esimerkiksi reaaliaikalinuxien eri jakelut), tarjoten minimaaliset palvelut ohjelmien suoritukselle ja pääsyn laitteistoresursseihin.
Käyttöjärjestelmää usein ei ole ollenkaan, johtuen siitä ettei käyttötarkoitus on niin yksinkertainen, ettei siihen tarvita käyttöjärjestelmän palveluita. Tällöin tyypillisesti sulautetut ohjelmat toteutetaan laiteohjelmiston (engl. firmware) päälle. Näinollen, kun laite käynnistetään, firmis käynnistyy ensin ja muut ohjelmat vasta sen jälkeen. Laiteohjelmisto kytkee sulautetun laitteen komponentit yhteen toimivaksi tietokoneeksi ja tarjoaa valmiiden kirjastojen kautta alimman tason ohjelmointirajapinnan komponenttien kanssa toimimiseen, tyypillisesti sisältäen laiteajurit ja korkeamman tason abstraktioita ohjelmointia helpottamaan. Tunnettu esimerkki sulautetusta firmware:sta on helppokäyttöiset Arduino-laitealustat.
Ohjelmoidessa sulautettu sovellus voidaan toteuttaa myös ilman laiteohjelmistoa (ns. bare-metal), mutta silloin ohjelmoijan on itse luotava tarvittavat oheislaitteiden rajapinnat ja ajurit, mukaan lukien alustaminen ja asetukset. Bare-metal-ohjelmoinnissa ohjelmoijan on hallittava GPIO-pinnejä ja MCU:n eri rekistereitä. Tämä vaatii luonnollisesti syvällisempää ymmärrystä mikro-ohjaimesta sekä oheislaitteiden elektronisesta toiminnasta ja ohjauksesta. Bare-metal-ohjelmointia varten on tärkeää käydä tarkasti läpi mikro-ohjaimen tai käytettävän anturin tietolehti (datasheet).
Sulautettu sovellus on myös mahdollista toteuttaa ilman laiteohjelmistoa (ns. bare-metal), mutta tällöin ohjelmoijan pitää tehdä vaaditut oheislaitteiden rajapinnat ja ajurit, itse sisältäen käynnistykset ja alustukset, jne. Tämä tietysti edellyttää syvempää ymmärrystä mikrokontrollerin ja oheislaitteiden sähköisestä toiminnasta ja ohjaamisesta.
Tällä kurssilla Picolle ja SensorTag:lle tehdään ohjelmia reaaliaikakäyttöjärjestelmän päälle, valmistajan kirjastoja apuna käyttäen. Raspberry Pi:n ja Texas Instrumentsin toteuttamat SDK:t (Software Development Kit) tarjoavat meille valmiiksi toteutettuja palveluita, rajapintoja ja ajureita, joten niitä ei tarvitse itse tehdä, vaan ainoastaan sovelluksen vaatima toiminnallisuus.

Sulautetun laitteen ohjelmointi

Kun sulautetun laitteen mikrokontolleri käynnistyy, se lähtee automaattisesti ajamaan ensin firmistä ja sen ohjaamana, laitteen ja komponenttien alustusten jälkeen, ohjelmamuistissa olevaa sovellusohjelmaa. Sovellusohjelmaa sitten ajetaan, kunnes laitteen virrat katkaistaan tai tulee vikatilanne. Yleensä sulautetun laitteen ohjelmaa ei vaihdeta vaan laite suorittaa ainoastaan valmistusvaiheessa sisään syötettyä sovellusohjelmaa. Joskus joudutaan myös sulautetun laitteen ohjelmaa päivittämään, mutta kuten arvata saattaa, nämä ovat kalliita operaatioita vaaditun uudelleenasennuksen tai jopa laitteen markkinoilta takaisinvetämisen vuoksi. Poikkeuksen tässä muodostavat tietysti laitteet joissa on resursseja ajaa edistyneempää käyttöjärjestelmää (älypuhelimet) mahdollistaen vapaammin kolmansien osapuolten ohjelmien suorituksen.
Nykyäänkin sulautettuja järjestelmiä pitkälti ohjelmoidaan C-kielellä (ja myös modernimmalla C++-kielellä). Vaikka C-kieli on kehitetty jo 1970-luvulla, tarjoaa se matalan tason ohjelmointikielenä mahdollisuuden kirjoittaa tiiviitä, nopeita ja sitä myöten tehokkaita ohjelmia juurikin sulautetuille järjestelmille. Lisäksi C-kieli on erittäin salliva kieli, päästäen ohjelmoijan tekemään monia komponentteja lähellä olevia asioita, jotka eivät muissa kielissä välttämättä onnistu. Nykyään RUST on saamassa yhä enemmän jalansijaa. Kuitenkaan ei ole selvää, voiko se syrjäyttää C-kielen sulautetuissa laitteissa.
Ohjelmointia sulautetulle laitteelle tehdään PC-/työasemaympäristössä laitevalmistajien (yleensä ilmaisilla) kehitystyökaluilla. Yleisesti sulautettuja laitteita ei ohjelmoida tulkin kautta, eikä varsinkaan voida ohjelmakoodia muuttaa lennosta kuten esimerkiksi Python-tulkissa voi tehdä. Sulautetun laitteen ohjelmoinnissa on useita vaiheita:
  1. Ensin C-kielinen ohjelma käännetään C-kääntäjäohjelmalla työasemassa valitun mikrokontrollerin ymmärtämään muotoon, sen konekielelle.
  2. Sitten ohjelmaan liitetään firmiksen (tai käyttöliittymän) kirjastoja ja ajureita, lopputuloksena saadaan suoritettava ohjelma. (Johtuen resurssirajoitteista, ohjelmaan otetaan mukaan esimerkiksi vain halutut ajurit.)
  3. Sen jälkeen yhdistetty ohjelma kirjoitetaan (ladataan / flashataan) erillisellä ohjelmointilaitteella sulautetun laitteen ohjelmamuistiin.
  4. Toteutus- ja testausvaiheissa ohjelman suoritusta laitteessa ohjataan erillisen debuggerin avulla. Debuggerin avulla on mahdollista tutkia ohjelmakoodia, ohjelman tilaa ja laitteen muistien sisältöä ajonaikaisesti.
"Ohjelmointiprosessi"
Alla kuvassa SensorTag:n ohjelmointi- ja debuggauslaite (näkyvä piirilevy) jota käytämme kurssilla. Laite kytketään PC:hen USB-liittimen kautta.
"Ohjelmointilaite"
Kursilla SensorTag:ia ohjelmoidaan C-kielellä valmistajan ohjelmointiympäristössä, Code Composer Studiossa. Picoa ohjelmoidaan' C-kielellä Visual Studio Codeen perustuvassa ohjelmointiympäristössä, jossa käytämme Picon SDK:n meille tarjoamia kirjastoja ja ajureita ohjelman toteutukseen.
Ohjelmiston ja ympäristön käyttö käydään yksityiskohtaisesti läpi kurssin laboratorioharjoituksessa, joten älkää vielä asentako mitään.

Haasteita

Yleisesti sulautettua järjestelmää suunniteltaessa ja ohjelmoidessa on kiinnitettävä huomiota mm. seuraaviin asioihin:
Näihin asioihin palaamme sitten tarkemmin kurssimateriaalissa..

Lopuksi

Sulautettujen järjestelmien laitealustoja löytyy (muutamalla kympillä) harrastajille kotikäyttöön kaikilta isommilta mikrokontrollerivalmistajilta. Tunnetuin lienee harrastajakäyttöön sopiva Arduino, joka alun perin perustui ATmelin 8-bittisiin mikrokontrollereihin, mutta nykyään käyttää 32-bittistä ARM-piiriä.
Arduino tarjoaa korkean tason C++:n perustuvan ohjelmointikielen laitealustalle ja tavoite on, että Arduinon ohjelmointi onnistuukin vähäisellä ohjelmointikokemuksella. Esimerkkinä, Arduinoa käytetään digitaalisen median opetuksessa. Meidän kurssille Arduino on liian yksinkertaistettu laite, mutta sen ohjelmoinnin osaamisesta on hyötyä.
Picoa ei ole syytä sekoittaa muihin Raspberry Pi:n tarjoamiin, monimutkaisempiin laitteisiin, jotka silti usein luetaan sulautetuiksi laitteiksi (esim. Raspberry Pi 5). Näissä laitteissa on kuitenkin jo niin kattavasti ominaisuuksia ja resursseja (esim. Raspberry Pi 5 voi sisältää jopa 8GB RAM-muistia!), että kyseessä on enemmänkin korttitietokone ( engl. single-board computer). RPi:ssä ajetaan usein myös Linux-käyttöjärjestelmää, joka on vastaavasti aivan liian raskas firmis Arduinolle. Jotkut eivät pidä RPi:tä varsinaisena sulautettuna laitteena, vaikka senkin voi kyllä upottaa jokapaikan tietotekniikan ympäristöön siinä missä Arduinonkin.
SensorTagille on julkaistu ulkoisia oheislaitteita DevPack-rajapinnan kautta, joista osa on myös saatavilla avoimesti verkossa. Kuka tahansa voi siis toteuttaa laitteelle omia lisäkomponentteja, esimerkiksi opiskelijat kandintyönä.
?
Abstraktiolla tarkoitetaan sitä kun raa'an konekielen käskyt "piilotetaan" korkeamman tason ohjelmointikielen käskyjen alle. Abstraktiotasosta riippuu miten laajaa tämä piilotus on - mitä korkeampi taso, sitä vaikeampi on suoraan sanoa miten monimutkaiseksi koodirakennelma muuttuu kun se kääntyy konekielelle. Esim. Pythonin abstraktiotaso on huomattavasti korkeampi kuin C:n (itse asiassa Python on tehty C:llä...).
Alias on esikääntäjävaiheessa käsiteltävä korvaus, jolla tietty merkkijono koodissa korvataan toisella. Toiminta vastaa siis tekstieditorin replace-toimintoa. Aliaksia määritellään #define-direktiivillä. Esim #define PI 3.1416
Muuttujan alustamisella tarkoitetaan sitä, kun sille asetetaan koodissa jokin alkuarvo. Hyvin yleinen esimerkki tästä on lukumuuttujien alustaminen nollaan. Alustus voidaan tehdä muuttujan esittelyn yhteydessä: int laskuri = 0; tai erikseen. Jos muuttujia ei alusteta, niiden sisältönä on mitä ikinä muistipaikkaan on aiemmin jäänyt.
Pythonin käyttämää tapaa käsitellä arvojen tyyppiä kutsutaan dynaamiseksi tyypitykseksi eli ankkatyypitykseksi. Nimitys perehtyy lauselmaan "Jos se ui kuin ankka, kävelee kuin ankka ja ääntelee kuin ankka, se on ankka." Toisin sanoen arvon kelvollisuus määritellään sen ominaisuuksien perusteella. Tämä eroaa staattisesta tyypityksestä, jossa arvon kelvollisuus määritellään sen tyypin perusteella.
Argumentti on funktiokutsussa käytettävä arvo, joka välitetään kutsuttavalle funktiolle. Funktion sisällä argumentit sijoitetaan parametreiksi kutsuttuihin muuttujiin. Esimerkiksi printf("%c", merkki); -lauseessa argumentteja ovat "%c"-tulostusmäärittely sekä merkki-muuttujan sisältö.
Alkeiskurssilla arvo-termiä käytettiin kaikista ohjelman käsittelemistä arvoista, oli kyse sitten muuttujista, lauseiden tuloksista tai mistä tahansa. Arvo on siis käytännössä tietokoneen muistissa olevaa dataa, johon muuttujat voivat viitata. C:ssä muuttujan ja sen arvon suhde on Pythonia tiiviimpi, koska muuttuja vastaa suoraan sitä muistialuetta johon arvo on talletettu.
Asetuslippuja käytetään kun suoritetaan ohjelmia komentoriviltä. Ne ohjaavat ohjelman toimintaa. Asetuslippu kirjoitetaan yleensä joko yhdellä viivalla ja sitä seuraavalla kirjaimella (esim. -o) tai kahdella viivalla ja kokonaisella sanalla (tai sanoilla, sanojen välissä viiva) (esim. --system. Jotkut liput ovat ns. boolean lippuja eli ne ovat vain päällä tai pois, toisille annetaan lisäksi parametri. Parametri on tyypillisesti lipun perässä joko välilyönnillä tai =-merkillä erotettuna (esim. -o hemuli.exe).
Avainsanat ovat ohjelmointikielessä kielen käyttöön valittuja sanoja, joilla on erityinen merkitys. Hyvät tekstieditorit tyypillisesti merkitsevät avainsanat muista nimistä eroavalla tavalla (esim. lihavointi). Avainsanat ovat yleensä suojattuja, eli samannimistä muuttujaa ei voi luoda. Yleisiä avainsanoja ovat esim ohjausrakenteisiin kuuluvat if ja else. Avainsanat ovat siis osa ohjelmointikielen kielioppia.
Binääriluku on luku, joka muodostuu biteistä, eli arvoista 0 ja 1. Tämä tekee siitä 2-kantaisen lukujärjestelmän. Binäärilukujen tulkintaa voit tutkailla lukujärjestelmiä käsittelevässä lisämateriaalissa.
Binääritiedosto on tiedosto, joka sisältää konekielisiä käskyjä binäärinä. Ne on tarkoitettu ainoastaan tietokoneen luettavaksi, ja tyypillisesti jos niitä avaa vahingossa esim. tekstieditorilla tuloksena on merkkisotkua editorin yrittäessä tulkita tiedoston sisältämiä bittejä merkeiksi. Useimmat tekstieditorit myös varoittavat asiasta erikseen.
Bitti on pienin informaation yksikkö, joka voi saada arvot 0 ja 1. Tietokoneen sisällä kaikki tapahtuu bitteinä. Tyypillisesti muistissa on bittijonoja, jotka muodostuvat useista biteistä.
Bittinegaatio on operaatio jossa bittijonon bitit käännetään siten, että nollat muutetaan ykkösiksi ja ykköset nolliksi. Operaattori on ~
Bittioperaatiot ovat oma operaatioluokkansa joiden yhteispiirre on se, että niissä käsitellään bittijonojen yksittäisiä bittejä. Kääntöoperaatiossa yhden jonon bitit käännetään nollista ykkösiksi ja toisin päin. Osa operaatioista suoritetaan kahden bittijonon välillä siten, että jonoissa samassa kohdassa olevat bitit vaikuttavat toisiinsa. Näitä ovat and (&), or (|) sekä xor (^). Lopuksi on vielä siirto-operaatiot (<< ja >>), joissa yhden bittijonon bittejä siirretään oikealle tai vasemmalle N askelta.
C:n funktiot ovat Pythonin funktioita staattisempia. Funktiolla voi olla vain yksi paluuarvo, jonka tyyppi määritellään funktion määrittelyssä. Samoin määritellään kaikkien parametrien tyypit. Funktiota kutsuttaessa argumenttien arvot sijoitetaan parametreille varattuihin muistipaikkoihin, joten funktio käsittelee eri arvoja kuin sitä kutsuva koodi.
Ulkopuolinen koodi sijaitsee C:ssä kirjastoissa (library), josta niitä voidaan ottaa käyttöön #include-direktiivillä. C:ssä on mukana sisäiset kirjastot sekä lisäksi voidaan käyttää ulkoisia kirjastoja - ne täytyy kuitenkin koodissa käyttöönoton lisäksi kertoa kääntäjälle käännösvaiheessa. Tyypillisesti kirjasto koostuu c-kooditiedostosta sekä otsikkotiedostosta (.h), joka kertoo mitä funktioita kirjastossa on.
C:n muuttujat ovat staattisesti tyypitettyjä, eli niiden tyyppi kiinnitetään esittelyn yhteydessä. Lisäksi C:ssä muuttuja on sidottu sille varattuun muistialueeseeen. Muuttuja ei voi myöskään muuttaa tyyppiään jälkikäteen.
Ehtolause on yksittäisen ehdon määrittelevä rivi koodissa, jota seuraa aaltosulkeilla merkitty koodilohko, joka määrittää miten ehdon toteutuessa tulee toimia. Varsinaisia ehtolauseita ovat if-lauseet, joka voi esiintyä myös else-avainsanan kanssa else if. Toisiinsa liitetyt ehtolauseet muodostavat ehtorakenteita.
Ehtorakenne on yhdestä tai useammasta toisiinsa liitetystä ehtolauseesta muodostuva rakenne, joka haarauttaa ohjelman suoritusta. Useimmissa ehtorakenteissa on vähintään kaksi haaraa: if ja else. Näiden välissä voi olla myös N kpl else if-lauseilla aloitettuja haaroja. On myös mahdollista, että ehtorakenteessa on pelkkä if-lause. Ehtorakenteessa kussakin haarassa on suoritettavaa koodia, joka kuvaa miten ohjelman tulee ehdon määrittelemässä tilanteessa toimia. Jokainen haara on oma koodilohkonsa, joka merkitään siis aaltosulkeilla.
Esikääntäjä on värkki joka käy koodin läpi suorittaen kaikki esikääntäjädirektiivit ennen varsinaista kääntämistä. Näihin kuuluvat mm. include-lauseet joilla koodiin lisätään siihen liitetyt kirjastot sekä define-lauseet joilla voidaan määritellä vakioita ja makroja.
Esikääntäjädirektiivit ovat ohjeita, jotka on tarkoitettu esikääntäjälle. Ne puretaan koodista pois ennen varsinaista kääntämistä. Esikääntäjädirektiivit alkavat #-merkillä. Yleisin näistä on include, joka vastaa Pythonin importia. Toinen yleinen on define, jolla tällä kurssilla määritetään vakioita.
Muuttujan esittely tarkoittaa sitä kun muuttujan olemassaolosta kerrotaan ensimmäistä kertaa. Tällöin määritetään muuttujan tyyppi ja nimi, esim. int luku;. Kun muuttuja esitellään, sille varataan paikka muistista, mutta muistiin ei vielä kirjoiteta mitään - muuttujassa on siis muistiin jäänyt arvo. Tästä syystä muuttujat on usein myös hyvä alustaa esittelyn yhteydessä.
Etumerkitön kokonaislukumuuttuja on kokonaisluku jonka kaikki arvot ovat positiivisia. Koska etumerkille ei tarvitse varata bittiä, etumerkittömällä kokonaisluvulla voidaan esittää itseisarvoltaan 2x suurempi luku kuin etumerkillisellä. Etumerkitön kokonaisluku määritetään lisäämällä kokonaislukumuuttujan esittelyyn unsigned-avainsana: unsigned int laskuri;
Heksadesimaaliluvut ovat 16-kantaisia lukuja, joita käytetään erityisesti muistiosoitteiden sekä muistin bittisisällön esittämiseen. Heksadesimaaliluvun edessä on tyypillisesti 0x, ja numeroiden lisäksi käytössä ovat kirjaimet A-F jotka vastaavat numeroja 10-15. Heksadesimaalilukuja käytetään koska yksi numero vastaa aina tasan neljää bittiä, joten muunnokset binääriin ja takaisin ovat helppoja.
Iteroitava objekti on sellainen, jonka voi antaa silmukalle läpikäytäväksi (Pythonissa for-silmukalle). Tähän joukkoon kuuluvat yleisimpinä listat, merkkijonot ja generaattorit. C:ssä ei ole silmukkaa, joka vastaisi Pythonin for-silmukan toimintaa, joten taulukoiden yms. läpikäynti tehdään indeksiä kasvattavilla silmukoilla.
Kirjasto on tyypillisesti yhteen rajattuun tarkoitukseen tehty työkalupakki, joka yleensä sisältää nipun funktioita. Kirjastot otetaan käyttöön include-esikääntäjädirektiivillä. Jos kirjasto ei kuulu C:n sisäänrakennettuihin, sen käyttöönotto täytyy myös kertoa kääntäjälle.
Kokonaisluvut itsessään ovat tuttuja varmaan tässä vaiheessa, mutta C:ssä niitä on monenlaisia. Kokonaisluvuille nimittäin määritellään kuinka monella bitillä ne esitetään sekä se, onko luvussa etumerkkiä. Koska tietyllä bittimäärällä voidaan esittää vain rajallinen määrä eri lukuja (2 ^ n), etumerkillisissä luvuissa maksimiarvo on yhden bitin verran pienempi (2 ^ (n - 1)). Pienin kokonaisluku on 8-bittinen.
Kommentti on kooditiedostossa olevaa tekstiä, joka ohitetaan kun koodia suoritetaan. Kussakin kielessä on oma tapansa sille miten rivi merkitään kommentiksi. Pythonissa se on #-merkki, C:ssä //. Lisäksi C:ssä voi merkitä useita rivejä kommenteiksi kerralla - kommentti aloitetaan tällöin /*-merkkiparilla ja päätetään */-merkkiparilla. Kaikki näiden välissä tulkitaan kommentiksi.
Komplementti on negatiivisten lukujen esitystapa, jossa luvun etumerkki muutetaan kääntämällä sen kaikki bitit. Kahden komplementissa, jota tällä kurssilla käytetään, käännön jälkeen lisätään tulokseen 1. Tarkempaa tietoa löydät lukujärjestelmiä käsittelevästä oheismateriaalista.
Konekieli muodostuu käskyistä jotka laitteen prosessori ymmärtää. Konekieltä kutsutaan yleensä Assemblyksi ja se on alin taso jolla ihmisen on mielekästä antaa ohjeita tietokoneelle. Konekieltä käytetään tällä kurssilla loppuossa, joten siihen ei johdatuskurssia suorittavien tarvitse perehtyä.
Koodilohko on joukko koodirivejä, jotka kuuluvat jollain tavalla yhteen eli ne ovat samassa kontekstissa. Esimerkiksi ehtorakenteessa kunkin ehdon alla on oma koodilohkonsa. Samoin funktion sisältö on oma koodilohkonsa. Koodilohkot voivat sisältää muita koodilohkoja. Pythonissa koodilohkot erotetaan toisistaan sisennyksellä; C:ssä koodilohkon alku ja loppu merkitään aaltosulkeilla {}
Käskykanta määrittää mitä käskyjä laitteen prosessori osaa. Nämä käskyt muodostavat prosessoriarkkitehtuurin konekielen.
Kääntäjä on ohjelma, joka kääntää C-kielisen koodin konekieliseksi binääritiedostoksi, jonka tietokoneen prosessori osaa suorittaa. Kääntäjä myös tutkii koodin ja ilmoittaa siinä olevista virheistä sekä antaa varoituksia potentiaalisista ongelmista koodissa. Kääntäjän toimintaa voi ohjata lukuisilla asetuslipuilla.
Lause on ohjelmointikielessä nimitys yksittäiselle suoritettavalle asialle, joka on yleensä yksi koodirivi.
Liukuluku (engl. floating point number, lyh. float) on tietokoneiden käyttämä desimaaliluvun approksimaatio. Tietokoneet eivät arkkitehtuurinsa vuoksi pysty käsittelemään oikeita desimaalilukuja, joten niiden tilalla käytetään liukulukuja. Liukuluvut saattavat aiheuttaa pyöristysvirheitä - tämä on hyvä pitää mielessä niitä käyttäessä. C:ssä liukulukuja on yleensä kahta eri tarkkuutta: float ja double, joista jälkimmäisessä on nimensä mukaisesti 2 kertaa enemmän bittejä.
Looginen operaatio viittaa Boolen algebran operaatiohin, joissa käsitellään totuusarvoja. Tyypillisiä loogisia operaatioita ovat ehtolauseista tutut and, not ja or. C:ssä tunnetaan myös bittikohtaiset loogiset operaatiot jotka toimivat samalla logiikalla, mutta vaikuttavat jokaiseen bittiin erikseen.
Makro on alias, jolla määritetään tietty avainsana korvattavaksi koodinpätkällä. Hyvin käytettynä tällä voidaan joissain tilanteissa saada aikaan parempaa luettavuutta, mutta helposti käy toisin. Makroilla ei kannata tämän kurssin puitteissa leikkiä, kunhan tietää mistä on kyse jos niihin joskus törmää.
Merkki on nimensä mukaisesti yksi merkki. Merkki voidaan tulkita ASCII-merkkinä mutta sitä voidaan käyttää koodissa myös kokonaislukuna, koska se on pienin esitettävissä oleva kokonaisluku. Merkin koko on 1 tavu. Merkki merkitään yksinkertaisilla lainausmerkeillä, esim. 'c'.
Pythonissa kaikki teksti käsiteltiin merkkijonoissa, eikä siinä esim. ollut erillistä muuttujatyyppiä yksittäiselle merkille. C:ssä puolestaan ei ole varsinaista merkkijonomuuttujatyyppiä lainkaan - on ainoastaan merkeistä koostuvia taulukoita, joille on oma määrittelytapansa. Näillä taulukoilla on ennaltamäärätty pituus. "Merkkijonon" voi määritellä C:ssä char elain[5] = "aasi"; jossa numero kertoo merkkitaulukon koon ja on merkkien määrä + 1, koska lopetusmerkki '\0' lisätään tässä alustustavassa automaattisesti loppuun.
Metodi on funktio, joka on osa objektia eli objektin ominaisuus, jolla objekti usein muuttaa omaa tilaansa. Metodia kutsuttaessa käsiteltävä objekti tulee kutsun eteen: arvosanat.sort().
Kaikki suoritettavien ohjelmien käsittelemä data on tietokoneen muistissa ajon aikana. Tietokoneen muisti muodostuu muistipaikoista, joilla on muistiosoite sekä sisältö. Kaikki muistipaikat ovat saman kokoisia - jos talletettava tietomäärä on tätä suurempi, varataan useampi (peräkkäinen) muistipaikka.
Pythonissa objektit eroteltiin muuntuviin ja muuntumattomiin. Muuntumaton arvo oli sellainen, jonka sisältö ei voi muuttua - kaikki operaatiot jotka näennäisesti muuttavat arvoa tosiasiassa luovat siitä uuden kopion, joka yleensä sijaitsee uudessa muistipaikassa. Esimerkiksi merkkijonot olivat tyypillinen muuntumaton tyyppi Pythonissa. C:ssä tätä erottelua ei tarvita, koska muuttujien ja muistipaikkojen suhde on tiiviimpi - sama muuttuja osoittaa koko ohjelman suorituksen ajan tiettyyn muistipaikkaan.
Objekti, joskus myös olio, on Pythonissa yleistä terminologiaa. Kutsuimme objekteja pääasiassa arvoiksi alkeiskurssilla, mutta Pythonissa kaikkea voi käsitellä objekteina - tämä tarkoittaa, että mihin tahansa voidaan viitata muuttujilla (esim. funktion voi sijoittaa muuttujaan). Objekti-termiä käytetään tyypillisesti oliopohjaisissa kielissä (kuten Python). C ei kuulu tähän joukkoon.
Ohjausrakenne on yleisnimitys koodirakenteille, jotka hallitsevat jollain tavalla ohjelman suorituksen kulkua. Näihin rakenteisiin lukeutuvat ehtorakenteet sekä toistorakenteet. Myös poikkeusten käsittely voidaan lukea tähän joukkoon.
Koodin optimointi tarkoittaa sitä, että sen suorituskykyä parannetaan tyypillisesti joko vähentämällä aikaa, joka sen suoritukseen kuluu tai vähentämällä muistin käyttöä. Optimoinnista on hyvin tärkeää ymmärtää, että sitä ei koskaan kannata tehdä jos ei ole pakko - optimointia siis tehdään vasta kun koodi oikeasti toimii hitaasti tai kuluttaa liikaa muistia. Optimointia ei myöskään kannata tehdä sokkona - koodista tulee ensin tunnistaa mitkä ovat sen pullonkaulat eli ne osat jotka tuhlaavat eniten resursseja.
Osoitin (pointer) on C:ssä erityinen muuttujatyyppi. Osoitinmuuttuja sisältää muistiosoitteen, josta varsinainen arvo löytyy - ne toimivat siis tietyllä tapaa kuin Pythonin muuttujat. Muuttuja määritellään osoittimeksi lisäämällä tyypin perään * esittelyrivillä, esim. int* luku_os luo luku_os-muuttujan, joka on osoitin int-tyyppiseen arvoon. Osoittimen osoittaman muistialueen sisällön voi hakea käyttöön merkinnällä *luku_os ja vastaavasti jonkin muuttujan muistipaikan osoitteen saa merkinnällä &luku. Osoittimille on omistettu kokonainen materiaali (4).
Otsikkotiedosto on .h-päätteellä merkitty tiedosto, joka sisältää otsikkotiedot (funktioiden prototyypit, tietotyyppien määrittelyt yms) saman nimiselle .c-tiedostolle.
Otsikkotiedot ovat C-koodissa ja erityisesti kirjastojen yhteydessä eräänlainen muotti koodista. Tyypillisen otsikkotieto on funktion prototyyppi, jolla kerrotaan mitä funktio palauttaa ja mitä argumentteja sille annetaan. Rivi on sama kuin funktion varsinainen määrittely. Muita otsikkotietoja ovat mm. tietotyyppien ja vakioiden määrittelyt. Otsikkotiedot voivat sijaita kooditiedoston alussa, mutta erityisesti kirjastojen osalta ne ovat yleensä erillisessä .h-tiedostossa.
Paikanpidin on merkkijonojen muotoilussa käytetty termi, jolla esitetään kohta merkkijonossa, johon sijoitetaan esim. muuttujan arvo ohjelman suorituksen aikana. Pythonissa format-metodia käytettäessä paikanpitimiä merkittiin aaltosulkeilla (esim. {:.2f}). C:ssä käytetään %-merkkiä jota seuraa paikanpitimen määrittely, josta erityisen tärkeä osa on muuttujatyypin määrittely. Esimerkiksi "%c" ottaa vastaan char-tyyppisen muuttujan.
Paluuarvo on nimitys arvolle tai arvoille jotka funktio palauttaa kun sen suoritus päättyy. C:ssä funktioilla voi olla vain yksi paluuarvo, Pythonissa niitä voi olla useita. Koodia lukiessa paluuarvoa voi käsitellä päässään siten, että funktiokutsun paikalle sijoitetaan funktion paluuarvo sen jälkeen kun funktio on suoritettu.
Parametri on funktion määrittelyssä nimetty muuttuja. Parametreihin sijoitetaan funktion saamat argumentit. Parametri on siis nimitys jota käytetään kun puhutaan arvojen siirtymisestä funktion näkökulmasta. Tätä erottelua ei aina tehdä, vaan joskus puhutaan pelkästään argumenteista.
Poikkeus on ohjelmointikielessä määritelty virhetilanne. Poikkeuksella on tyyppi (esim. TypeError), jota voi käyttää poikkeuksen käsittelyssä ohjelman sisällä sekä myös apuna virhetilanteen ratkaisussa. Tyypillisesti poikkeukseen liitetään myös viesti, joka kertoo mistä ongelmassa on kyse.
Prototyyppi määrittelee funktion paluuarvon tyypin, nimen sekä kaikki argumentit ennen funktion varsinaista esittelyä. Kunkin funktion prototyypin tulisi löytyä joko kooditiedoston alusta tai erillisestä otsikkotiedostosta (.h). Prototyypin määrittely on kopio funktion varsinaisesti määrittelyrivistä.
Pythonin for-silmukka vastaa toiminnaltaan useimmissa kielissä olevaa foreach-silmukkaa. Se käy läpi sekvenssin -esim. listan - jäsen kerrallaan, ottaen kulloinkin käsittelyssä olevan jäsenen talteen silmukkamuuttujaan. Silmukka loppuu, kun iteroitava sekvenssi päättyy.
Merkkijonojen format-metodi on Pythonissa tehokas tapa sisällyttää muuttujien arvoja tulostettavaan tai tallennettavaan tekstiin. Merkkijonoon määritetään paikanpitimiä (esim: {:.2f}) joihin sijoitetaan format-metodin argumentit.
Python-funktiolla voi olla valinnaisia parametreja, joilla on asetettu oletusarvo. Argumenttien arvot siirtyvät parametreihin viittauksen kautta, joten funktion sisällä käsitellyt arvot ovat samoja kuin sen ulkopuolella käsitellyt - niillä on vain eri nimet. Python-funktiolla voi olla useita paluuarvoja.
Pythonin import-lauseella otettiin käyttöön moduuleja/kirjastoja - joko Pythonin mukana tulevia, muualta ladattuja tai itsekirjoitettuja. Pythonin import-lauseelle erityistä on, että oletuksena tuotuihin funktioihin ym. päästään käsiksi moduulin nimen kautta (esim. math.sin. C:ssä importia vastaa include, ja se tuo nimet suoraan ohjelman omaan nimiavaruuteen.
Interaktiivinen Python-tulkki tai Python-konsoli on ohjelma, johon voi kirjoittaa Python-koodirivejä. Nimitys "interaktiivinen" tulee siitä, että koodirivi suoritetaan välittömästi sen syöttämisen jälkeen, ja ohjelma näyttää käyttäjälle koodirivin tuottaman paluuarvon (esim. matemaattisen operaation tuloksen).
Pythonin lista osoittautui Ohjelmoinnin alkeissa hyvin tehokkaaksi työkaluksi. Se on järjestetty kokoelma arvoja. Listan monikäyttöisyys johtuu siitä, että sen koko on dynaaminen (eli suorituksen aikana muuttuva) minkä lisäksi se voi sisältää mitä tahansa arvoja - myös sekaisin. Samassa listassa voi siis olla useita erityyppisiä arvoja. Listat voivat tietenkin sisältää myös listoja tai muita tietorakenteita jne.
Kuten Ohjelmoinnin alkeissa opittiin, Python-muuttuja on viittaus arvoon, eli yhteys muuttujan nimen ja tietokoneen muistissa olevan arvon välillä. Python-muuttujilla ei ole tyyppiä, mutta arvoilla on. Arvon kelpaavuus kokeillaan koodia suorittaessa tilannekohtaisesti. Tässä suhteessa ne siis eroavat toiminnaltaan C:n muuttujista, ja niiden toiminta muistuttaa usein enemmän C:n osoittimia.
Pythonissa pääohjelma on se osa koodia, joka suoritetaan kun ohjelma käynnistetään. Pääohjelma sijaitsee tyypillisesti koodin lopussa, ja useimmiten if __name__ == "__main__":-lauseen alla. C:ssä ei ole varsinaista pääohjelmaa, siinä suoritus aloitetaan oletuksena main-nimisestä funktiosta.
Python-tulkki on ohjelma, joka muuttaa Python-koodin tietokoneelle annettaviksi ohjeiksi. Se vastaa niin kooditiedostojen kuin myös interaktiiviseen Python-tulkkiin kirjoitettujen komentojen suorittamisesta. Tällä kurssilla sanalla tulkki viitataan kuitenkin useimmiten nimenomaan interaktiiviseen Python-tulkkiin.
Pääfunktio on C:ssä ohjelman aloituspiste ja se korvaa Pythonista tutun pääohjelman. Oletuksena pääfunktion nimi on main ja se määritellään yksinkertaisimmillaan int main().
Resurssi viittaa laitteiston käytössä olevaan prosessoritehoon, muistiin, oheislaitteet jne. Se käsittää siis kaikki rajoitteet sille millaista ohjelmakoodia voidaan ajaa sekä sen, mitä ohjelmakoodilla voidaan tehdä. Tietokoneilla resurssit ovat ohjelmointiopiskelijan näkökulmasta aika rajattomat, mutta sulautetuilla järjestelmillä rajat voivat hyvinkin tulla vastaan.
C käyttää staattista tyypitystä. Se tarkoittaa sitä, että muuttujien tyypit määritellään kun ne luodaan ja muuttujaan ei voida sijoittaa erityyppistä arvoa. Lisäksi arvon kelvollisuus määritellään koodia suorittaessa sen tyypin perusteella (tai oikeastaan tämä tehdään jo käännösvaiheessa). Pythonissa taas käytetään dynaamista eli ankkatyypistystä.
Syntaksi (engl. syntax) on koodin kielioppi. Esimerkiksi Pythonin syntaksi määrittää, millainen teksti on tulkittavissa Python-koodiksi. Jos teksti ei noudata koodin syntaksia, sitä ei voida suorittaa tai C:n tapauksessa kääntää. Syntaksi antaa myös koodaajalle tietoa siitä, missä muodossa halutunlainen ohje tulee antaa.
Taulukko (array) on ohjelmointikielissä yleinen tietorakenne, joka sisältää useita (yleensä) samantyyppisiä arvoja. C:n taulukot ovat staattisia - niiden koko tulee määritellä taulukon esittelyn yhteydessä - ja taulukossa voi olla vain samantyyppisiä muuttujia (myös tyyppi määritellään esittelyssä).
Yhden muistipaikan koko on yksi tavu (byte) - tyypillisesti 8 bittiä. Tavu on siis pienin yksikkö joka voidaan osoittaa tietokoneen muistista. Muuttujien tyyppien varaamat muistialueet lasketaan tavuissa.
Terminaali, komentokehote ja komentorivi ovat eri nimiä käyttöjärjestelmän tekstipohjaiselle käyttöikkunalle. Windowsissa komentoriville pääsee kun kirjoittaa suorita...-ikkunaan cmd. Komentorivillä annetaan tekstikomentoja käyttöjärjestelmälle. Tällä kurssilla pääasiassa siirrytään cd-komennolla hakemistosta toiseen ja käytetään kääntäjää kooditiedostojen kääntämiseen sekä suoritetaan käännettyjä koodeja.
Tietorakenne on yleisnimitys kokoelmille jotka sisältävät useita arvoja. Pythonissa näitä olivat mm. lista, monikko ja sanakirja. C:ssä taas yleisimmät tietorakenteet ovat taulukot (array) ja tietueet (struct).
Tietokoneen muistissa oleva data on pelkästään bittejä, mutta muuttujilla on tyyppi. Tyyppi kertoo millä tavalla muistissa olevat bitit pitää tulkita. Se kertoo myös kuinka suuresta määrästä bittejä muuttujan arvo muodostuu. Tyyppejä ovat esim int, float ja char.
Tyyppimuunnos on operaatio jossa muuttuja muutetaan toisentyyppiseksi. Alkeiskurssilla tätä tehtiin pääasiassa int- ja float-funktioilla. C:ssä tyyppimuunnos merkitään hieman toisin: liukuluku = (float) kokonaisluku. Huomioitavaa on myös, että operaation tulos voidaan tallentaa ainoastaan muuttujaan jonka tyyppi on kohdetyyppiä (esimerkissä float). Pythonissa nähdyt luku = int(luku)-temput eivät siis onnistu.
Varoitusviesti on ilmoitus siitä, että ohjelman suorituksessa tai - erityisesti tällä kurssilla - sen kääntämisessä kohdattiin jotain epäilyttävää, joka saattaa johtaa virhetilanteisiin, mutta ei suoraan estä ohjelman käyttöä. Yleisesti ottaen kaikki varoitukset on syytä korjata ohjelman toiminnan vakauttamiseksi.
Virheviestiksi kutsutaan tietokoneen antamaa virheilmoitusta joko koodia kääntäessä tai ohjelmaa suorittaessa. Virheviesti tyypillisesti sisältää tietoa kohdatusta ongelmasta ja sen sijainnista.
C:ssä main-funktio on ohjelman suorituksen aloituspiste kun ohjelma käynnistetään. Ohjelman komentoriviargumentit tulevat main-funktiolle (mutta niitä ei ole pakko vastaanottaa), ja sen palautusarvon tyyppi on int. Lyhimmillään main-funktion voi siis määritellä: int main().
C:ssä yksi tulostustapa on printf-funktio, joka muistuttaa pääasiassa Pythonin print-funktiota. Sille annetaan tulostettava merkkijono, sekä lisäksi merkkijonoon sijoitettavat arvot mikäli on käytetty paikanpitimiä. Toisin kuin Pythonin print, printf ei automaattisesti lisää rivinvaihtoa, joten loppuun on yleensä syytä lisätä \n.
Silmukoista while pohjautuu toistoon ehdon tarkastelun kautta - silmukan sisällä olevaa koodilohkoa suoritetaan niin kauan kuin silmukalle annettu ehto on tosi. Ehto määritetään samalla tavalla kuin ehtolauseissa, esim: while (summa < 21).