Руководство EVIA Paradigma

EVIA Paradigma — визуальное программирование: перетащите блоки из палитры на холст, соедините их связями и нажмите Run. Ту же программу можно превратить в код на C (C99, C11, C17) или C++ (от C++98 до C++20) и собрать с помощью Clang или GCC, а также в код для плат Arduino и ESP32. Интерфейс программы на английском, поэтому названия меню и кнопок даны так, как они выглядят на экране.

Сам интерфейс тоже бывает на английском, русском или армянском: Настройки > Общие > Язык интерфейса. Меню, кнопки, палитра и названия на блоках меняются вместе с ним; созданный код и сообщения компиляторов остаются на английском. Изменение вступает в силу при следующем запуске EVIA Paradigma.

1. Перетащите на холст Start, несколько блоков и End.
2. Потяните от маленького круга внизу блока (его выходного порта) к другому блоку, чтобы соединить их.
3. Двойной щелчок по блоку открывает его код для редактирования.
4. Колесо мыши над схемой приближает и отдаляет её к указателю.
5. Нажмите Run (F5). Вывод появится в панели внизу; выполняемый блок подсвечивается.
6. Выберите Language на панели инструментов и нажмите Generate code (F7), чтобы увидеть, сохранить, скомпилировать и запустить программу.

Вид и язык. View > Theme выбирает светлую тему IntelliJ, тёмную тему Darcula или настройку вашей системы; тема меняется сразу и запоминается. Над списком разделов можно выбрать язык этого руководства: английский, русский или армянский.

Блоки

Блоки Board (Pin Mode, Digital Write, Digital Read, Analog Read, Analog Write, Delay, Millis, UART, SPI, I2C) нужны для микроконтроллеров; см. раздел Платы Arduino и ESP32.

Выражения

Значения — это числа или текст. Операторы, от низшего приоритета к высшему:

• ||   &&
• == != < <= > >= (тексты сравниваются по алфавиту)
• + - (+ склеивает текст, если хотя бы одна сторона — текст)
• * / %
• унарные - и !, скобки

Текст пишется в двойных кавычках; допустимы escape-последовательности \", \\, \n. Условие истинно, если это ненулевое число или непустой текст.

Классы и объекты

Класс объединяет поля (данные, которые хранит каждый объект) и методы (блок-программы, работающие с этими данными). Создать класс можно через Edit > New Class, кнопкой + New class в палитре или выделив блоки и нажав Ctrl+G, чтобы превратить их в класс.

• Вкладка Fields: имя и начальное значение каждого поля. Начальные значения — выражения; в них можно использовать переменные программы и предыдущие поля. Внутри методов поле записывается как this.имя.
• По одной вкладке на каждый метод: его имя, параметры и тело. Тело начинается с блока Enter и заканчивается блоком Exit. Каждое отдельное имя Exit становится выходным портом вызывающего блока, например yes / no. Параметры поступают как поля: параметр n читается как this.n.
• Конструктор: метод с именем init (кнопка + Constructor). При создании объекта его поля сначала получают начальные значения, затем один раз выполняется init.

Перетащите метод из раздела Classes палитры на холст, чтобы вызвать его. Правый щелчок по блоку или двойной щелчок позволяют выбрать метод, объект и аргументы. Блоки с одинаковым именем объекта работают с одним объектом (и его полями); у блока без имени объекта объект свой собственный. Объекты создаются при первом использовании.

Модули

Модуль (*.eviam) — это файл с классами, которые могут использовать несколько программ.

• File > Export Classes as Module переносит классы в файл модуля. Программа начинает ссылаться на модуль, и при сохранении программы сохраняется и модуль.
• File > Import Module добавляет классы модуля в открытую программу.
• В окне класса показано, где он хранится.

Проекты

File > New Project создаёт папку со всем, что нужно программе:

MyProject/
  MyProject.eviaproj   настройки проекта
  main.evia            главная программа
  modules/             модули классов
  build/               сгенерированный код (не попадает в коммиты)
  README.md
  .gitignore

Откройте проект снова через File > Open Project (выберите папку или файл .eviaproj). В проекте модули импортируются из modules/ и экспортируются в неё, а Generate code дополнительно записывает build/<имя>.c или .cpp. Проект запоминает свой язык.

Git и GitHub

Меню Git запускает git, установленный на вашем компьютере, и использует уже настроенный вход (Git Credential Manager, SSH-ключ или gh auth login). EVIA Paradigma никогда не запрашивает и не хранит пароли или токены.

• Initialize Repository: git init в ветке main (новые проекты делают это сами, если git установлен).
• Commit (Ctrl+K): сохраняет программу и делает коммит всех изменений; в редакторе сообщения работают клавиши Vim.
• Connect to GitHub: введите владелец/репозиторий или URL для клонирования. Create repository on GitHub открывает github.com в браузере с уже заполненным именем; создайте пустой репозиторий и нажмите OK.
• Push / Pull: отправить коммиты на GitHub / получить новые (только fast-forward, поэтому ничего не сливается без вашего ведома).
• History показывает последние коммиты; Open on GitHub открывает страницу репозитория.

Установите git с git-scm.com, если в меню написано, что его нет.

Сгенерированный код: C и C++

Generate code (F7) превращает всю программу в один исходный файл. Три выпадающих списка на панели инструментов (и в окне кода) определяют результат; те же варианты есть в Run > Code Language and Mode. Если изменить их в окне кода, код генерируется заново.

Каждое сочетание проверено: вывод совпадает с выводом интерпретатора (для значений Fast — у программ, которые выполняются без ошибок). Правый щелчок по блоку, методу или классу → View source code показывает код, в который он превратился, с подсветкой, на выбранном вами языке.

Окно кода умеет сохранять файл, компилировать его и запускать. Для C используется подходящий компилятор C (clang, gcc), нужные -std= и -lm. Компилятор выбирается в Settings: Clang (clang++ / clang) или GCC (g++ / gcc, версия 13 или новее). В Windows EVIA Paradigma может установить любой из них сам: llvm-mingw (Clang) или WinLibs (GCC, MinGW-w64). Visual Studio не нужна.

Java, Kotlin и Android

Ещё три языка, для компьютеров и телефонов. Как и в Python, в них нет goto: при структурном потоке получаются вложенные if/else и циклы while, а там, где соединения не складываются в блоки (и всегда при потоке Goto), схема становится конечным автоматом: по одной ветке на блок. Безопасные и быстрые значения работают как в C++, с выводом, сообщениями об ошибках и кодом выхода интерпретатора.

Настройки > Java и Kotlin: JDK (находится сам по JAVA_HOME или PATH; Get скачивает Eclipse Temurin) и kotlinc (Get скачивает компилятор JetBrains). Настройки > Android: папка SDK (SDK из Android Studio находится сам; Скачать Android SDK... показывает лицензию Google и, если вы её принимаете, скачивает с сайта Google платформу, build-tools и adb), идентификатор приложения (например am.evia.counter), название под значком и телефон. На телефоне включите отладку по USB: Настройки > О телефоне, семь раз нажмите Номер сборки, затем Для разработчиков > Отладка по USB.

EVIA Paradigma собирает приложение сама, инструментами SDK, за несколько секунд и без Gradle. Папка, которую она пишет (build/android проекта или EVIA Projects/Android/), это ещё и обычный проект Android Studio: File > Open и Run.

Датчики телефона. Блок Датчик телефона (группа палитры «Телефон») сохраняет показание в переменной: ax = ACCEL_X. Он читает ACCEL_X, ACCEL_Y, ACCEL_Z (м/с²), GYRO_X, GYRO_Y, GYRO_Z (рад/с), LATITUDE, LONGITUDE, ALTITUDE, GPS_ACCURACY и GPS_FIX (1, когда положение известно). Run имитирует телефон, лежащий на столе; язык Android читает настоящие датчики, а приложение, читающее положение, запрашивает разрешение на геолокацию. Delay и Millis тоже работают в Java, Kotlin и Android. Примеры: Файл > Открыть пример > Телефоны Android (Hello world, GPS-координаты, тест движения).

Платы Arduino и ESP32

Ещё три языка создают код для микроконтроллеров. Оба используют быстрые значения (числа; текст только в Print), а Print и Input работают через последовательный порт на скорости 115200 бод.

Плату выбирают в списке Board рядом с языком (также в Settings). Build в окне кода компилирует программу для неё; Upload собирает и отправляет программу на плату через последовательный порт, указанный в Settings.

MQTT. Имя сети, пароль, брокер и темы — это фиксированные тексты: они попадают в программу при сборке. PIC32 C управляет модулем ESP8266 или ESP32 с прошивкой AT через UART2 (RB5/RB1 на 28-выводных чипах, RF4/RF5 на остальных), поэтому Print остаётся на UART1. Arduino на плате ESP32 использует собственный WiFi платы. Запуск отвечает из брокера на вашем компьютере: публикация в тему, на которую вы подписаны, возвращает сообщение. Плата AVR отказывается от блоков MQTT (один последовательный порт, его занимает Print), FPGA тоже. Сообщение — это число, записанное так же, как его печатает Print; поскольку -1 означает ещё и «ничего не пришло», MQTT Has Message отличает настоящую -1. MQTT может идти и через собственный порт Ethernet чипов MX695F512L, MX795F512L и Ethernet Starter Kit II: выберите в настройках MQTT на PIC32 через → Ethernet, и сгенерированный файл становится приложением для проекта MPLAB X Harmony, который приносит с собой стек TCP/IP. Этот путь экспериментальный: он компилируется здесь с заглушками заголовков, но ни разу не собирался с настоящей Harmony и не запускался на плате, поэтому проверенным остаётся модуль WiFi.

MQTT через Ethernet (экспериментально). Для MX695F512L, MX795F512L и PIC32 Ethernet Starter Kit II пункт Настройки > PIC32 > PIC32 MQTT over > Ethernet делает полученный файл приложением для проекта MPLAB X Harmony: стек TCP/IP даёт Harmony, конфигурация, тактирование и main() остаются за проектом, а вы вызываете из него app_run(). Включите TCP, клиенты DHCP и DNS, драйвер Ethernet MAC и PHY платы (LAN8740 на этом наборе). Адрес выдаёт DHCP, поэтому имя сети и пароль не используются. Этот путь компилируется в проверках с заглушками заголовков, но не собирался с настоящим Harmony и не запускался на плате: проверенный путь — модуль WiFi.

Пины могут быть числами, выражениями или именами платы LED_BUILTIN, A0 ... A15; HIGH и LOW работают в любом выражении. Эти имена нельзя использовать как переменные.

Блоки шин работают в Run и во всех трёх языках для плат. Перед использованием шину нужно открыть; адреса 7-битные, числа десятичные (80 — это 0x50). На PIC32 пины фиксированы для семейства микросхем и перечислены в начале созданного кода (встроенные UART1, SPI и I2C1). Run имитирует шины: передатчик UART соединён с его приёмником, поэтому байты из UART Write возвращаются через UART Read (и также появляются в выводе как текст), вход SPI соединён с его выходом, а по адресу 80 отвечает одно устройство I2C с 256 регистрами.

Run имитирует Arduino Uno: изменения пинов появляются в выводе в виде board [500 ms] pin 13 HIGH, время идёт вперёд только в Delay (главное окно при этом реально ждёт, если ползунок скорости не стоит на полной скорости), кнопка на каждом входном пине нажимается во второй половине каждых 2 секунд, а аналоговые пины читают медленную волну 0..1023..0. Программа выполняется один раз, как будто из setup(); после этого пины сохраняют своё состояние. В File > Open Example > Arduino Boards, ESP32 Boards, PIC32 Boards и STM32 Boards есть примеры: blink, button, fade, analog meter, класс Led и примеры UART, SPI и I2C.

Языки для компьютера (C, C++) не могут использовать блоки Board; Generate code укажет, какой блок нужно заменить.

Пакеты и обновления

Наборы инструментов — это пакеты сервера EVIA (evia.am): arduino-cli, avr-gcc с avrdude, Arm GNU Toolchain, OpenOCD и OSS CAD Suite. При первом запуске установленной копии программа спрашивает, какие из них скачать; Settings > Packages and Updates (или Help > Check for Updates) показывает, что установлено и что доступно, и устанавливает, обновляет или удаляет их. Кнопки Get в Settings так же скачивают один инструмент. Каждая загрузка проверяется перед использованием, и права администратора не нужны: пакеты лежат в вашей собственной папке данных.

Новая версия EVIA Paradigma — тоже пакет: она устанавливается рядом с вашей и запускается в следующий раз (или сразу кнопкой Restart Now). Ничего не удаляется. В командной строке: --packages, --install ID (или --install updates) и --remove ID.

Terminal (панель инструментов или Help > Terminal) открывает настоящий терминал на последовательном порту платы (UART: порт, скорость, что отправляет Enter, локальное эхо) или на другом компьютере по SSH (пароль или ключ). У каждого сеанса своя вкладка; перед Upload закройте вкладку, так как ему нужен порт.

FPGA: Artix-7 и GateMate

Ещё три языка, SystemVerilog, Verilog-2001 и VHDL (VHDL-2008), превращают ту же схему в аппаратуру. Каждый блок становится одним состоянием конечного автомата и занимает один такт. Переменные — знаковые 32-битные регистры.

Выводы фиксируются при сборке, поэтому вывод должен быть числом или именем: LED0, SW3, BTNC, BTN0, JA1. Если на плате нет такого вывода, будет ошибка со списком имеющихся. Вывод нельзя одновременно читать и записывать.

Целые числа. Арифметика переполняется по модулю 32 бит; / и % округляют к нулю, деление на 0 даёт 0. Запуск использует числа double, поэтому 5 / 2 в Запуске равно 2.5, а на FPGA — 2. Пока не поддерживаются: классы, Input, Analog Read, SPI, I2C и текст в переменных (в Print текст работает).

Сборка и загрузка. Artix-7: Vivado в пакетном режиме или открытая цепочка (yosys, nextpnr-xilinx, Project X-Ray), выбирается в Настройки > FPGA. GateMate: yosys, nextpnr-himbaechel, gmpack. Загрузка — Vivado или openFPGALoader. Ограничения выводов лежат в первом комментарии файла, а -o в командной строке также записывает файл .xdc или .ccf.

Проверено: моделирование в сравнении с Запуском и синтез открытыми средствами. Не проверено: Vivado, openXC7 и реальные платы.

Примеры: Файл > Открыть пример > FPGA Boards.

Образы Linux

Меню Linux собирает собственный Linux для BeagleBone Black или Raspberry Pi 5 и записывает его на SD-карту. Выберите систему сборки:

Linux > Новый образ Linux открывает окно: плата, папка (без пробелов в пути), имя хоста, пароль root, SSH-сервер, Python 3, дополнительные пакеты (по именам системы сборки). Собрать образ в первый раз скачивает исходники, затем применяет настройки и собирает; вывод идёт в окне. Menuconfig открывает терминал с меню самой системы сборки для всего остального. Записать на SD-карту показывает только SD-карты и USB-накопители, спрашивает дважды и просит ваш пароль для записи.

Всё хранится в папке: evia-linux.json (настройки) и build.sh, который можно запускать и самостоятельно: ./build.sh all. Пароль root хранится в secrets/ и доступен только вам; в образ попадает лишь его хеш. Без пароля root входит без пароля (Buildroot, Yocto) или OpenWrt попросит его задать.

Сборка работает в Linux (в Windows — WSL 2, на Mac — виртуальная машина с Linux). Проверить компьютер показывает, чего не хватает, и команду для установки. На плате: BeagleBone Black загружается с карты, если при включении держать кнопку S2; Raspberry Pi 5 загружается с неё сам. Затем Терминал подключается через UART (115200) или SSH. В командной строке: --linux DIR --system yocto --board bbb.

Исходники как пакеты. Buildroot, Yocto (Poky и meta-raspberrypi) и OpenWrt (с Image Builder для обеих плат) — пакеты сервера EVIA: кнопка Получить исходники в окне или Настройки > Пакеты и обновления, группа «Linux images». build.sh берёт исходники из установленного пакета; без него скачивает те же закреплённые файлы и проверяет их SHA-256. Сама сборка по-прежнему скачивает нужные ей компиляторы и пакеты.

Горячие клавиши

Клавиши Vim

Поля кода, окно кода и редактор сообщения коммита работают с клавишами Vim (отключаются в Settings). Текст открывается в режиме вставки; Esc переключает в нормальный режим.

• Перемещение: h j k l, w b e, 0 ^ $, gg G, %, f t
• Правка: i a I A o O, x, dd, cw, yy, p, u, Ctrl+R, .
• Выделение: v, V; поиск: /текст, n N, *
• Команды: :w принять/сохранить, :q закрыть, :wq, :s/a/b/g, :make скомпилировать и запустить (окно кода), :vim открыть в настоящем Vim