ภาษา Toit เร็วกว่า MicroPython ถึง 30 เท่าบน ESP32

Toit เป็นแพลตฟอร์ม IoT ที่สมบูรณ์ ซึ่งพัฒนาโดยทีมงานของอดีตพนักงาน Google, พร้อมฟังก์ชันการจัดการระยะไกลและการอัปเดตเฟิร์มแวร์ สำหรับอุปกรณ์จำนวนมากที่มีคุณสมบัติคล้ายกับที่เสนอโดยโซลูชัน เช่น balena, Microsoft Azure หรือแพลตฟอร์ม Particle edge-to-cloud

ปัจจุบัน Toit ใช้ lightweight containers ทำงานบนไมโครคอนโทรลเลอร์ ESP32 และหลังจากที่ได้เห็นภาษาระดับสูงที่มีอยู่อย่าง MicroPython และ Javascript ไม่เร็วพอบนแพลตฟอร์มไมโครคอนโทรลเลอร์ระดับล่าง ทีมงานของ Toit ก็เริ่มพัฒนาภาษา Toit ในปี 2561 และเพิ่งสร้างโอเพ่นซอร์สเสร็จ พร้อมการเปิดตัวคอมไพเลอร์ เครื่องเสมือน และไลบรารีมาตรฐาน บน Github ภายใต้ลิขสิทธิ์ LGPL-2.1

เหตุผลหลักประการหนึ่งในการเปลี่ยนจาก MicroPython เป็นภาษา Toit คือหากแอปพลิเคชันของคุณถูกจำกัดด้วยประสิทธิภาพหรือคุณใช้งาน ESP32 จากแบตเตอรี่ เนื่องจาก Toit อ้างว่า Toit มีประสิทธิภาพเร็วขึ้นถึง 30 เท่า บน ESP32:

เราเข้าสู่โหมดวิกฤต (crunch) และหลายเดือนต่อมา เราก็ได้ผลลัพธ์แรก เรากำลังรันโค้ดที่เร็วกว่า MicroPython มากกว่า 30 เท่าบน ESP32 ด้วยภาษาระดับสูงที่แยกการจัดสรรหน่วยความจำออกไป และสามารถเรียนรู้ได้โดยนักพัฒนา Python: ภาษา Toit

เราลองมาดูให้ลึกขึ้นโดยลองใช้ใน Ubuntu 20.04 เครื่องเสมือนอิงตามทางแยกของ ESP-IDF พร้อมการปรับใช้ malloc แบบกำหนดเอง การแก้ไขการจัดสรรสำหรับ UART และการแก้ไข LWIP นั่นคือสิ่งที่เราต้องติดตั้งก่อน:

git clone https://github.com/toitware/esp-idf.git
pushd esp-idf/
git checkout patch-head-4.3-3
git submodule update --init --recursive
export IDF_PATH=$(pwd)
popd

git clone https://github.com/toitware/esp-idf.git

pushd esp-idf/

git checkout patch-head-4.3-3

git submodule update --init --recursive

export IDF_PATH=$(pwd)

popd

ตอนนี้ติดตั้งเครื่องมือ ESP32:

sudo apt install python3-pip
$IDF_PATH/install.sh
. $IDF_PATH/export.sh

sudo apt install python3-pip

$IDF_PATH/install.sh

. $IDF_PATH/export.sh

และสร้าง toit และตัวอย่างเพื่อรันบนเครื่องโฮสต์:

sudo apt install go --install=classic
sudo apt-get install gcc-multilib g++-multilib
make tools

sudo apt install go --install=classic

sudo apt-get install gcc-multilib g++-multilib

make tools

ตอนนี้เราสามารถเรียกใช้ตัวอย่าง “Hello world”:

// Copyright (C) 2021 Toitware ApS.
// Use of this source code is governed by a Zero-Clause BSD license that can
// be found in the examples/LICENSE file.

main:
  print "Hello, World!"

// Use of this source code is governed by a Zero-Clause BSD license that can

// be found in the examples/LICENSE file.

main:

print "Hello, World!"

ดังนี้

build/host/bin/toitvm examples/hello.toit
Hello, World!

1 2	build/host/bin/toitvm examples/hello.toit Hello, World!

สิ่งนี้จะสร้างไฟล์เฟิร์มแวร์ Toit (toit.bin) ที่โหลดไว้ล่วงหน้าด้วยตัวอย่าง “Hello world” และสามารถแฟลชด้วย esptool:

LD build/esp32/toit.elf
esptool.py v3.1-dev
Merged 2 ELF sections
To flash all build output, run 'make flash' or:
python /home/jaufranc/edev/esp-idf/components/esptool_py/esptool/esptool.py --chip esp32 --port /dev/ttyUSB0 --baud 921600 --before default_reset --after hard_reset write_flash -z --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size detect 0xd000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/ota_data_initial.bin 0x1000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/bootloader/bootloader.bin 0x10000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/toit.bin 0x8000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/partitions.bin
make[1]: Leaving directory '/home/jaufranc/edev/toit/toolchains/esp32'

LD build/esp32/toit.elf

esptool.py v3.1-dev

Merged 2 ELF sections

To flash all build output, run 'make flash' or:

python /home/jaufranc/edev/esp-idf/components/esptool_py/esptool/esptool.py --chip esp32 --port /dev/ttyUSB0 --baud 921600 --before default_reset --after hard_reset write_flash -z --flash_mode dio --flash_freq 40m --flash_size detect 0xd000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/ota_data_initial.bin 0x1000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/bootloader/bootloader.bin 0x10000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/toit.bin 0x8000 /home/jaufranc/edev/toit/build/esp32/partitions.bin

make[1]: Leaving directory '/home/jaufranc/edev/toit/toolchains/esp32'

ดีมาก แต่เราสามารถตรวจสอบตัวอย่างด้วย Wi-Fi ได้ และแน่นอนว่ามีตัวอย่าง http.toit :

// Copyright (C) 2021 Toitware ApS.
// Use of this source code is governed by a Zero-Clause BSD license that can
// be found in the examples/LICENSE file.

import net
import http

main:
  network := net.open

  host := "www.google.com"
  socket := network.tcp_connect host 80

  connection := http.Connection socket host
  request := connection.new_request "GET" "/"
  response := request.send

  bytes := 0
  while data := response.read:
    bytes += data.size

  print "Read $bytes bytes from http://$host/"

// Use of this source code is governed by a Zero-Clause BSD license that can

// be found in the examples/LICENSE file.

import net

import http

main:

network := net.open

host := "www.google.com"

socket := network.tcp_connect host 80

connection := http.Connection socket host

request := connection.new_request "GET" "/"

response := request.send

bytes := 0

while data := response.read:

bytes += data.size

print "Read $bytes bytes from http://$host/"

ตัวอย่างที่กระชับและเรียบง่ายนั้น เพียงแค่ดาวน์โหลดหน้า Google และรายงานจำนวนไบต์ที่ดาวน์โหลด แต่เดี๋ยวก่อน… เราจะกำหนดค่าข้อมูลรับรอง Wi-Fi ที่ไหน สามารถทำได้ในเวลาบิลด์:

make esp32 ESP32_ENTRY=examples/http.toit ESP32_WIFI_SSID=myssid ESP32_WIFI_PASSWORD=mypassword

1	make esp32 ESP32_ENTRY=examples/http.toit ESP32_WIFI_SSID=myssid ESP32_WIFI_PASSWORD=mypassword

หรือคุณสามารถเปลี่ยนโปรแกรมเริ่มต้นและกำหนดค่า WiFi SSID และรหัสผ่านใน Makefile:

# Use 'make ESP32_ENTRY=examples/mandelbrot.toit' to compile a different
# example for the ESP32 firmware.
ESP32_ENTRY=examples/hello.toit
ESP32_WIFI_PASSWORD=
ESP32_WIFI_SSID=

# Use 'make ESP32_ENTRY=examples/mandelbrot.toit' to compile a different

# example for the ESP32 firmware.

ESP32_ENTRY=examples/hello.toit

ESP32_WIFI_PASSWORD=

ESP32_WIFI_SSID=

ฉันไม่มี ESP32 เพื่อทดสอบ แต่ฉันคิดว่าคุณจะสามารถแก้ไข hello.toit บนอุปกรณ์ได้เองหลังจากแฟลชเฟิร์มแวร์ Toit ในครั้งแรก ควรเปิดใช้งานการอัปเดตเฟิร์มแวร์ OTA ด้วยตามผลลัพธ์จากคำสั่ง make esp32 แพลตฟอร์ม Toit ที่สมบูรณ์นั้นใช้งานได้ฟรีถึง 10 อุปกรณ์ และนอกจากหน้า Github แล้ว คุณยังสามารถค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากเว็บไซต์เอกสารไม่เพียงแต่เกี่ยวกับเฟิร์มแวร์และภาษา Toit ที่เราเคยใช้ที่นี่ แต่ยังรวมถึง Cloud API และ แพลตฟอร์ม Toit ทั้งหมด

แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Toit open-source language claims to be 30x faster than MicroPython on ESP32