Starthilfe für die Arduino-IDE
Ohne Software läuft keine Hardware. Die Arduino-IDE nimmt dem Anwender aber alle komplizierten Arbeiten ab.
- Daniel Bachfeld
Zum Konzept von Arduino gehört eine leicht zu bedienende Entwicklungsumgebung (Integrated Development Environment, IDE), die viele fertige Softwaremodule (Bibliotheken, Libraries) zur Lösung diverser Probleme und komplette Programmbeispiele für spannende Projekte mitbringt, die sich leicht für eigene Ideen einsetzen beziehungsweise anpassen lassen. Die IDE selbst ist an das Schwesterprojekt Processing zur PC-Programmierung für Einsteiger angelehnt und in der Sprache Java programmiert. Man muss aber kein Java beherrschen oder programmieren können – man kommt mit Java gar nicht in Berührung.
Programmieren mit Arduino
Bei der Programmiersprache für den Arduino handelt es sich genau genommen um C++, was man aber jedoch nur bei den grundlegenden Befehlen wie Schleifen zur Wiederholung von Befehlen, bedingten Anweisungen und Verzweigungen sowie der Verarbeitung von Variablen merkt. Die meisten anderen Befehle sind eigentlich sogenannte Methoden, die dank der selbsterklärenden Benennung wie Befehle aussehen. Die Anweisung zur Konfiguration eines Portpins lautet beispielsweise pinMode(2, OUTPUT); Pin 2 wird als Ausgang eingestellt – war doch leicht zu verstehen, oder?
Da viele wichtige Funktionen bereits verfügbar sind und zudem verständlich formuliert sind, muss man kein Informatikstudium mehr absolviert haben, um Programme – die beim Arduino Sketches heißen – zu entwickeln. Zugegeben: Ein paar Englischkenntnisse muss man schon noch mitbringen, aber die halten sich in Grenzen. Eine Übersicht der wichtigsten Befehle und Funktionen finden Sie auf der vorderen inneren Umschlagseite unseres Arduino-Sonderheftes, aus dem auch dieser Artikel hier stammt.
Vom Programm zum Maschinencode
Wie wird nun aus dem Sketch (auch Quell- oder Sourcecode genannt) eine für den Arduino verständliche Liste von Befehlen, da er doch nur Maschinensprache versteht? Ein Übersetzungsprogramm, sprich Compiler, macht aus der für Menschen verständlichen Hochsprache zunächst sogenannten Assembler-Code und daraus dann Maschinencode. Das geschieht, wenn man in der IDE den Button "Verifizieren" klickt. Allerdings ist der Compiler leider relativ streng, was die Einhaltung der Rechtschreibung und den Aufbau eines Sketches angeht. Ein einziger Vertipper, ein vergessenes Leerzeichen oder Semikolon am Ende einer Befehlszeile lassen die Übersetzung scheitern. Glücklicherweise verrät der Compiler, über welchen Fehler er gestolpert ist und gibt dazu im Statusfenster Hinweise auf die betroffene Zeile für die Korrektur.
Programm hochladen
Ist der Übersetzungsvorgang erfolgreich durchgelaufen, kann man das erzeugte "Kompilat" (Binary) über die USB-Schnittstelle auf den Arduino laden und laufen lassen. Was sich so einfach anhört, ist im Hintergrund mit relativ viel Aufwand verbunden: Ein rudimentäres vorinstalliertes Bootloader-Programm auf dem Arduino nimmt die Daten vom PC über eine virtuelle serielle Schnittstelle entgegen und legt sie im Flash des ATmega ab. Vor der Einführung des Arduino waren noch spezielle Programmiergeräte in Kombination mit komplizierter Programmiersoftware zum Flashen nötig.
Die IDE meldet, wenn das Programm vollständig übertragen ist. Anschließend startet der Arduino das nun fest im Flash abgelegte Programm automatisch. Prinzipiell könnte man die USB-Verbindung zum PC nun trennen. Allerdings benötigt der Arduino weiterhin eine Spannungsversorgung. Möchte man den Arduino ohne PC betreiben, bieten sich Netzteile mit USB-Anschluss oder mobile Powerbanks mit USB-Ports an.
Zudem kann man die USB-Schnittstelle nicht nur zum Hochladen des Binary benutzen. Nach dem Start des Arduino-Sketches steht sie auch für die Kommunikation zwischen Arduino und PC zur Verfügung, beispielsweise um Daten auszutauschen oder Befehle zur Steuerung zu übermitteln. Entwickler nutzen das serielle Monitor-Programm der IDE auch gerne, um den richtigen Ablauf der Sketches zu kontrollieren.
Arduino-Installation (18 Bilder)
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Arduino gegen Arduino
Mitte 2015 haben sich die ursprünglichen Initiatoren des Arduino-Projekts in zwei Firmen aufgespalten, die sich auch vor Gericht beharken. Seitdem gibt es zwei offizielle Arduino-Webseiten: die schon länger bekannte arduino.cc von Arduino LLC, dem US-amerikanischen Ableger, sowie arduino.org, betrieben von Arduino S.R.L. aus Italien. Auf beiden Webseiten gibt es die Arduino-IDE zum Download, allerdings nicht in derselben Version: Während die Entwicklungsumgebung der Amerikaner bei Redaktionsschluss bei 1.6.7 stand, hat arduino.org die Versionsnummer in seinen eigenen Branch inzwischen auf Version 1.7.8 gehievt und entwickelt parallel eine neue Programmierumgebung namens Arduino Studio.
Während die Mikrocontroller-Boards von Arduino LLC in den USA weiterhin unter dem Namen Arduino vertrieben werden, heißen sie im Rest der Welt aus namensrechtlichen Gründen Genuino. Das mit diesem Heft verkaufte Board ist ein Arduino von Arduino S.R.L aus Italien. Trotz verschiedener Namen: Ein Arduino Uno und Genuino Uno sind gleich aufgebaut. Deshalb ist es auch grundsätzlich egal, ob man die Software aus Italien oder den USA benutzt. Allerdings steht hinter der US-Version eine größere Community, was dazu führt, dass verbesserte Funktionen und Bibliotheken früher zur Verfügung stehen. Wir setzen deshalb hier auf die IDE von arduino.cc, weil sie beispielsweise eine grandios einfach zu bedienende Funktion zum Hinzufügen neuer Bibliotheken enthält.
(dab)
