Now is the time to create your own (m)Ruby computer

https://kishima.github.io/jp/family_mruby/

Transcript

2. あなたの子供の頃の夢は？
3. 自由にファミコンで遊びたい！
4. ゲームを作ってみたい！
5. FAMILY BASIC 憧れのファミコンを使ったプログラミング環境
6. 無いなら、自分で作 ってみる？
7. あなたも mrubyで 自分のハードウェアを 作れます！
8. 自己紹介 Katsuhiko Kageyama “kishima” @ twitter/github • Embedded software engineer in a manufacturing company • Making mruby devices • Personally, producing technical books about mruby and original devices in TechBookFest, Comic Market and Maker Faire(2020 Tsukuba).
9. MY DEVICES MY HOBBY
10. 目次 • どうやってコンピュータを作るのか？ • なんでmruby? • mrubyを使う上での技術的なポイント
11. 開発の目標 • FamilyBasicのように、 Rubyのコードを実行でき るミニマムなコンピュー タを作ること。 • それは“Family mruby”
12. どうやってあなたのコンピュータを作るのか？ 用件定義 部品選定 回路設計 基板の製造 ソフトウェア の実装
13. 用件定義 部品選定 回路設計 基板製造 ソフトウェアの実装 一つ一つのステップは、ソフトウェアエンジニアなら、 そこまで難しくないはず（と私は思います） それはあなたのアイデア次第 要件を満たせる部品を探します。DigiKeyなどは世界中で 利用できるよいECサイトです。 回路図設計にはフリーで強力なソフトウェアが利用で きます。KiCADはおすすめの一つです。 中国の会社であれば 5$ / 5 枚で基板製造できます (2019頃の話） 最後に基板上で動かすソフトウェアの実装です
14. アプリケーションをRubyで書こう！ • Rubyが好きです • Cのコードをコンパイルして、HWに焼き込むのをただ待 つ時間が好きな人はいません • 小さなデバイスには、簡潔に書ける言語がよいでしょう
15. なぜmruby？ • mrubyはメモリが少ない環境でも動かすことができま す (>400KB RAMが望ましい@2019)‥2023はさら に進歩してます！ • mrubyのVMはCRubyに比べればとてもシンプルなの で、自力での移植も可能です
16. コアプロセッサの選定 Board MCU ROM size RAM size Arduino ATmega328p 32KB 2KB ProMicro ATmega32U4 32KB 2.5KB ESP32 dev board ESP32-WROOM-32 4MB 520KB ESP32 dev board ESP32-WROVER-B 4MB 8MB Raspberry Pi zero ARM1176JZF-S >1GB (external) 512MB (external) ＊mruby requires >400kB memory
17. 要件定義 回路図 基板製造
18. 基本的なソフトウェアの実装 • 小さなプロセッサはLinuxのようなリッチなOSをサポ ートしません • C, C++ が一般的なです • C/C++を完全に避けることは難しいです。プロセッ サのSDKなどがC/C++で提供されることが多いため
19. ぼくのかんがえた:システム構成図 Dev host ESP-IDF my device ESP32 Arduino core FabGL mrbgem fro esp32 mruby compiler/VM mruby user App System App (C++) family_mruby Micro SD xtensa tool chain Serial communication PS/2 key board ESP32-WROVER-B Updating software Active speaker VGA monitor
20. ぼくのハードウェア • 中国の会社に製造を 委託 • ケースは自分の３D プリンタで印刷
21. 実装の難しさ •限られたメモリ • 常に使えるメモリのことを意識しながら実装しないといけない • Rubyオブジェクトを大量に生成するのはさける、など •限られた性能 • なるべくHWが提供する機能（割り込み、DMAなど）を利用する
22. 割り込み HW割り込みは、HWからのイベン トを受け取るのに適した方法 CPU Button 電気的信号 Function A (running) Function B (Interruption handler) 割り込み信号とトリガーとして、CPUが実行中の処理から割 り込みハンドルの処理にスイッチさせます
23. mrubyはハードウェア割り込みを管理 できない • 割り込みハンドから直接VMのリソースを触ることはできない（メソッドの実行など） • ハンドラは高い優先度を持つが、mrubyは割り込みアクセスを想定していない • 簡単なのはポーリング待ち loop do if Input::available if Input::keydown?(Key::K_UP) my=-2 end if Input::keydown?(Key::K_DOWN) my=2 end end sp.move(mx*1,my*1) end Checking inputs in a loop • CPU性能が限られた環境ではベストなやり 方では無い
24. ソフトウェアレベルの割り込み • 妥協案としての割り込み管理 • 似たような発想で、eLuaやMicroPythonも対応している https://github.com/kishima/mruby-interrupt CPU Button 電気信号 Function A (running) Function B (Interruption handler) mruby VM mruby VM がポーリングして イベントを回収 events ハンドラに発生したイベ ントを貯める Example:
25. 実装（実験的） * vm.c * #ifndef MRB_SW_INTERRUPT #define CASE(insn,ops) L_ ## insn: pc0=p c++; FETCH_ ## ops (); L_ ## insn ## _BO DY: #else #define CASE(insn,ops) L_ ## insn: pc0=p c++; exec_interrupt(mrb); FETCH_ ## ops (); L_ ## insn ## _BODY: #endif * vm.c * #ifdef MRB_SW_INTERRUPT static void exec_interrupt(mrb_state *mrb){ if(!mrb->interrupt_func) return; while( !(mrb->interrupt_flag & 0x8000) && mrb- >interrupt_flag & 0x7FFF){ for(int i=0;i<16;i++){ int bit = (mrb- >interrupt_flag >> i) & 0x0001; if(bit){ mrb->user_mutex_func(mrb,1); uint16_t backup = mrb->interrupt_flag; mrb- >interrupt_flag |= 0x8000; //Interrupt flag mrb->interrupt_func(mrb,i); mrb->interrupt_flag = backup; mrb->interrupt_flag &= ~(1 << i); mrb->user_mutex_func(mrb,0); } } } } #endif exec_interrupt() がmrubyバイトコード が実行されるたびに呼び出される
27. まとめ •僕たちは自分の欲しいデバイスを作ることが できる！ •Family mrubyを作った •ソフトウェア割り込みはmrubyとHWを組み 合わせて使うのにはよいアイデアのはず •DIYを楽しもう！ https://kishima.github.io/family_mruby/
28. THANK YOU!