程式人與微控制器開發板

隨著Maker運動的興起，加上物聯網（Internet of Things，IoT）的各種相關概念不斷地被炒作，Arduino、Raspberry Pi這類開發板，也受到越來越多程式人的關注，不少程式人紛紛插起了麵包板，有人更戲稱現在軟體設計師越來越不軟了，那麼，在試著接觸這些開發板的過程中，程式人自己的定位何在呢？

電子電機逃兵的回歸？

認識我的朋友們都知道，平常我就愛用黏土等各式材料創造些手工小物，只是，這種小技能一直沒能與本身程式設計的能力相結合，直到去年敗了個電子積木，一方面可以動手做做積木，一方面總算可以結合程式設計方面的能力，讓自己腦袋中的想法，不單只是能透過電腦螢幕呈現出來，而是能活生生地與週遭環境作些互動，這也帶動了我朝另一個可能性去探索，開始研究起了Arduino。

經過一陣子的潛心研究，對Arduino這玩意可說是又驚又喜來形容，除了延續了玩弄電子積木的感覺，讓程式設計能力得以延伸至現實生活之外。我開始思索著，找回過去電子電路知識的可能性，也因而在玩弄Arduino可銜接的電子電路元件之時，我總是傾向於去瞭解每個元件的基本特性，而不是使用現成的電路模組，這過程讓我找回了一些記憶，但也一直思考著現今的我，玩弄這類微控制器開發板時該有的定位。

儘管相關的元件名稱大都聽過，不過，畢竟十幾年是個很長的時間，這麼長久疏離一個領域，想要短時間內重新找回，畢竟是有點痴心妄想，也不是種尊重專業的表現，目前來說，我只是將找回電子電路相關知識，當作是業餘的興趣，不過，在試著瞭解一個電路模組當中電子元件的原理，以及如何將電路模組與程式兜在一起，實作想要功能的同時，卻也感覺到，就程式人的角度而言，微控制器開發板這東西與周邊模組，幾乎可以當作是「不軟的軟體」來看待！

回顧Arduino的發展之初

一般介紹Arduino的文件或書籍，多半會提到Arduino是在義大利IDII設計學院（Interaction Design Institute Ivrea）誕生，Arduino計畫的共同開發者Massimo Banzi在〈People Over Megahertz〉中談到，IDII致力於考量人與技術如何串連的互動設計，只不過，學生通常沒有技術背景，別說電子電路了，連程式設計都沒接觸過，然而學生們卻必須要能在二到四星期的時間內，製作出能實際運作的物品。

也就是說，Arduino一開始設定的使用者，根本就不是電子電路專家也不是程式設計師，而在該文中，Massimo Banzi談到了他過去從Lectron System套件正式學習電子的經驗，並提及該套件設計者Dieter Rams談到設計技術時最重要的考量點：「比起技術本身，更應該考量到使用技術的人」。

因此Massimo Banzi在設計Arduino時考量了「從拆箱的那一刻開始，從零到首次產生某個動作究竟需要多少時間」，為了將每個人拉到正確的方向，這個過程的使用者體驗很重要，他認為這中間的時間花得越長，人就越容易在中途放棄。

或許是因為Arduino在設計之初，就考量了使用者經驗的重要性而設計，希望每個人都能在很短的時間內，透過Arduino完成某個結果（無論那結果為何），因而才使得Arduino從其他各式開發板中脫穎而出，迅速成為各個領域，每個想從事Maker運動者之利器，而Arduino在程式開發者之間能大受歡迎，在我看來，在軟體的成功遠大於硬體。

回想過去我在學校遇過的一些難纏電子電路問題，現在都可以透過既有的電路模組，加上一個包裝得簡單易用的程式庫，就能輕鬆搞定，幾乎可以說是軟體的延伸。

從程式人觀點認識Arduino

Arduino官網上寫著，開發Arduino時用的語言是基於Wiring，而Wiring實際上是指微控制器的一套開源程式設計框架，只不過在Arduino風行之後，Wiring系列的開發板相對來說失色許多，而較少人聽聞；Wiring其實是基於Processing，而Arduino使用的語言也就非常類似Processing，不過官網上說因為使用C/C++實現，仍有些小地方不同，Arduino官網〈Arduino/Processing Language Comparison〉就有比較兩種語言的不同之處。

至於Processing，是在2001年由MIT媒體實驗室的Casey Reas和Benjamin Fry發起計畫，本身是基於Java而簡化，希望透過視覺回饋來協助非程式設計師入門程式設計，整體想法與Arduino非常接近，Arduino與Processing也可以結合在一起，你可以將Arduino收到的周遭環境訊息，以Processing實作、呈現在電腦螢幕上，或者是將與電腦的互動透過Arduino來產生各式聲光效果。

那麼，從程式人的觀點來看，運用Arduino不用去瞭解那些電路模組嗎？基本上，那些電路模組包裝得就像是在使用電子積木一樣，運用這些電路模組時，麵包板多半也只是在彼此銜接時，方便插電線的一個介面罷了，在程式面上要處理的，基本上是0或1的數位訊號，若是類比訊號則會是某個範圍的數字，對於需要編碼、解碼的訊號，像是伺服馬達，Arduino有內建的函式可使用，就算是紅外線指令，也有像是IRremote這類的程式庫可以使用。

因此程式人面對相關電路模組，真的可以看做是具有輸入輸出功能的「硬體函式」，而Arduino、電路模組彼此之間的銜裝，就像是在組合相關函式；有些模組可以使用RJ線銜接，基本上就用不到麵包板，實際上，Kickstarter上頭出現過一些集資專案，就是把電路模組設計得像積木一樣，接腳可以直接相疊，建立出想要的功能，幾乎不需要電線甚至麵包板了。

大家熟悉的Raspberry Pi，一開始的對象也是針對孩子們（而不是Maker），希望有個價格低廉的平臺，可以讓他們學習程式設計，實際上，在Arduino、Raspberry Pi之前，也有不少開發板，只不過Arduino、Raspberry Pi（在程式開發界）的成功，帶動了不少開發板在程式編寫環境上，努力建立良好的使用者體驗，有些甚至瞄準特定開發者，像是Tessel，目的是讓懂JavaScript的開發者能透過開發板，輕鬆地實現物聯網的概念。

程式開發的新舞臺：IoT

隨便到網路上搜尋一下「物聯網」或「IoT」，就會有一堆資料告訴你這是什麼概念，除了硬體廠商磨刀霍霍積極備戰之外，軟體廠商也勢在必爭，今年初剛發表的Raspberry Pi 2，除了「堅持35美元不動搖」之外，另一引發話題的是，微軟宣布將為Raspberry Pi 2開發社群提供免費Windows 10，這其實只是Windows 10在IoT戰場上的一道策略，微軟本身也有Windows for IoT計畫，目前首先支援Intel Galileo，讓熟悉Visual Studio的開發人員，能更方便地建立IoT相關應用。

Arduino陣營則以搭載有網路功能、Linux作業系統的Arduino Yún來逐鹿IoT的戰場，不久前Facebook的F8開發人員年度會議上，旗下的Parse宣布將支援IoT程式的開發，並釋出Parse for IoT的各式工具，方便開發人員打造IoT程式，其中Arduino SDK首先就是針對Arduino Yún，SDK的介面是基於Wiring，以及Arduino的精神而設計，盡可能地簡單易用。

從程式人的角度來看，面對這類微控制器開發板，就當個硬梆梆的軟體來看待吧！在你組合應用程式時，視情況而定，可能需要去瞭解適用的程式庫，如果將開發板看作是軟體，就相當於得挑選合適的開發板，接著，就是想想看想要做到什麼了，你在冰箱上放個開發板與感應器的目的是什麼呢？如果需要收集資訊送上網路，那原因又是什麼呢？接下來就會發現，要思考的相關問題，又都是與程式設計有關了！