利用 node.js 進入硬體的世界 — Johnny-Five

Posted By Ryan Hu on 5 月 8, 2019 in 教學文 | 0 comments

作者：Ryan Hu

最近在個人的心理狀態及學校課業的拿捏上，一直沒有給自己一個好的交代，導致一個較完整的專案距離現在似乎已過了一段時間；不過幸好，這些困擾許久的煩悶，最近因為自己的調適，加上已下定決心嘗試，因此有了一個較明確的方向。

在上篇【Amiccom A8106 RF 無線調光】 RF 通訊實作（下）的文末有提及一個全新專案（剛開始不久），之前也有分享過另一個很想做的專案，這些我都有記在心中，雖然不知道多久才能生出來，不過我會盡力找出時間來做，畢竟興趣才是我的動力，不為什麼只是單純開心。

雖然專案還沒有個底，原本以為不知道可以幫自己記錄點什麼，不過認真想想能寫的其實還是不少。最近幾次和 Bird 聯絡，有提到我打算用 STM32F4 來開發我的專案，加上聊到 RTOS，想要在 RPi（Raspberry Pi）玩玩 Embedded Linux（我也想搞在 STM32F4 上看看），Bird 就說要幫我淘個板子讓我玩玩，不過板子還沒來，既然還沒來也沒東西可以分享，不如就來說說近期的發現吧 — 利用 node.js 進入硬體的世界。

JavaScript 統一世界

事實上，這也不算近期的發現，隱隱約約我早就知道 Python、js（JavaScript）能用來寫 Arduino，不過從來沒試過，也就不知道這個東西的能耐到底在哪？

因為過去有接觸過 node.js，加上這學期在學校修了「網路服務程式設計」以及個人在外面接案，寫 js 的時間其實已經超過了 C/C++，因此突然有個想用 node 去弄 Arduino 的想法，而這一玩不得了，有種發現新大陸的感覺，也激發了我新的想法。

我算是 3/4 個 js 的愛好者，跨足 Web Programming 與後起的 Web App，還有較少人知道的 Firmware 領域；js 基本上可以說是無所不能（不論其他例如效能、穩定性的比較），網路上討論 JavaScript x IOT 的文章也不在少數，開源的 library 數目更是多到讓我有點驚訝！

Johnny-Five

早在 2010 年，網路上就有人提出 NodeBots 的概念，從 node-serial 開始往下長，長成了現在巨大的模樣，而 Johnny-Five 只是其中一個成員；目前 Johnny–Five 不論是硬體相容性、API 完整度、技術討論社群等，都是眾多 framework 中表現最亮眼的，若有興趣的同好朋友可以到其官網看看。

（圖片來源：Johnny–Five 官網）

講到這裡，若是先前只有在 Arduino IDE 上寫過 C/C++ code 的朋友想必會一頭霧水，心中疑問：「蛤！那要怎麼讓電腦認得板子？」事實上這個懷疑是對的，因為板子並不是 USB 插上電腦就會動；要使用 Johnny-Five 之前，必須先做些前置動作。

以 Arduino UNO 為例（實際上 Arduino 系列支援的開發板都可以這樣操作），必須先打開 Arduino IDE，找到範例裡的 StandardFirmataPlus ，並燒錄（upload）進去，這樣 Johnny-Five 才可以被使用。

之所以需要此步驟的原因，是因為要讓電腦上（主機 host computer）的軟體能夠「認得」並「操控」開發板（MCU），這之間是透過一個叫做 Firmata 的 Communication Protocol 做溝通，也就是 StandardFirmataPlus 這份 code 做的事情。

主機上軟體的訊息（程式碼），包括使用哪個 USB port、baud rate 等就可以由 node-serial 傳給 Arduino UNO；如果說軟體的第一步是 print「Hello World！」，那 MCU（SoC）的第一步就是讓 LED 燈點亮！

將 Johnny-Five github 上的範例 clone 至電腦上執行的結果（圖片來源：Ryan 提供）

程式碼的部分應該不是什麼大問題，有趣的是下方 terminal 顯示的訊息，執行 node strobe.js 後有個 REPL（Read-Eval-Print Loop），顧名思義是個「讀取–求值–輸出」的循環，是不是有種似曾相識的感覺？我個人覺得很像 Arduino 的 firmware code 燒錄後，利用 serial console 下 AT_command 的感覺，只是 node 弄得比較直觀好懂一點（註 1）。

看完軟體的部分，我們看看 UNO 板。可以看到 LED 13 的確每 1000 milliseconds 閃一次外，也可以看到 LED 13 旁的 RX LED 以一個固定的頻率在閃爍，表示電腦一直有在送訊息給 Arduino UNO，如下圖：

（圖片來源：Ryan 提供）

講到這裡，我自己其實也一直有個疑惑：「既然 REPL 得透過 node-serial 才能和板子溝通，那一旦 USB 拔了，不就什麼都沒了嗎？」確實，NodeBot 不像 Arduino，一旦燒錄進 flash，只要通電，還是執行當初被燒進去的那份程式碼，因此這也是我認為 NodeBot 一個很大的缺點，因為即便是同份程式碼，每次上電還是必須重新 setup 一次，而且還得隨時和電腦溝通，離不開電腦。

若說要做 RPi 相關的應用倒是無妨（畢竟 node.js 也可在 Linux 上運行），但像前一個專案的應用（A8106 無線調光）就不可能用 NodeBot 執行了。

小結

以上是我個人對 NodeBot 與 Johnny—Five 的理解，在 STM32F4 和 RPi 到手前，我想我會用 Johnny-Five 搭配 express（node.js web framework）做出點小東西來過過乾癮，屆時會再寫篇文章做記錄。

註 1：有興趣但不想自己 setup 的朋友，又或是沒有想法但想先玩玩看別人寫好的範例程式碼，可以參考 node-ardx（比 Johnny-Five 本身 github page 所提供的 git repo 還豐富）所提供的 package，除了在 REPL 中有自定義的變數，讓使用者能動態地和所定義的變數互動（例如LED，執行 led.on() 等等），裡面也有其他詳細的應用案例介紹，只要 git clone 下來就可以直接執行了。