前言

CodeLab 候车群里吸引了一些「个人计算」爱好者，他们容易被「个人计算」气质的项目吸引。从 Scratch、Smalltalk 到 MicroBlocks.

最近群里讨论 MicroBlocks 十分起劲，过年期间，也玩得不亦乐乎， @kwyjibo 做了很棒的梳理。

年前大家在「CodeLab 候车群」聊到对 MicroBlocks 有一些疑问，其中一个问题是，MicroBlocks 何时支持 MQTT？我把问题转给了 @John Maloney，他说在他那边 MQTT 优先级比较低，问我是否有兴趣来做。我答应他试试看。

我担心超出我的能力范围，结果发现，这工作比我预期的简单，假期里完成了 MQTT 库，目前已提交给官方并合并到了 dev 分支。

思路

为 MicroBlocks 构建 MQTT 库，比我构建之前的几个库来得复杂:

构建 MQTT 库与构建 传感器/执行器 库(通常是 I2C 协议)的区别在于: 后者只需要在 IDE 里编程(摆弄硬件协议，通常是 I2C)，换句话说，只需要拼搭积木即可，而构建 MQTT 库则需要在虚拟机(vm)层面编程。

MicroBlocks 虚拟机

MicroBlocks 虚拟机是 MicroBlocks 如此卓越的主要原因之一。了解 Smalltalk 架构的朋友，可能会在这里看到 Smalltlak 的影子。 这并不偶然，MicroBlocks 的创始人之前也是 Squeak 的核心开发者(Morphic 的发明者)。

MicroBlocks 虚拟机主要使用 C/C++ 构建，但并不意味着你有丰富的 C 经验，就能很好理解它，因为

架构主宰材料. – Alan Kay

The MicroBlocks Virtual Machine 是了解 MicroBlocks 虚拟机设计思路的好材料。当我们使用 MicroBlocks 对硬件编程时，我们处在 MicroBlocks IDE 环境里，这 IDE 环境由 GPblocks 构建(@John 的另一个项目)，编程过程看不见虚拟机，也不需要关心它，它只是默默地解释来自 IDE 的消息。IDE 与 MicroBlocks 虚拟机实时通信（串行协议），通信协议细节参考 SERIAL_PROTOCOL。虽然看起来像是 Scratch 一样的交互式编程，但实时烧录，可以离线运行！

MicroBlocks IDE 只是 MicroBlocks 虚拟机的一个客户端，理论上我们可以构建任何兼容 SERIAL_PROTOCOL 的客户端/编程环境。

投机取巧

我并不打算完全弄懂 MicroBlocks 虚拟机，再来构建 MQTT 库，那样耗费的时间太多了。

MicroBlocks 中已经有那么多代码库，找一个最接近 MQTT 库的东西来参考，依葫芦画瓢不是更简单吗？

MicroBlocks 中代码库的分类十分清晰，由于 MQTT 库与网络有关，我自然去寻找网络相关的库，看看它们在虚拟机里的部分是怎么写的，很快我发现 WebSocket Server 库正是我需要的东西。

粗略翻了下代码, 感觉相当简单啊！ 即使我几乎不写 Arduino 代码，而且多年不写 C 代码(可能只是入门水平)，感觉也没什么压力。毕竟编程主要与想法有关，其他缺啥补啥就好。

动手

先抛出相关源码，再细聊我的具体做法。

通过阅读 WebSocket Server 库的实现，我了解到大约需要做以下几件事:

  • 在 Arduino 生态里找一个 MQTT 库(不就是在 Github 搜一搜吗？)
  • 在 MicroBlocks 虚拟机里(netPrims.cpp) 提供 MQTT 相关的 primitives 方法( Smalltalk 虚拟机也是这么做的 )
  • 在 IDE 里构建 MQTT 积木， 调用虚拟机里相关的 primitives 方法

在 Arduino 生态里找一个 MQTT 库

这事儿简单，很快我就找到一个好东西: 256dpi/arduino-mqtt, 不止兼容 Arduino，而且可在 PlatformIO 里使用, 而 MicroBlocks 虚拟机正是使用 PlatformIO 构建的，PlatformIO 或许是硬件领域最好的编程平台。

在 MicroBlocks 虚拟机里提供 MQTT 相关的 primitives 方法

这是整件事情中最难的一步。

但好在 MicroBlocks 是一个持续几年的项目了，成熟度已经很高。大多数工作，都可以学习项目里之前的工作来开始。这正是开源革命带来的最大好处之一: 从别人的代码里快速学习和成长。

通过学习 @John 在 WebSocket Server 库上的工作，我用了很短时间就完成了可以工作的第一个原型，当时还是年前，我告知了 @John 最新进展，他也很开心:

Wow, that was fast work! Enjoy your New Year’s holiday! Happy Year of the Tiger! – @John Maloney

这期间，我甚至是一边翻C 语言文档, 一边编程的。说实话，我相当不喜欢 C 里边的一些设计决策，一种你一直在适应机器的不愉快感受。

吐槽

我在 C 语言上其实是投入过一些时间的，抛开大学扯淡的 C 语言入门和计算机二级考试不算(他妈简直是一场灾难)，我也阅读 C 语言作者写的《The C Programming Language》，读过 Unix 文化的很多东西(包括《Unix 编程艺术》)，甚至读过 C++ 社区推荐的一些书。但如果你接触过 LISP/Smalltalk 之类的东西，尤其是接触过个人计算社区里的人写的东西(Alan Kay、Dan Ingalls 之类)，你就很难有耐心去阅读主流计算机世界里这些据说写得挺好的书 :(

语言并不是你学到的东西，而是你参与的东西 – Arika Okrent

在 IDE 里构建 MQTT 积木， 调用虚拟机里相关的 primitives 方法

最后一步十分简单，现在还要更简单！

我当时的做法是在文本环境里编程，因为之前没有直接调用 primitives 方法的积木。但现在有了！在 MicroBlocks 图形 IDE 里可以直接调用虚拟机里的 primitives 方法！参考这个 issue

具体做法参考相关源码

使用

如果你想要开箱即用，可以使用 CodeLab 部署的版本, 如果你之前打开过，请刷新缓存。

由于 MQTT 库 还未经过充分测试(@John 提到网络相关的库，因其动态性，相当不好测试)，目前官方虚拟机还未默认包含 MQTT 支持。 @John 说:

I’m being conservative because RAM is a scare resource. On the ESP32, the MicroBlocks VM is stored in RAM (including all libraries that are linked in), so even if the MQTT primitives are not used, the C++ MQTT library code consumes RAM. When RAM gets too low on the ESP32, then network operations can become unreliable and MicroBlocks itself can crash…
It is difficult to know how much RAM a complex network package needs because they allocate memory dynamically and the amount needed depends on the usage patterns and load.

目前你需要自己 build 固件。但放心它相当容易: pio run -e esp32-mqtt 。 如果要上传到板子上(目前仅支持 ESP32)，只需: pio run -e esp32-mqtt -t upload。 @Tom Ming 提到他在 esp8266 下测试也是正常的。他这个学期计划在教学中使用。

官方 IDE 里已经提供了 MQTT 积木:

我还添加了一个 Demo:

总结

为 MicroBlocks 虚拟机引入新的 primitives 方法十分简单！一旦掌握这种做法，你就可以轻松将 Ardoino 生态里的海量库轻松引入 MicroBlocks！

参考