Микроконтроллеры и Java

Поскольку Java изначально разрабатывалась для программирования холодильников и кофеварок, было бы странно, если бы возможность работы с железом была утрачена напрочь.

Самый простой вариант подключения кнопки к микроконтроллеру - это порты GPIO, которые широко распространены в embedded мире. Кнопка одним контактом подключается к выводу порта, другим - к земле (GND). Дальше микроконтроллер либо сам что-то делает, либо по UART/USB/Ethernet/WiFi/Bluetooth отправляет сообщение о нажатой кнопке куда-то еще.

Непосредственно по железу варианты есть следующие.

1. Использовать специализированный микроконтроллер, заточенный под Java.

   Да, такие есть. Например семейство 3G-модулей Centerion. Прошивка представляет собой мидлет Java ME и может заливаться в том числе по воздуху. Прослушивание порта выглядит как-то так:

   Vector inPins = new Vector();
   inPins.addElement("GPIO11");
   InPort inPort = new InPort(inPins);  
   inPort.addListener(new InPortListener() {
       public void portValueChanged(int val) {
           System.out.println("Port value: " + val);
       }
   });
   

2. Использовать полноценную встраиваемую систему общего назначения на базе ARM-процессора, такую как BeagleBone или RaspberryPi.

   Там у вас будет полноценный Linux с возможностью установки полноценной Java SE или Java SE Embedded. А порты будут доступны через файловую систему как устройства вроде /sys/class/gpio/gpio49. Можно взаимодействовать с портом обычными средствами файлового ввода-вывода (что будет относительно медленно, хотя и достаточно для многих задач) или через прямой досутп к памяти через memory-mapped файл /dev/mem (что будет быстро).

   Но куда приятнее будет воспользоваться развесистым API сторонней библиотеки pi4j:

   GpioController gpioController = GpioFactory.getInstance();
   GpioPinDigitalInput pin02 = gpioController.provisionDigitalInputPin(RaspiPin.GPIO_02,PinPullResistance.PULL_DOWN);
   pin02.addListener(new GpioPinListenerDigital() {
       @Override
       public void handleGpioPinDigitalStateChangeEvent(GpioPinDigitalStateChangeEvent gpioPinDigitalStateChangeEvent) {
           System.out.println("state: " + gpioPinDigitalStateChangeEvent.getState());
       }
   });
   

   Кроме того, существует еще и Java ME Embedded, предоставляющий нативный API доступа к портам в пакете com.oracle.deviceaccess:

   GPIOPin switchPin = null;
   switchPin = (GPIOPin) PeripheralManager.open(1);
   switchPin.setInputListener(new PinListener() {
       @Override
       public void valueChanged(PinEvent event) {
          // do something
       }
   });
   

   К слову, жизнь тут не ограничена ARM, есть и MIPS и Intel Atom. Но подходы там те же.

   Очень интересными выглядят сторонние программные платформы на основе Java:

   • MicroEJ. На Youtube есть ролик, где java-приложение с графикой исполняется на очень слабом железе (Cortex™-M0+ @48 MHz, 256 KB Flash, 32 KB RAM).

   • Android Things от Google, ранее известная как Brillo.

3. Удивительно, но на Java можно писать под 8-битные AVR-микроконтроллеры (те самые, на которых построена Arduino)!

   Это стало возможным благодаря HaikuVM, которая транслирует байткод Java из .class-файлов в С-структуры, линкует к ним интерпретатор и формирует на выходе обычный для AVR-микроконтроллеров HEX-файл, который шьется в железку как обычно.

   Еще есть:

   • NanoVM - виртуальная машина подмножества Java, занимающая 8 кБ в флэш-памяти.

   • uJ - эта VM крупнее (десятки килобайт), но обещает полную поддержку байткода, многопоточность и synchronized.

   Если вы хотите нопку подключить к Arduino, а его в свою очередь подключить к компьютеру и делать что-то на компьютере по нажатию на кнопку, попробуйте JArduino. Этот API требует залить на Arduino свою прошивку, после чего вы сможете взаимодействовать с устройством из обычной Java-программы на своем компьютере.