Можно ли изменить программу Arduino на лету?

• Код, который записывает данные во флэш-память, должен находиться в разделе загрузчика. Единственный известный мне способ выполнить код в разделе загрузчика — это после сброса. Однако даже если бы вы могли перенести выполнение в раздел загрузчика и заставить что-то работать, это бы приходится мириться с тем фактом, что флэш-память имеет ограниченные циклы записи и сократит срок службы устройства. Возможно, до такой степени, что бесполезно для практического применения.
• Выполнение кода из оперативной памяти. Самоочевидно, изменяйте код как хотите. Существует примечание к применению для AVR, в котором обсуждается этот вопрос.
• Напишите переводчика для своих нужд. Фу!

EDIT: Есть пример кода GCC здесь.

Вы можете изменить поведение Arduino «на лету», но перепрограммировать его не обязательно, просто разработайте свой код так, чтобы он изменял поведение с помощью некоторых переменных, которые вы получаете извне, например, с сервера, но эти новые изменения должны быть определены заранее в вашем коде.

Если у вас есть список состояний и вы хотите добавить больше, используйте динамический массив или массив с достаточным пространством, а затем отправьте сообщение MQTT, которое Arduino проанализирует, добавив новое состояние или даже удалив состояние.

Замена или изменение существующего кода во время выполнения потребует некоторой формы загрузки и перезаписи старого кода. Это намеренно не сделано простым или легким для этих типов микроконтроллеров.

Но вы можете изменить стратегию программы на лету, если предвидите потенциальные изменения и включите код для каждой из возможностей.

Например, напишите набор функций, каждая из которых реализует один из различных способов работы, и во время выполнения выберите, какую функцию должна использовать программа. Вы можете изменить выбор, установив значение с клавиатуры, или программа может обнаружить некий внешний триггер, например нажатие кнопки или показания температуры, и отреагировать, изменив выбор — возможно, значение типа int. Оператор switch может использовать это значение для вызова соответствующей функции в соответствующее время:

uint8_t strategy = 0;           // инициализация стратегии по умолчанию

switch( selector ){
case(1):                // произошло ли событие 1?
   func1();
   break;

case(2):                // произошло ли событие 2?
   func2();
   break;

case(3):                // произошло ли событие 3?
   func3();
   break;

default:                // ничего из вышеперечисленного или неопределенное значение селектора
   funcDefault();
   break;
}

Это означает, что весь код для возможных рабочих стратегий должен быть включен во время загрузки и совместно использовать пространство памяти программы, но если ваша работа не очень сложная, даже Uno должен быть достаточно мощным.

Обновление:

Мне нужно иметь возможность обновить устройство, добавив в него новые функции.

Есть еще один подход, который может подойти или не подойти для Uno, но будет осуществим с Mega 2560 или другой машиной с большим объемом оперативной памяти: интерпретируемый код.

• Определите набор операций, который включает все, что вам понадобится для работы вашего внешнего устройства(-ий): необходимые операции ввода-вывода для считывания показаний датчиков и управления оборудованием; для выполнения логических и/или арифметических тестов и условного перехода или вызова функции на основе результата теста; для прослушивания пользовательского сигнала с терминала (например) и возврата в программу arduino. Это будет «язык», на котором вы напишете свою программу управления.

• Определите краткую схему кодирования для указания каждой операции и любых данных, которые ей нужны, например, считывание показаний датчика температуры и сохранение результата в именованном месте. Если ваши программы управления не будут слишком сложными, вы можете обойтись предопределением A, B, ..., Z как регистров данных некоторого подходящего типа.

• Напишите интерпретатор на языке C++ для этого нового языка. Его программа будет состоять из кодов, которые вы только что определили. Но этот код будет рассматриваться интерпретатором как данные. Это ключ — этот псевдокод будет находиться в оперативной памяти, где ваш интерпретатор — набор функций C++ — может его прочитать и выполнить, а программа Arduino может загрузить новый, перезаписать старый и снова запустить интерпретатор.

Предостережение: подобно греческой мифической Гидре, эта работа может создавать новые проблемы по мере решения текущих, но она выполнима, если вы максимально упростите ее и включите только то, что вам действительно необходимо для ее выполнения.

Выполнение интерпретируемого во время выполнения кода может занять в 10–50 раз больше времени, чем выполнение нативно закодированного приложения, поэтому все, что может быть предварительно закодировано на C++, должно быть предварительно закодировано. Чем точнее и гибче ваши интерпретируемые инструкции, тем более выразительными вы можете быть при написании управляющей программы, но интерпретатор будет сложнее писать, медленнее выполняться и сложнее отлаживаться. Разрабатывайте свой язык так, чтобы он был настолько гибким, насколько это необходимо для того, чтобы вы могли писать новые алгоритмы управления.

Если вы попытаетесь изобрести целый псевдокомпьютер, полностью гибкий и способный программироваться для любых целей, вы сведете себя с ума. Целые предприятия сворачивались после того, как вкладывали деньги и время в изобретение нового и лучшего компьютера, и так увязали, что не могли оправиться. Не идите этим путем.

Начните с самых грубых, наименее гибких операций, с которыми вы можете жить, и заставьте их работать. Выявите их ограничения и устраняйте их, и только их, по одному за раз, пока у вас не будет достаточно гибкой системы, в которой вы сможете управлять своим устройством.

Возможно ли, что я смогу позволить ему менять поведение, изменяя программу на лету, без необходимости перепрограммировать Arduino через компьютер?

Абсолютно да. По сути, именно так работает множество зашифрованных кодов.

Возможно ли, что я мог бы позволить ему менять поведение, изменяя программу на лету, без необходимости перепрограммировать Arduino через компьютер.

(выделено мной).

Как было указано в некоторых ответах, вы можете изменить поведение, если вы позволите это заранее. Например, сохраните в EEPROM некоторые настройки (например, как часто что-то происходит) и предусмотрите метод изменения этих настроек.

Другой загрузчик

Однако, если вы хотите изменить поведение полностью, то вам необходимо загрузить новый код (независимо от того, находится ли код в оперативной памяти или в памяти программы, эта часть на самом деле не меняется).

Загрузчик, установленный в качестве стандарта на Arduinos, позволяет загружать код через протокол, который поступает на последовательный порт вскоре после сброса. Ничто не мешает вам написать свой собственный протокол (например, с использованием MQTT) и создать свой собственный загрузчик, который его использует — при условии, что он достаточно мал, чтобы поместиться в пространство загрузчика (максимальный размер загрузчика, который может хранить Atmega328P, составляет 4096 байт).

Автономный программатор

Поскольку вы спросили о загрузке нового кода без необходимости иметь компьютер, альтернативой является программирование его в полевых условиях с использованием автономного программатора. Существует множество программаторов, включая разработанный пользователем Crossroads с форума Arduino:

Я написал код для этого. Основной подход заключается в том, чтобы написать новый код с помощью IDE (что вам в любом случае придется сделать), а затем скопировать файл .hex на карту SD или micro-SD, которую затем вставляют в программатор, как вы можете видеть на фотографии. Затем программатор подключается к целевой плате через интерфейс ICSP с помощью 6-жильного кабеля, как показано на рисунке. Это перепрограммирует цель примерно за секунду. Это делает практичным перепрограммирование устройства «в полевых условиях», без необходимости возвращать его на базу или носить с собой ноутбук.

Вам нужен не «пони с одним трюком» (arduino), а настоящая «лошадь» — Raspberry Pi. У вас нет причин не делать этого, например:

1. Цена — RPi Zero — 10 долларов США.
2. Размер — примерно как у Nano.

3. Функциональность::

   Пи. . . . . . . . . . . . . . . . Ардуино

Wi-Fi. . . . . . . . . . . . . . . . нет (wifly /Zigbee теперь вы нарушаете пункт 2)

блютуз. . . . . . . . . . . . . . . . нет

веб-сервер. . . . . . . . . . . . . . . . нет

База данных MySQL. . . . . . . . . . . .. нет

любой многопоточный Linux Программы. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . нет

и т. д. и т. п.

Я что-то пропустил? Работа технологического архитектора начинается с знания того, какое аппаратное и программное обеспечение следует применять в той или иной ситуации. IE избегает использования квадратных колышков в круглых отверстиях.