Termbank
  1. A
    1. Abstraction
    2. Alias
    3. Argument
    4. Array
  2. B
    1. Binary code file
    2. Binary number
    3. Bit
    4. Bitwise negation
    5. Bitwise operation
    6. Byte
  3. C
    1. C library
    2. C-function
    3. C-variable
    4. Character
    5. Code block
    6. Comment
    7. Compiler
    8. Complement
    9. Conditional statement
    10. Conditional structure
    11. Control structure
  4. D
    1. Data structure
    2. Duck typing
  5. E
    1. Error message
    2. Exception
  6. F
    1. Flag
    2. Float
  7. H
    1. Header file
    2. Headers
    3. Hexadecimal
  8. I
    1. Immutable
    2. Initialization
    3. Instruction
    4. Integer
    5. Interpreter
    6. Introduction
    7. Iteroitava
  9. K
    1. Keyword
  10. L
    1. Library
    2. Logical operation
  11. M
    1. Machine language
    2. Macro
    3. Main function
    4. Memory
    5. Method
  12. O
    1. Object
    2. Optimization
  13. P
    1. Parameter
    2. Placeholder
    3. Pointer
    4. Precompiler
    5. Precompiler directive
    6. Prototype
    7. Python console
    8. Python format
    9. Python function
    10. Python import
    11. Python list
    12. Python main program
    13. Python variable
    14. Python-for
    15. Pääfunktio
    16. printf
  14. R
    1. Resource
    2. Return value
  15. S
    1. Statement
    2. Static typing
    3. String
    4. Syntax
  16. T
    1. Terminal
    2. Type
    3. Typecast
  17. U
    1. Unsigned
  18. V
    1. Value
  19. W
    1. Warning
    2. while
Completed: / exercises

Input / Output

Osaamistavoitteet: I/O-pinnien käyttäminen ohjelmallisesti eri tarkoituksiin sulautetussa laitteessa.
Input / Output, eli tuttavallisesti I/O ja suomeksi "siirräntä" (huoh..), tarkoittaa tiedon siirtämistä tietokoneen komponenttien välillä. Inputit ovat komponentin vastaanottamia signaaleja tai dataa ja outputit komponenttien lähettämiä signaaleja tai dataa. Input-signaali voi olla esim. näppäimen painallus tai viesti oheislaitteelta. Output taas vastaavasti on viesti oheislaitteelle, esimerkiksi ohjauskomennon lähettäminen laitteelle.
Sulautettuun laitteeseen (piirikortille) on usein integroituna useita erilaisia komponentteja ja oheispiirejä mm. I/O:ta tai käyttöliittymää varten Alla listattuna tyypillisimpiä, joista osaa tulemme käyttämään kurssilla.
Usein oheiskomponentit ovat analogisia, joiden antamat jännitearvot voivat olla mitä vain maatason ja käyttöjännitteen väliltä. Esimerkiksi, monet anturit ilmaisevat mittausarvonsa analogisena jännitteenä minimi- ja maksimijännitteen välillä. Tietokoneelle analogiset signaalit, kuten jännite, on ensin muunnettava digitaaliksi eli numeroarvoksi. Tätä varten mikrokontrollereissa on valmiiksi integroituna analogi-digitaalimuuntimia, jotka tuottavat analogisesti jännitteestä pyöristettyä numeroarvoa sovitussa tarkkuudessa. Koodissa otamme sitten numeroarvon talteen ohjelmamme muuttujiin ja voimme käsittellä sitä.
Nyt SensorTag:ssa anturit ovat pääasiassa digitaalisia (tästä lisää myöhemmin), mutta analogisia komponentteja ovat esimerkiksi LED:it, joiden kirkkautta voimme säätää PWM:n avulla.

Pinni

Okei, kerrataanpa ihan perusteita aluksi. Pinni (engl. pin) tarkoittaa komponentin fyysistä jalkaa tai liittimen piikkiä. Pinnien tarkoitus on komponentin sähköinen ja mekaaninen liittäminen piirilevylle. Piirin jokaisella pinnillä on tietty käyttötarkoitus, tosin joskus yhdellä pinnillä on useitakin eri käyttötarkoituksia. Pinnijärjestys kuvaa mikä tai mitkä ovat pinnien käyttötarkoitukset.
Alla esimerkin vuoksi Intel 4004:n (maailman ensimmäinen kaupallinen mikroprosessori vuodelta 1971) pinnijärjestys.
Alla kuvaus armaan SensorTag:n mikrokontrollerin (TI CC2560) pinneistä. Pinneille annetaan niiden toimintaan liittyvä looginen nimi, esimerkiksi DIO_16, joka on yleiskäyttöinen digitaalinen I/O-pinni (engl. General Purpose I/O, GPIO), jonka käyttötarkoituksen voi ohjelmoija vapaasti määritellä.
Alla SensorTagin I/O-pinneille annettuja vakioita (ioc.h-otsikkotiedosto). Pinnin loogista nimeä käytämme usein koodissa suoraan vakiona, jonka kääntäjät kirjastot valmiiksi on määritellyt. Nyt omassa koodissa voimme käyttää vakiota IOID_17 osoittamaan laitteen fyysiseen pinniin DIO_17, jne. Kätevää!
#define IOID_15                 0x0000000F  // IO Id 15
#define IOID_16                 0x00000010  // IO Id 16
#define IOID_17                 0x00000011  // IO Id 17
#define IOID_18                 0x00000012  // IO Id 18
#define IOID_19                 0x00000013  // IO Id 19
#define IOID_20                 0x00000014  // IO Id 20

Pinnit ja bitit

Yleinen periaate on, että ohjelmakoodissa jokaista mikrokontrollerin pinniä vastaa yksi bitti. Tässä meillä nyt realisoituu siis aiemmin oppimamme bittioperaatiot.
Loogista ykköstä (engl. High) yleensä vastaa käyttöjännite (tyypillisesti 3.3V tai 5V) tai jännite sovituissa rajoissa (2.0-2.7V suuremmat arvot tulkiseen ykköseksi).
Loogista nollaa (engl. Low) vastaa maataso (0V, tai yleensä 0.7V pienempi jännite).

Laitteen ohjaus- ja dataväylä

Kuten kurssin alkuosassa ounasteltiin, kun komponenttien ja oheislaitteiden fyysiset pinnit kytkentään piirilevyllä mikrokontrollerin I/O pinneihin, muodostetaan oheislaitteelle ikäänkuin sen oma ohjausväylä. Erona tässä on työasemaan mm. se, ettei sulautetun laitteen kaikki oheislaitteet suinkaan ole samassa ohjausväylässä, vaikka jotkin väylätoteutukset sen sallivat, vaan usein ryhmittelemme I/O-pinnit niiden käyttötarkoituksen mukaan oheislaitekohtaisesti.
Joissain mikrokontrollereissa (esim. ATmelin MCU:n perustuvat Arduinot) I/O-laitteiden kytkemiseen varatut pinnit on rytmitelty I/O-porteiksi, esimerkiksi 8 pinniä tulkitaan loogisesti yhdeksi portiksi. Tämä on kätevää, jos laite tarvitsee useita I/O-linjoja, niin niitä voidaan käsitellä loogisesti yhtenä yksikkönä. SensorTag käsittelee kuitenkin kaikkia I/O-pinnejä yksittäin, ellei ohjelmoija ole itse määritellyt portit haluamilleen pinneille.
Nyt, meidän suureksi helpostukseksi, RTOS:n kirjastot tarjoavat meille valmiita funktiokutsuja asettaa bittejä päälle / pois päältä, kts koodiesimerkit alla. Jos sitten tarkastelemme näiden funktiokutsujen koodia, sieltä konepellin alta löytyvät kyllä tutut bittioperaatiot.. ei niistä eroon pääse, uskokaa pois.

Rekisterit ja muistiinkuvattu I/O

Sen lisäksi, että kommunikoimme oheislaitteen kanssa I/O-pinnien kautta, voimme myös kommunikoida käyttäen mikrokontrollerin keskusmuistia. Kun oheislaitteissa kuvataan sen toiminnallisuus ohjelmille sen omien laitekohtaisten muistipaikkojen eli rekistereiden avulla, puhutaan muistiinkuvatusta I/O:sta. Tällöin, käsittelemällä ohjelmakoodissa näitä varattuja muistipaikkoja ihan sen tavallisen muuttujan tavoin, voidaan oheislaitteelle lähettää tai vastaanottaa tietoa. Laitteiden käsikirjat kertovat nämä (suunnitteluvaiheessa) määritellyt muistipaikkojen osoitteet ja (yleensä) niitä vastaavat valmiit vakiot.
(Toinen mahdollisuus olisi porttikuvattu I/O, jossa rekistereitä käsitellään erillisten in- ja out-käskyjen avulla. Mutta, tätä ei SensorTag käytä.)
Rekistereitä on kolmea tyyppiä: osoite-, ohjaus- ja datarekisterit. Oheislaite voi tarjota useita rekistereitä, mikä vain kombinaatio näistä kolmesta tyypistä laitteen toteutuksesta riippuen on mahdollinen. Ohjausrekisterin bittejä käytetään laitteen toiminnan ohjaamiseen, vaikkapa taustavalon asettamiseksi päälle LCD-näytössä. Datarekistereihin syötetään laitteelle menevä tieto, esim. LCD-näytölle tuleva teksti merkki kerrallaan. Jos samaa datarekisteriä käytetään sekä datan kirjoittamiseen ja lukemiseen, kontrollirekisterin pinni määrittää tiedonsiirron suunnan.
Jokaisesta (oheislaitteen) rekisteristä meidän täytyy siis tietää
Esimerkkinä SensorTag:n yksi rekisterikuvaus. Tämä datarekisteri pitää sisällään laitteen patterin jännitetason. Varsin hyödyllinen rekisteri siis!
Battery monitor register
Kuvasta nähdään, että rekisterin koko on 32 bittiä (31-0, kuvassa keltainen kenttä). Huomataan, että bitit 31-11 ovat varattuja laitteen sisäiseen käyttöön, mutta muissa biteissä on meitä kiinnostavaa tietoa. Bitit 10-8 pitävät sisällään patterijännitteen kokonaisosan ja bitit 7-0 patterijännitteen desimaaliosan koodattuna tietyllä tavalla.
Nyt jos haluaisimme tietää patterin jännitteen, kysyisimme asiaa tältä datarekisterilta ja tekisimme sen arvolle muunnoksen vaikkapa liukuluvuksi. RTOS tarjoaa suoraan rekisterin arvon lukemiseenja asettamiseen HWREG-makron.
// Lukuoperaatio: rekisterin arvo muuttujaan patteri
uint32_t patteri = HWREG(...); // Argumentiksi osoite vakion kautta

Datakirja

Komponentin tai mikrokontrollerien manuaali, eli datakirja, selittää yksityiskohtaisen pilkuntarkasti kaiken sen sisäisen sekä jokaisen integroidun piirin toiminnan. Datakirja on tyypillisesti englanninkielinen, vahvasti ammattisanastoon perustuva ja satoja ellei tuhansia sivuja pitkä, joten ei ole tarkoituksenmukaista opetella sitä ulkoa. Käytetään datakirjaa referenssinä laitteistoa suunniteltaessa ja ohjelmoitaessa. Monimutkaisilla laitteilla voi olla datakirjojen lisäksi manuaaleja, esimerkiksi SensorTag Technical Reference Manual. Tässä käsikirjassa on 1742 sivua!
Onneksi, sen sijaan että kahlaisimme läpi satoja sivuja datakirjoja, kehitysympäristöihin löytyy valmiiksi kirjastoja, funktioita, makroja ja vakioita, joissa on toteutettu valmiiksi oheislaitteen ohjausta korkeamman tason toimintoja varten. Tässä jos jossain EI kannata keksiä pyörää uudelleen.

I/O-pinnien käyttö

Seuraavaksi perehdymme I/O-pinnien käyttämiseen SensorTagissa koodiesimerkin avulla. Käytössä olevat SensorTag-spesifiset vakiot löytyvät kätevästi ohjelmistoprojektiimme automaattisesti ilmestyvästä otsikkotiedostoista Board.h ja CC2650STK.h.
Allaoleva esimerkkimme, kaikessa kauneudessaan käyttää toista SensorTagin kahdesta painonappia on/off-kytkimenä yhdelle laitteen ledeistä. Eli meidän täytyy tässä määritellä kaksi pinniä ohjelman käyttöön: painonappia vastaava pinni ja lediä vastaava pinni.
Käytämme valmista kääntäjäympäristön tarjoamaa Pin-kirjastoa. Koska SensorTag:ssa tietyt I/O-pinnit ovat valmiiksi kytkettynä painonappeihin ja ledeihin, saamme niiden määritykset mukaan koodiin otsikkotiedostolla PINCC26XX.h. Painonapin käyttöönottamiseksi ohjelmassa täytyy tehdä neljä asiaa
  1. Esitellä RTOS:n muuttujat joilla painonappia käsitellään
    • Alla buttonHandle, buttonState ja taulukko buttonConfig[]
  2. Alustaa napin asetukset halutusti
    • Alla taulukkoon buttonConfig[]
  3. Laatia napinpainalluksen käsittelijäfunktio
    • Alla keskeytysrutiin buttonFxn
  4. main-funktiossa ottaa nappeja vastaavat I/O-pinnit käyttöön ohjelmassa
Hox! SensorTagissa on kaksi painonappia ja kaksi lediä. Nämä määrittelyt tulee tehdä jokaiselle pinnille erikseen. Eli jos haluamme kaikki käyttöön, kirjoitamme koodiin neljä esittelyä ja käyttöönottoa.
Tämä esimerkkiohjelma siis, joka kerta kun nappia painetaan, suorittaa funktion buttonFxn, jossa lediä vastaavan pinnin tila vaihtuu, joka siis ohjaa laitteen lediä päälle / pois päältä. Esimerkki on purettu osiin alla.
#include <ti/drivers/PIN.h>
#include <ti/drivers/pin/PINCC26XX.h>
...
// Vaihe 1. RTOS:n muuttujat pinnien käyttöön
static PIN_Handle buttonHandle;
static PIN_State buttonState;

static PIN_Handle ledHandle;
static PIN_State ledState;

// Vaihe 2. Pinnien määrittelyt, molemmille pinneille oma konfiguraatio
// Painonappi
PIN_Config buttonConfig[] = {
   Board_BUTTON0  | PIN_INPUT_EN | PIN_PULLUP | PIN_IRQ_NEGEDGE, // Hox! TAI-operaatio
   PIN_TERMINATE // Määritys lopetetaan aina tähän vakioon
};

// Ledipinni
PIN_Config ledConfig[] = {
   Board_LED0 | PIN_GPIO_OUTPUT_EN | PIN_GPIO_LOW | PIN_PUSHPULL | PIN_DRVSTR_MAX, 
   PIN_TERMINATE // Määritys lopetetaan aina tähän vakioon
};

// Vaihe 3. Napinpainalluksen keskeytyksen käsittelijäfunktio
void buttonFxn(PIN_Handle handle, PIN_Id pinId) {

   // Vaihdetaan led-pinnin tilaa negaatiolla
   PIN_setOutputValue( ledHandle, Board_LED0, !PIN_getOutputValue( Board_LED0 ) );
}

int main(void) {
    
   Board_initGeneral();

   // Vaihe 4. Otetaan pinnit käyttöön ohjelmassa
   buttonHandle = PIN_open(&buttonState, buttonConfig);
   if(!buttonHandle) {
      System_abort("Error initializing button pins\n");
   }
   ledHandle = PIN_open(&ledState, ledConfig);
   if(!ledHandle) {
      System_abort("Error initializing LED pins\n");
   }

   // Asetetaan painonappi-pinnille keskeytyksen käsittellijä
   // funktiossa buttonFxn yllä
   if (PIN_registerIntCb(buttonHandle, &buttonFxn) != 0) {
      System_abort("Error registering button callback function");
   }

   BIOS_start();

   return (0);
}
Puretaanpas ohjelmaesimerkki osiin.

1. RTOS:n muuttujat pinnien käyttöön

Ensin esittelemme joukon muuttujia per käyttämämme pinni, joita RTOS tarvitsee. Jälleen tarvitaan kahvat pinnille, joka esitellään muuttujalla Pin_Handle. Toinen RTOS:n tarvitseman muuttuja on pinnin tila, joka esitellään muuttujalla Pin_State. Tosin näitä muuttujia emme omassa koodissa tarvitse, mutta pidetään näillä RTOS tyytyväisenä.
Lisäksi, jokaista käyttämäämme pinniä kohden tarvitaan sen määrittelyt, jonka ohjelmoija itse asettaa ja jota varten esitellään Pin_Config-tyyppinen taulukko.
// Vaihe 1. RTOS:n muuttujat pinnien käyttöön
static PIN_Handle buttonHandle;
static PIN_State buttonState;

static PIN_Handle ledHandle;
static PIN_State ledState;

PIN_Config buttonConfig[] = {
   Board_BUTTON0  | PIN_INPUT_EN | PIN_PULLUP | PIN_IRQ_NEGEDGE, // Hox! TAI-operaatio
   PIN_TERMINATE // Määritys lopetetaan aina tähän vakioon
};

PIN_Config ledConfig[] = {
   Board_LED0 | PIN_GPIO_OUTPUT_EN | PIN_GPIO_LOW | PIN_PUSHPULL | PIN_DRVSTR_MAX, 
   PIN_TERMINATE // Määritys lopetetaan aina tähän vakioon
};
Tässä koodissa esitellään nyt siis kaksi pinniä ohjelmaamme, nimeltään button ja led. Kumpaankin pinniä varten tarvitsemme yo. kolme muuttujaa, eli button-pinnille buttonHandle, buttonState ja taulukko buttonConfig. Yllä esimerkissä on myös määritelty samat muuttujat led-pinnille.

Vaihe 2. Pinnien alustus

Seuraavaksi alustamme jokaisen pinnin joko sisääntuloksi (input) tai ulostuloksi (output) sen omaan määrittelytaulukkoon. Kaikki tässä käytetyt vakiot ja niiden tarkoitukset löytyvät Pin-kirjaston dokumentaatiosta, mutta ao. määrityksillä pärjäämme kurssilla.
PIN_Config buttonConfig[] = {
   Board_BUTTON0  | PIN_INPUT_EN | PIN_PULLUP | PIN_IRQ_NEGEDGE,  // Pinnin asetus TAI-operaatiolla
   PIN_TERMINATE // Tämä vakio lopettaa määrittelyn
};

PIN_Config ledConfig[] = {
   Board_LED0 | PIN_GPIO_OUTPUT_EN | PIN_GPIO_LOW | PIN_PUSHPULL | PIN_DRVSTR_MAX,
   PIN_TERMINATE
};
Asettaminen tapahtuu C-kielen TAI-operaatiolla |, jossa alustamme kaikki haluamamme asetusbitit kerralla, esimerkissä meillä on neljä asetusbittiä: Board_BUTTON0 | PIN_INPUT_EN | PIN_PULLUP | PIN_IRQ_NEGEDGE.
Ensimmäinen asetusbitti on itseasiassa SensorTagin painonappia vastaava id, eli joko Board_BUTTON0 tai Board_BUTTON1. Sensortagin kahdelle ledille on myös omat vakiot Board_LED0 ja Board_LED1.
Toinen asetusbitti on pinnin käyttötarkoitus, eli käsitelläänkö sitä sisääntulona (engl. input) vai ulostulona (engl. output) ohjelmassamme. Input-pinnistä luemme sen tilan (esimerkiksi nappia painettu / ei painettu) ja output-pinnille asetamme sen tilan (esimerkiksi ledi päälle / pois). Sisääntuloksi pinni asetetaan vakiolla PIN_INPUT_EN ja ulostuloksi vakiolla PIN_GPIO_OUTPUT_EN. Kaiken tämän selityksen luettuamme asetamme siis esimerkissä painonapin sisääntuloksi ja ledi-pinnin ulostulo.
Kolmas asetusbitti kertoo mihin tilaan alustamme pinnin. Vakiolla PIN_GPIO_LOW pinnin jännite asetetaan alas maatasoon (0V, GND), joten ledi ei ole päällä. Vakiolla PIN_GPIO_HIGH asetettaisiin pinnin jännite käyttöjännitteeseen (3.3V, VCC) eli tässä ledi päälle. Lisäksi, RTOS:ssa voisimme määritellä muitakin pinnin sähköiseen tomintaan liittyviä asetusparametreja, mutta niitä emme kurssilla tarvitse.
Huomataan sitten vielä button-pinnin määrittelyssä vakio PIN_IRQ_NEGEDGE, jolla asetamme pinnin tuottamaan ohjelmassa keskeytyksen aina kun sen tila muuttuu laskevalla reunalla. Ts. kun nappi painetaan alas. Vastaavasti kun painonappi vapautetaan, siitä seuraava keskeytys saataisiin kiinni vakiolla PIN_IRQ_POSEDGE, mutta sitä harvemmin tarvitaan. Pinnikeskeytyksistä lisää alla..
Määrittelytaulukko loppuu aina vakioon PIN_TERMINATE.

Vaihe 3. Pinnin käsittelijäfunktio

Sisääntuloksi merkityille pinneille tarvitsemme (yleensä) käsittelijäfunktion, eli siis sen toiminnallisuuden mikä suoritetaan kun nappia painetaan alas. Tätä varten ohjelmassamme on käsittelijäfunktio buttonFxn.
void buttonFxn(PIN_Handle handle, PIN_Id pinId) {

   // Vaihdetaan led-pinnin tilaa negaatiolla
   PIN_setOutputValue( ledHandle, Board_LED0, !PIN_getOutputValue( Board_LED0 ) );
}
Funktio toimii seuraavasti. Ensin luemme ledi-pinnin tilan (päällä "1" / pois päältä "0") lukufunktiolla PIN_getOutputValue. Tämä on yleinen funktio tarvitsee argumentiksi pinniä vastaavan vakion Board_LED0. Arvolle tehdään negaatio, huomaa operaattori !, ts. jos pinni oli tilassa "0" käännetään se tilaan "1", tai päinvastoin. Mutta, pinnin uuden tilan asetus tapahtuu asetusfunktiolla PIN_setOutputValue, joka ottaa siis kolme parametria: pinnin kahvan, sitä vastaavan vakion sekä (tässä) negaatiolla käännetyn tilan.
Voimme itseasiassa asettaa saman käsittelijäfunktion useille pinneille, edellyttäen että ne on määritelty samassa Pin_config-rakenteessa. Tällöin meidän täytyy käsittelijäfunktion argumentista pinId selvittää kumpi painonappi onkaan kyseessä. Parempi tapa on tehdä eri pinneille omat käsittelijät.
void buttonFxn(PIN_Handle handle, PIN_Id pinId) {
   if(pinId == Board_BUTTON0) {
      tee_jotain1();
   } else if(pinId == Board_BUTTON1) {
      tee_jotain2();
   }
}

Vaihe 4. Pinnit mukaan ohjelmaan

Seuraavaksi menemme main-funktioon. Pinnit varataan ohjelmamme käyttöön Pin_open-funktiolla, jonka parametreiksi tulee äsken esittelemämme RTOS:n pinnimuuttujat ja määritykset.
Sitten huomataan, ettei ohjelmassamme ei olekaan taskia mitä suorittaa! Tästä emme vielä ole puhuneet, mutta RTOS käsittelee taskit ja keskeytyksien käsittelijäfunktiot toisiaan vastaavasti, eli ohjelmassa voi olla molempia toteuttamassa toiminnallisuutta. Keskeytyksistä lisää myöhemmin, mutta nyt siis korvaamme taskin painonappiin liitettävällä keskeytyksellä joka laukaisee käsittelijäfunktion.
Tämä toteutus saadaan PIN_registerIntCb-funktiolla, jossa siis määritellään pinnille, käyttäen sen kahvaa, keskeytyksen käsittelijäfunktio, tässä siis painonapille yo. buttonFxn.
// Molemmat pinnit käyttöön ohjelmassa
ledHandle = PIN_open( &ledState, ledConfig );
if(!ledHandle) {
   System_abort("Error initializing LED pin\n");
}

buttonHandle = PIN_open(&buttonState, buttonConfig);
if(!buttonHandle) {
   System_abort("Error initializing button pin\n");
}

// Asetetaan toiselle pinnille keskeytyksen käsittellijä
// Keskeytys siis tulee kun nappia painetaan!
if (PIN_registerIntCb(buttonHandle, &buttonFxn) != 0) {
   System_abort("Error registering button callback function");
}
Hox! Olisimme tietenkin voineet toteuttaa saman toiminnallisuuden ohjelmaan laatimalla taskin, joka ikuisessa toistorakenteessa kyselisi painonapin pinnin tilaa ja vastaavasti muuttaisi led-pinnin tilaa. Mutta tämän ratkaisun haittana on jatkuva pinnin tilan kysely, joka vie MCU:n suoritusaikaa ja varaa muistia omiin tilamuuttujiin koodissa. Nyt keskeytyksen käsittelijärutiini suoritetaan automaattisesti vain tarvittaessa, kun fyysisen pinnin tila vaihtuu. Aikaa ja vaivaa säästävä keino.

Lopuksi

Tässä kappaleessa kerrottiin lyhyesti yleisestä mikrokontrollerien I/O:sta oheislaitteiden kanssa toimimiseen. Tulevissa kappaleissa palaamme uudelleen monimutkaisempiin I/O-ratkaisuihin.
Pinnien määritys voi tuntua aluksi monimutkaiselta, ja tässäkin on paljon SensorTagin kirjastojen omaa koodia. Mutta eipä tässä tarvitse kuin muistaa nämä neljä vaihetta.
Materiaalin perusteella osaat jo tehdä sulautetun ohjelman, joka vilkuttaa laitteen lediä ja reagoida käyttäjän napin painallukseen! Olisko kakkukahvien paikka?
?
Abstraction is a process through which raw machine language instructions are "hidden" underneath the statements of a higher level programming language. Abstraction level determines how extensive the hiding is - the higher the abstraction level, the more difficult it is to exactly say how a complex statement will be turned into machine language instructions. For instance, the abstraction level of Python is much higher than that of C (in fact, Python has been made with C).
Alias is a directive for the precompiler that substitus a string with another string whenever encountered. In it's basic form it's comparable to the replace operation in a text editor. Aliases are define with the #define directeve, e.g. #define PI 3.1416
Argument is the name for values that are given to functions when they are called. Arguments are stored into parameters when inside the function, although in C both sides are often called just arguments. For example in printf("%c", character); there are two arguments: "%c" format template and the contents of the character variable.
Array is a common structure in programming languages that contains multiple values of (usually) the same type. Arrays in C are static - their size must be defined when they are introduced and it cannot change. C arrays can only contain values of one type (also defined when introduced).
Binary code file is a file that contains machine language instructions in binary format. They are meant to be read only by machines. Typically if you attempt to open a binary file in a text editor, you'll see just a mess of random characters as the editor is attempting to decode the bits into characters. Most editors will also warn that the file is binary.
Binary number is a number made of bits, i.e. digits 0 and 1. This makes it a base 2 number system.
A bit is the smallest unit of information. It can have exactly two values: 0 and 1. Inside the computer everything happens with bits. Typically the memory contains bitstrings that are made of multiple bits.
Bitwise negation is an operation where each bit of a binary number is negated so that zeros become ones and vice versa. The operator is ~.
Bitwise operations are a class of operations with the common feature that they manipulate individual bits. For example bitwise negation reverses each bit. Some operations take place between two binary values so that bits in the same position affect each other. These operations include and (&), or (|) and xor (^). There's also shift operations (<< and >>) where the bits of one binary number are shifted to the left or right N steps.
Byte is the size of one memory slot - typically 8 bits. It is the smallest unit of information that can be addressed from the computer's memory. The sizes of variable types are defined as bytes.
External code in C is placed in libraries from which they can be taken to use with the #include directive. C has its own standard libraries, and other libraries can also be included. However any non-standard libraries must be declared to the compiler. Typically a library is made of its source code file (.c) and header file (.h) which includes function prototypes etc.
Functions in C are more static than their Python counterparts. A function in C can only have ne return value and its type must be predefined. Likewise the types of all parameers must be defined. When a function is called, the values of arguments are copied into memory reserved for the function parameters. Therefore functions always handle values that are separate from the values handled by the coe that called them.
C variables are statically typed, which means their type is defined as the variable is introduced. In addition, C variables are tied to their memory area. The type of a variable cannot be changed.
Character is a single character, referred in C as char. It can be interpreted as an ASCII character but can also be used as an integer as it is the smallest integer that can be stored in memory. It's exactly 1 byte. A character is marked with single quotes, e.g. 'c'.
Code block is a group of code lines that are in the same context. For instance, in a conditional structure each condtion contains its own code block. Likewise the contents of a function are in their own code block. Code blocks can contain other code blocks. Python uses indentation to separate code blocks from each other. C uses curly braces to mark the beginning and end of a code block.
Comments are text in code files that are not part of the program. Each language has its own way of marking comments. Python uses the # character, C the more standard //. In C it's also possible to mark multiple lines as comments by placing them between /* and */.
A compiler is a program that transforms C source code into a binary file containing machine language instructions that can be executed by the computer's processor. The compiler also examines the source code and informs the user about any errors or potential issues in the code (warnings). The compiler's behavior can be altered with numerous flags.
Complement is a way to represent negative numbers, used typically in computers. The sign of a number is changed by flipping all its bits. In two's complement which is used in this course, 1 is added to the result after flipping.
Conditional statement is (usually) a line of code that defined a single condition, followed by a code block delimited by curly braces that is entered if the condition evaluates as true. Conditional statements are if statements that can also be present with the else keyword as else if. A set of conditional statements linked together by else keywords are called conditional structures.
Conditional structure is a control structure consisting of one or more conditional statements. Most contrl structures contain at least two branches: if and else. Between these two there can also be any number of else if statements. It is however also possible to have just a single if statement. Each branch in a conditional structure cotains executable code enclosed within a block. Only one branch of the structure is ever entered - with overlapping conditions the first one that matches is selected.
Control structures are code structures that somehow alter the program's control flow. Conditional structures and loops belong to this category. Exception handling can also be considered as a form of control structure.
Data structure is a comman name for collection that contain multiple values. In Python these include lists, tuples and dictionaries. In C the most common data structures are arrays and structs.
Python's way of treating variable values is called dynamic typing aka duck typing. The latter comes from the saying "if it swims like a duck, walks like a duck and quacks like a duck, it is a duck". In other words, the validity of a value is determined by its properties in a case-by-case fashion rather than its type.
An error message is given by the computer when something goes wrong while running or compiling a program. Typically it contains information about the problem that was encountered and its location in the source code.
An exception is what happens when a program encounters an error. Exceptions have type (e.g. TypeError) that can be used in exception handling within the program, and also as information when debugging. Typically exceptions also include textual description of the problem.
Flags are used when executing programs from the command line interface. Flags are options that define how the program behaves. Usually a flag is a single character prefixed with a single dash (e.g. -o) or a word (or multiple words connected with dashes) prefixed with two dashes (e.g. --system. Some flags are Boolean flags which means they are either on (if present) or off (if not present). Other flags take a parameter which is typically put after the flag separated either by a space or = character (e.g. -o hemulen.exe.
Floating point numbers are an approximation of decimal numbers that are used by computers. Due to their archicture computers aren't able to process real decimal numbers, so they use floats instead. Sometimes the imprecision of floats can cause rounding errors - this is good to keep in mind. In C there are two kinds of floating point numbers: float and double, where the latter has twice the number of bits.
Header files use the .h extension, and they contain the headers (function prototypes, type definitions etc.) for a .c file with the same name.
Headers in C are used to indicate what is in the code file. This includes things like function prototypes. Other typical content for headers are definition of types (structs etc.) and constants. Headers can be at the beginning of the code file, but more often - especially for libraries - they are in placed in a separate header (.h) file.
Hexadecimal numbers are base 16 numbers that are used particularly to represent memory addresses and the binary contents of memory. A hexadecimal number is typically prefixed with 0x. They use the letters A-F to represent digits 10 to 15. Hexadecimals are used because each digit represents exactly 4 bits which makes transformation to binary and back easy.
In Python objects were categorized into mutable and immutable values. An immutable value cannot have its contents changed - any operations that seemingly alter the object actually create an altered copy in a new memory location. For instance strings are immutable in Python. In C this categorization is not needed because the relationship of variables and memory is tighter - the same variable addresses the same area of memory for the duration of its existence.
When a variable is given its initial value in code, the process is called initialization. A typical example is the initialization of a number to zero. Initialization can be done alongside with introduction: int counter = 0; or separately. If a variable has not been initialized, its content is whatever was left there by the previous owner of the memory area.
Instruction set defines what instructions the processor is capable of. These instructions form the machine language of the processor architecture.
Integers themselves are probably familiar at this point. However in C there's many kinds of integers. Integer types are distinguished by their size in bits and whether they are signed or not. As a given number of bits can represent up to (2 ^ n) different integers, the maximum value for a signed integer is (2 * (n - 1))
Python interpreter is a program that transforms Python code into machine language instructions at runtime.
The moment a variable's existence is announed for the first is called introduction. When introduced, a variable's type and name must be defined, e.g. int number;. When a variable is introduced, memory is reserved for it even though nothing is written there yet - whatever was in the memory previously is still there. For this reason it's often a good idea to initialize variables when introducing them.
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.
Keywords are words in programming languages that have been reserved. Good text editors generally use a different formatting for keywords (e.g. bold). Usually keywords are protected and their names cannot be used for variables. Typical keywords include if and else that are used in control structures. In a way keywords are part of the programming language's grammar.
A library is typically a toolbox of functions around a single purpose. Libraries are taken to use with the include directive. If a library is not part of the C standard library, its use must also be told to the compiler.
Logical operation refers to Boole's algebra, dealing with truth values. Typical logical operations are not, and, or which are often used in conditional statements. C also uses bitwise logical operations that work in the same way but affect each bit separately.
Machine language is made of instructions understood by the processor. Machine language is often called Assembly and it is the lowest level where it's reasonable for humans to give instructions to computers. Machine language is used at the latter part of this course - students taking the introduction part do not need to learn it.
Macro is an alias that defines a certain keyword to be replaced by a piece of code. When used well, macros can create more readable code. However, often the opposite is true. Using macros is not recommended in this course, you should just be able to recognize one when you see it.
In C the main function is the starting point when the program is run. The command line arguments of the program are passed on to the main function (although they do not have to be received), and its return value type is int. At its shortest a main function can defined as int main().
When programs are run, all their data is stored in the computer's memory. The memory consists of memory slots with an address and contents. All slots are of equal size - if an instance of data is larger, a continuous area of multiple memory slots is reserved.
Method is a function that belongs to an object, often used by the object to manipulate itself. When calling a method, the object is put before the method: values.sort().
Object is common terminology in Python. Everything in Python is treated as objects - this means that everything can be referenced by a variable (e.g. you can use a variable to refer to a function). Objects are typically used in object-oriented languages. C is not one.
Optimization means improving the performance of code, typically by reducing the time it takes to run the code or its memory usage. The most important thing to understand about opimization is that it should not be done unless it's needed. Optimization should only be considered once the code is running too slowly or doesn't fit into memory. Optimization should also not be done blindly. It's important to profile the code and only optimize the parts that are most wasteful.
A parameter is a variable defined alongside with a function. Parameters receive the values of the function's arguments when it's called. This differentation between parameters and arguments is not always used, sometimes both ends of the value transfer are called arguments.
Placeholders are used in string formatting to mark a place where a value from e.g. a variable will be placed. In Python we used curly braces to mark formatting placeholders. In C the % character is used which is followed by definitions, where the type of the value is mandatory. For instance "%c" can only receive a char type variable.
Pointers in C are special variables. A pointer contains a memory address of the memory location where the actual data value is located. In a sense they work like Python variables. A variable can be defined as a pointer by postfixing its type with * when it's being introduced, e.g. int* value_ptr; creates a pointer to an integer. The contents of the memory address can be fetched by prefixing the variable name with * (e.g. *value_ptr. On the other hand, the address of a memory adress can be fetched by prefixing a variable name with &, (e.g. &value.
The C precompiler is an apparatus that goes through all the precompiler directives in the code before the program is actually compiled. These directives include statements which add the source code of the included libraries into the program, and define directives that can define constant values (aliases) and macros.
Directives are instructions that are addressed at the precompiler. They are executed and removed from the code before the actual compilation. Directives start with the # character. The most common one is include which takes a library into use. Another common one is define, which is used e.g. to create constant values.
Prototype defines a function's signature - the type of its return value, its name and all the arguments. A prototype is separate from the actual function definition. It's just a promise that the function that matches the prototype will be found in the code file. Prototypes are introduced at the beginning of the file or in a separate header file. In common cases the prototype definition is the same as the line that actually starts the function introduction.
Interactive interpreter or Python console is a program where users can write Python code lines. It's called interactive because each code line is executed after its been fully written, and the interpreter shows the return value (if any).
The format method of string in Python is a powerful way to include variable values into printable text. The string can use placeholders to indicate where the format method's arguments are placed.
Python functions can have optional parameters that have a given default value. In Python the values of arguments in a function call are transferred to function parameters through reference, which means that the values are the same even though they may have different names. Python functions can have multiple return values.
In Python the import statement is used for bringing in modules/libraries - either built-in ones, thrid party modules or other parts of the same application. In Python the names from the imported module's namespace are accessible through the module name (e.g. math.sin). In C libraries are taken to use with include, and unlike Python import it brings the library's namespace into the program's global namespace.
Python lists were discovered to be extremely effective tools in Elementary Programming. A Python list is an ordered collection of values. Its size is dynamic (i.e. can be changed during execution) and it can include any values - even mixed types. Lists can also include other lists etc.
In Python main program is the part of code that is executed when the program is started. Usually the main program is at the end of the code file and most of the time under if __name__ == "__main__": if statement. In C there is no main program as such, code execution starts with the main function instead.
In Python a variable is a reference to a value, a connection between the variable's name in code and the actual data in memory. In Python variables have no type but their values do. The validity of a value is tested case by case when code is executed. In these ways they are different from C variables, and in truth Python variables are closer to C pointers.
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.
Pääfunktio on C:ssä ohjelman aloituspiste ja se korvaa Pythonista tutun pääohjelman. Oletuksena pääfunktion nimi on main ja se määritellään yksinkertaisimmillaan int main().
Resource referes to the processing power, memory, peripheral devices etc. that are availlable in the device. It includes all the limitations within which programs can be executed and therefore defines what is possible with program code. On a desktop PC resources are - for a programmer student - almost limitless, but on embedded devices resources are much more scarce.
Return value is what a function returns when its execution ends. In C functions can only have one return value, while in Python there can be multiple. When reading code, return value can be understood as something that replaces the function call after the function has been executed.
A statement is a generic name for a single executable set of instructions - usually one line of code.
C uses static typing This means that the type of variables is defined as they are created, and values of different types cannot be assigned to them. The validity of a value is determined by its type (usually done by the compiler). Python on the other hand uses dynamic typing aka.duck typing.
In Python all text is handled as strings and it has no type for single characters. However in C there are no strings at all - there's only character arrays. A character array can be defined like a string however, e.g. char animal[7] = "donkey"; where the number is the size of the array + 1. The +1 is neede because the string must have space for the null terminator '\0' which is automatically added to the end of the "string".
Syntax is the grammar of a programming language. If a text file does not follow the syntax of code, it cannot be executed as code, or in the case of C, it cannot be compiled.
Terminal, command line interface, command line prompt etc. are different names to the text-based interface of the operating system. In Windows you can start the command line prompt by typing md to the Run... window (Win+R). Command line is used to give text-based commands to the operating system.
The data in a computer's memory is just bits, but variables have type. Type defines how the bits in memory should be interpreted. It also defines how many bits are required to store a value of the type. Types are for instance int, float and char.
Typecast is an operation where a variable is transformed to another type. In the elementary course this was primarily done with int and float functions. In C typecast is marked a bit differently: floating = (float) integer}. It's also noteworthy that the result must be stored in a variable that is the proper type. it is not possible to change the type of an existing variable.
Unsigned integer is a an integer type where all values are interpreted as positive. Since sign bit is not needed, unsigned integers can represent twice as large numbers as signed integers of the same size. An integer can be introduced as unsigned by using the unsigend keyword, e.g. unsigned int counter;.
In the elementary programming course we used the term value to refer to all kinds of values handled by programs be it variables, statement results or anything. In short, a value is data in the computer's memory that can be referenced by variables. In C the relationship between a variable and its value is tighter as variables are strictly tied to the memory area where its value is stored.
A warning is a notification that while executing or - in this course particularly - compiling it, something suspicious was encountered. The program may still work, but parts of it may exhibit incorrect behavior. In general all warnings should be fixed to make the program stable.
One way to print stuff in C is the printf function, which closely resembles Python's print function. It is given a printable string along with values that will be formatted into the string if placeholders are used. Unlike Python, C's printf doesn't automatically add a newline at the end. Therefore adding \n at the end is usually needed.
Out of loops, while is based on repetition through checking a condition - the code block inside the loop is repeated until the loop's condition is false. The condition is defined similarly to conditional statements, e.g. while (sum < 21).