11 ngôn ngữ lập trình dành cho phát triển Internet of Things Có 11 ngôn ngữ nổi lên trong việc lựa chọn lập trình các hệ thống nhúng. Chúng bao gồm các ngôn ngữ từ phát triển toàn hệ thống như C ++ hay Java cho đến lập trình ứng dụng cụ thể như Go và Parasail. Những dự án phát triển Internet of Things (IoT) đang nổi lên ở rất nhiều công ty công nghệ trên toàn thế giới. Hiện tại chỉ có khoảng 300 nghìn lập trình viên tham gia IoT nhưng đến 2020, thế giới sẽ cần tới 4,5 triệu lập trình viên. Vì thế, việc lựa chọn ngôn ngữ lập trình để phát triển trong tương lai là một định hướng của các công ty công nghệ nếu muốn đi theo xu hướng IoT. Ngôn ngữ C Ngôn ngữ lập trình vốn được thiết kế trong chương trình chuyển mạch điện thoại sẽ là một lựa chọn hợp lý dành cho việc phát triển hệ thống nhúng. C gần như là một ngôn ngữ chung đang tồn tại trong giới lập trình mà gần như ai cũng phải biết. Ngôn ngữ này có sẵn hầu hết trên mọi nền tảng hệ thống nhúng tiên tiến đang có mặt trên thị trường. Đối với một số nền tảng không hỗ trợ trực tiếp thì đây vẫn là ngôn ngữ chuyên dụng được sử dụng trong các bộ công cụ phát triển phần mềm (SDK). Ngôn ngữ C++ C ++ vẫn giữ nguyên phương thức, cấu trúc của C nhưng được bổ sung thêm khả năng trừu tượng hóa dữ liệu, đối tượng (object), lớp (class). Tất cả những tính năng này làm cho C ++ trở thành sự lụa chọn cho những người viết ứng dụng nhúng, lập trình IoT cho các hệ thống Linux. Ngôn ngữ lập trình này vẫn đang hoạt động mạnh mẽ sau hơn 30 năm xuất hiện. Java Trước đây, Java chạy chậm hơn những ngôn ngữ dịch thẳng ra mã máy như C và C++, nhưng sau này nhờ công nghệ “biên dịch tại chỗ” - Just in time compilation, khoảng cách này đã được thu hẹp, và trong một số trường hợp đặc biệt Java có thể chạy nhanh hơn. Điều này cũng khiến Java ít phụ thuộc thuộc trong việc việc tích hợp phần cứng vào trình biên dịch. Để có những thiết lập cụ thể, kiểm soát tốt hơn từng đối tượng phần cứng, Java phụ thuộc vào thư viện mà các loại thiết bị này hỗ trợ. Tất cả điều này làm cho Java trở nên tuyệt vời trong quan điểm kinh tế của các nhà phát triển cũng như công ty công nghệ. Việc đầu tư vào các đoạn mã Java có thể được tái ứng dụng trên nhiều nền tảng. Ngoài ra Java còn được phổ biến khi là một trong ngôn ngữ lập trình chính được đưa vào giảng dạy, vì thế tìm kiếm một chuyên gia lập trình trang bị các kĩ năng Java là điều khá dễ dàng. JavaScript Ngôn ngữ JavaScript đơn giản là một biến thể của Java. JavaScript được nhận diện bằng cú pháp dễ gần, không bắt lỗi quá chặt và cung cấp khái niệm cơ bản trong lập trình. Java và JavaScript có thể sử dụng chung một số thư viện, có cú pháp tương tự như C nhưng lại được phát triển riêng biệt. Giống như tên gọi, Javascript là một ngôn ngữ lập trình kịch bản dựa trên đối tượng được phát triển từ các ý niệm nguyên mẫu và được sử dụng nhiều cho việc xây dựng các ứng dụng Web-fronted. Ví dụ, nếu muốn sử dụng Web server Apache trên Raspberry Pi để thu thập dữ liệu từ một hệ thống cảm biến dựa trên các bản mạch vi xử lý thì JavaScript là một khởi đầu dễ dàng. Python Một ngôn ngữ thiết kế trong thời gian nghỉ lễ và được đặt tên theo đoàn kịch phim hài nổi tiếng dường như là một ứng cử viên sáng giá cho các chuyên gia lập trình yêu cầu sự đơn giản. Ngoài ra ngôn ngữ Python có thể được mở rộng để sử dụng trong ngành công nghiệp nặng hay được dùng để phân tích dữ liệu trong ngành tài chính. Ngoài ra việc ứng dụng trong các điều khiển nhúng của IoT cho thấy khả năng linh hoạt trong phương thức sử dụng của ngôn ngữ này. Python là một ngôn ngữ lập trình dạng thông dịch, do đó có ưu điểm tiết kiệm thời gian phát triển ứng dụng vì không cần phải thực hiện biên dịch và liên kết. Một ưu điểm đáng chú ý khác là Python có cú pháp chặt chẽ rất giống với ngữ pháp tiếng Anh và các thông số kỹ thuật được thiết kế dễ đọc, nhỏ gọn và rõ ràng. Bất cứ ai đã từng vật vã để gỡ rối trong C thì đều đánh giá cao những gì mà Python mang lại. Python cũng đủ mạnh để ứng dụng trong các nền tảng nhúng. Đối với bất kỳ ứng dụng đòi hỏi khả năng truy xuất dữ liệu lớn thì Python là một ứng cử viên rất tiềm năng. Nhờ được sử dụng trên các trang web như Pinterest và Instagram, ngôn ngữ lập trình Python cũng đang ngày một phổ biến hơn. Ngôn ngữ Go Ngôn ngữ lập trình Go được phát triển tại Google và có sẵn trên một loạt các bộ vi xử lý và nền tảng. Đây là ngôn ngữ có nguồn gốc từ C nhưng được thiết kế nhằm vượt qua những giới hạn trước đây trong việc khai thác sức mạnh của bộ xử lý đa lõi và phần cứng thế hệ mới. Thay vì sử dụng hệ điều hành thì nay thông qua Go, các phần mềm cũng có thể tương tác trực tiếp với nền tảng đa lõi giúp cho việc xử lý nhanh hơn. Go hỗ trợ đồng thời việc thu thập dữ liệu đầu vào, đầu ra và khả năng xử lý trên nhiều kênh khác nhau. Điều này đòi hỏi sự chính xác trong việc phối hợp giữa các thành phần cảm biến trong cùng hệ thống. Điều này cũng khiến hệ thống có thể hoạt động thất thường nếu thiếu sự đồng bộ trong lập trình. Ngôn ngữ Rust Ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở Rust được phát triển bởi Mozilla và có tốc độ phổ biến khá nhanh trong giới lập trình. Rust có nhiều phẩm chất tương tự như Go nhưng lại có thể giải quyết vấn đề lớn nhất của Go. Vì Go không tự động chia sẻ thông tin giữa các “kênh” cấu trúc dữ liệu khác nhau nên có thể xảy ra những hoạt động vượt khỏi tầm kiểm soát. Bù lại Rust trang bị cho mình các chức năng loại bỏ những ngăn cách giữa các lớp dữ liệu làm cho ngôn ngữ này ít rủi ro hơn trong các hệ thống nhúng. ParaSail ParaSail là ngôn ngữ hướng đối tượng có khả năng biên dịch và cú pháp giống như Java, Python, C # hoặc thậm chí là Ada- ngôn ngữ lập trình xuất xứ từ Bộ quốc phòng Mỹ. Trong một dự án IoT, nếu chúng ta nghĩ rằng Ada là giải pháp tối ưu dùng cho các trình ứng dụng nhúng nhưng ngôn ngữ này chỉ tập trung cho các hệ thống lớn và sự phổ biến chỉ là 5% trong giới lập trình. Parasail có tính năng tương tự nhưng tập trung cụ thể cho các mã nhúng đòi hỏi khả năng hoạt động song song. Ngôn ngữ B# Có rất nhiều ngôn ngữ dành cho hệ thống lớn được thu nhỏ đề phù hợp với một nền tảng nhúng, trong đó B# được thiết kế phục vụ các mục đích như vậy. Máy ảo nhúng (EVM) cho phép B# chạy trên nhiều nền tảng mà chỉ sử dụng 24k bộ nhớ- ít hơn rất nhiều so với dung lượng mà các loại ngôn ngữ lập trình khác sử dụng. Về cấu trúc, B# có vẻ giống với C# nhưng được lược bỏ các tính năng không cần thiết cho ứng dụng nhúng và được bổ sung chức năng quan trọng là điều khiển thời gian thực. Nếu dự án IoT dựa trên nền tảng nhúng không quá lớn và phức tạp thì B# là ngôn ngữ đáng để cân nhắc. Assembly Ngôn ngữ Assembly vốn được yêu thích bởi các chuyên gia lập trình vi điều khiển. Về bản chất, ẩn trong hợp ngữ Assembly là mối quan hệ giữa ngôn ngữ lập trình và cấu trúc thiết bị. Điểm đặc trưng của mỗi hợp ngữ được thiết kế đặc biệt cho một cấu trúc máy tính khác nhau, ngoài ra mã gọn nhẹ, chiếm ít dung lượng bộ nhớ, hoạt động với tốc độ nhanh… Trước đây Assembly được sử dụng khá nhiều nhưng ngày nay phạm vi sử dụng khá hẹp, chủ yếu trong việc thao tác trực tiếp với phần cứng hoặc làm các công việc không thường xuyên. Điều này cũng mở ra cơ hội dành cho các dự án IoT bởi việc ứng dụng cho trình điều khiển, hệ nhúng bậc thấp hay được trang bị trong các hệ thống thời gian thực. Forth Forth là một ngôn ngữ được thiết kế và tối ưu hóa cho lập trình hệ thống nhúng. Ngôn ngữ này được sử dụng yếu cho các lập trình hệ thống cấp, tuy nhiên có một khía cạnh mà Forth cần phải được giải quyết đó là việc chấp nhận các lệnh do người sử dụng quy định, nên một mã của lập trình viên FORTH này có thể không hiểu đối với lập trình viên khác. Forth là một ngôn ngữ ngăn xếp theo định hướng, được phổ biến khoảng từ những năm 1970 nhưng hiện tại không phổ biến như các hệ thống lập trình khác. Tuy nhiên nếu đang bắt đầu với một dự án nhúng mới thì ngôn ngữ này sẽ tạo nên sự khác biệt. Ngôn ngữ này có tính di động, sử dụng bộ nhớ hiệu quả, thời gian phát triển ngắn và tốc độ thực hiện nhanh chóng. Sưu tầm Tags: