Arduino的程式設計

Arduino 是專為快速原型（Rapid Prototyping）開發而生的開源 嵌入式系統（Embedded Systems） 平台，能幫助我們快速達成概念驗證（PoC）。

在程式語言支援方面，官方主要採用與 C/C++ 相仿的主流語法（後續文章若有提及將統稱Arduino C）；如果你偏好 Python，官方也推出了實驗性專案Arduino Lab for MicroPython——這是一款獨立於 Arduino IDE 2.x 的輕量級編輯器，支援開發板連接、程式碼上傳、檔案傳輸，並提供互動式 REPL 介面。

以下我們先介紹Arduino C的主要架構

當開啟Arduino IDE會看到以下畫面，依照Arduino官方稱為Sketch。

裡面有setup()與loop()函數，以下分別介紹兩者的用途：

• setup(): sketch開始時呼叫該函數。使用它來初始化變數、腳位模式、開始使用程式庫...等。該功能只會在每次 Arduino 板上電或重置後執行一次。
• loop(): 創建初始化和設置初始值的函數後，該函數會精確地執行其名稱所暗示的操作，並連續地迴圈，從而允許程式進行更改和回應。使用它來主動控制開發板。

Arduino 的 main function 在哪?!

具備 C 家族語言背景的您，第一次使用 Arduino 時是否也曾好奇：main() 入口點（Entry Point）到底藏在哪裡？

其實 Arduino 依然遵循標準 C/C++ 規範，只是將 main() 封裝在底層庫中。它的定義位於 cores/arduino/main.cpp。
在 Windows 系統中該檔案的絕對路徑為： C:\Users\<使用者名稱>\AppData\Local\Arduino15\packages\<平台安裝package名稱>\hardware\<硬體名稱>\<硬體版本>\cores\arduino\main.cpp

結論

上述 setup() 與 loop() 的程式結構，在嵌入式系統中稱為裸機（Bare Metal）開發。這種架構主要依賴「無限迴圈 + 中斷服務常式（ISR）」運作，非常適合邏輯單純、資源有限的輕量級設備。然而，當專案複雜度提升、需要同時處理多項即時工作時，開發者通常會導入具備核心（Kernel） 的 即時作業系統（Real-Time operating system, RTOS），透過任務（Task）調度與優先級分配，實現更高效的多任務管理。

除了技術架構的演進，另一個核心重點是角色的切換——從這裡開始，我們將正式從使用者（User）轉變為開發者（Developer）。

如下圖所示，開發者主導的是整個系統的核心「處理（Process）」環節：

• 開發者視野：必須掌握整個架構，對「輸入（Input）」與「輸出（Output）」的資料流向與細節瞭如指掌。
• 使用者視野：位於處理環節之外，僅操作介面，無法釐清內部的具體執行流程。