Вроде бы ничего экстраордиинарного после тыкания в кнопку не происходит… Все знают, что будет идти компиляция текста скетча и полученный исполняемый код загрузится в подключенную к компьютеру плату Arduino. Но, все-таки, интересно, а какие внутренние процессы совершаются в Arduino IDE…

В раследовании воспользуемся статьей самих разработчиков…

Для определенности возьмем классический Blink и посмотрим на его превращения.

int led = 13;

void setup() {                
  pinMode(led, OUTPUT);     
}

void loop() {
  digitalWrite(led, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
  delay(1000);               // wait for a second
  digitalWrite(led, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOW
  delay(1000);               // wait for a second
}

Во-первых, в среде Arduino IDE над текстом выполняются «некоторые небольшие преобразования», чтобы убедиться, что код корректен для компилятора C или C++. Это логично — мало ли что автор в скетче понаписал…

Затем текст передается компилятору, который превращает его в машиночитаемые инструкции (или объектные файлы).

После этого код линкуется вместе со стандартными Arduino библиотеками, которые предоставляют основные функции, например, digitalWrite() или Serial.print().

В результате получается готовый Intel hex файл, который содержит конкретные байты, которые должны быть записаны в память программ микросхемы на плате Arduino. Этот файл затем выгружается в плату через интерфейс USB или последовательное соединение через загрузчик микроконтроллера платы или с помощью внешнего программатора.

Какие манипуляции Arduino IDE производит над нашим скетчем:

• сначала #include «Arduino.h» добавляется перед текстом скетча. Файл находится в папке <ARDUINO>/hardware/cores/<CORE>/. Тем самым добавляются все стандартные определения ядра Arduino.
• затем добавляются все определения используемых в скетче функций. Они добавляются в текст после #include, но до определения переменных.
• в завершение, содержимое the current target’s main.cxx (описание параметров конкретной платы) добавляется в конец нашего скетча.

Компиляцию скетча производит avr-gcc.  В процессе принимают участие файлы, расположенные: собственно в папке скетча, в папке определения ядра (<ARDUINO>/hardware/core/<CORE>/), в папке <ARDUINO>/hardware/tools/avr/avr/ include/, в папках библиотек (<ARDUINO>/hardware/libraries/) заголовки которых определены в скетче. Когда идет процесс проверки, в «системной директории для временных файлов» создается папка с файлами проекта (например, для нашего скетча у меня появилась папка «C:\WINDOWS\Temp\build4053678212198882370.tmp»

из всех представленных файлов нам интересен (и понятен) Blink.cpp. Он, практически, повторяет наш скетч, лишь в начале добавлен текст:

#line 1 "Blink.ino"
#include "Arduino.h"
void setup();
void loop();
#line 1

результат компилируется в файл с расширением .o (у нас см. файл Blink.cpp.o). Интересен также файл Blink.cpp.d, где перечислены все «работающие» файлы:

C:\WINDOWS\Temp\build4053678212198882370.tmp\Blink.cpp.o:  \
C:\WINDOWS\Temp\build4053678212198882370.tmp\Blink.cpp \
C:\ProgramFiles\Arduino\hardware\arduino\cores\arduino/Arduino.h \
C:\ProgramFiles\Arduino\hardware\arduino\cores\arduino/binary.h \
...

После объединения *.o вместе с «статическими» библиотеками Arduino (выбираются только необходимые) рождается HEX файл (у нас это  Blink.cpp.hex). Он то и загружается в плату Arduino. (Написано, что в процесе загрузки, файл записывается и в папку со скетчем (меню «Скетч» — «Показать папку скетчей»), но… там я его не обнаружил 🙁  ). Теоретически, HEX файл — готовый файл для прошивки программатором в любую AVR микросхему для автономного устройства…