MicroBlocks 与其他编程语言的互操作

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MicroBlocks 与其他编程语言的互操作

MicroBlocks 和其他编程语言之间进行消息通信,以达到互操作的目的。

简单演示

先来看一个简单的视频演示。

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视频演示涉及的程序如下:

以上演示了 MicroBlocksScratch 如何通过消息通信来互操作,具体而言:

  1. 先在 MicroBlocks 中编程,完成后断开连接
  2. 之后将设备连接到 Scratch 的 MicroBlocks 插件。
    • 对你的心智模型来说,就好像你可以在 Scratch 和 MicroBlocks 中相互广播和接收消息。

这个互操作是通用的,意味着可以在 Scratch 里控制 MicroBlocks 已经支持的数十种设备(还在持续增多)!

MicroBlocks 不仅可以与 Scratch 进行互操作,也可以与大多数编程语言互操作。文末记录了目前已经实现互操作库的编程语言(MicroBlocks 社区优先关注在教育领域重要的编程语言)

消息流向图

以下是 MicroBlocks 与 Scratch 进行消息通信的消息流向图:

具体使用,参考 CodeLab Scratch MicroBlocks 插件文档

为何要让 MicroBlocks 与其他编程语言进行互操作

我们以 MicroBlocks 与 Scratch 的互操作为例,阐述这样做的意义,其中的道理也适用于 Scratch 之外的其他编程语言。

我们将分别从以下两个角度来讨论互操作的意义。

对 MicroBlocks 的意义

MicroBlocks 专注于硬件编程/物理计算,它让板子可以离线运行,这对于许多实际应用和竞赛(如巡线赛车)是必要的。这使得 MicroBlocks 更多考虑"下位机"编程。

通过 MicroBlocks 与 Scratch 的互操作,Scratch 可以成为硬件设备的"上位机", 对设备进行"指挥"。 由于 Scratch 运行在电脑里,没有内存和计算性能的限制,在Scratch里制作控制界面(GUI程序)是非常容易的。

这样一来,我们就可以利用 Scratch 的优势,为 MicroBlocks 设备提供出色的 GUI 界面。(同样的道理,也可以利用 Python 的深度学习生态来增强 MicroBlocks 程序)

对 Scratch 的意义

图形化编程领域喜欢魔改 Scratch 来支持硬件编程,这导致许多灾难性的后果,这个糟糕的策略破坏了可理解性,让学习者陷入云里雾里。 我在CodeLab 纪事比较图形化硬件编程平台 做了批评。

MicroBlocks 的创始人,也正是 Scratch 的联合创始人兼首席架构师 John Maloney 并未采用扩展 Scratch 的思路来支持硬件编程,他深知这里边的陷阱和天花板,所以 John Maloney 启动了新项目 MicroBlocks 作为图形化硬件编程的解决方案。

MicroBlocks 因其出色的设计,拥有极高的灵活性和可扩展性,甚至可以由一个孩子而不是工程师来自由扩展它!目前为止 MicroBlocks 社区已经支持了丰富的编程板、传感器和执行器, 几乎涵盖主流领域的大多数类别!

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由于互操作是完全通用的(只是广播消息), 意味着 MicroBlocks 生态的海量硬件都可以直接为 Scratch 所用(发消息即可!)。 未来新加入 MicroBlocks 生态的任何设备,也都可以直接在 Scratch 里使用,不需要任何额外工作!

它是如何工作的?

基于消息通信的互操作是如何工作的呢?

这主要是得益于 MicroBlocks 出色的架构设计。 它的虚拟机支持强大的消息协议: Microblocks Serial Protocol (version 2.09), 该协议描述了消息如何在开发板 与 Microblocks IDE 流动,以及消息的其他可能流向。

MicroBlocks IDE 就是基于这个消息协议与硬件设备(虚拟机)通信的。 所以理论上,我们可以在任何编程语言中做到 MicroBlocks IDE 做到的所有事情, 包括但不限于: 将脚本下载到板子; 启动/停止脚本; 跟踪脚本的运行状态; 广播消息...

因此,你不只可以让其他编程语言与 MicroBlocks 进行互操作,甚至可以设计一个新的编程语言来与虚拟机交互,新的语言可以采用文本代码而不是积木块。只需将你设计的文本语言翻译成 MicroBlocks 虚拟机指令,然后通过消息其发送到板子即可。 MicroBlocks 的架构设计为我们打开了巨大的可能性空间!

更多细节可参考:

一些有趣的方向

  • Adapter microbit radio迁移到 MicroBlocks,在相同的功能下,可以移除对 Adapter 的依赖,这样能很好地提高开箱可用性,只需要一个浏览器即可!
    • 制作有趣的魔杖 🪄 : 将"魔杖 micro:bit" 的陀螺仪信息实时发给"中转站 microbit", Python 与"中转站 microbit" 实时互操作,这样就可以利用 Python 社区的深度学习库来实时计算"魔杖 micro:bit" 的手势!
    • 制作 Scratch 演讲翻页笔(或者通过 pyautogui 库控制 PPT),而这个演讲装置本身又是很好的话题,用于在演讲中引出编程的实际作用。
  • 在你最喜欢的编程语言中,制作通信库,来让它与 MicroBlocks 互操作,可参考我的 Python 实现: MicroBlocks Python 库
  • ...

更多编程语言

MicroBlocks 与 Python 的互操作

消息流向图

具体使用,参考 MicroBlocks Python 库

MicroBlocks 与 Snap! 的互操作

具体使用,参考 MicroBlocks and Snap! Communication with Messages

FAQ

Scratch(或 Python) 与 MicroBlocks 互操作时,是否总是要连接数据线

是的。

现阶段进行互操作时,必须连接数据线。未来有可能通过蓝牙或 wifi 提供无线支持。(理论上可行)

如果你希望使用无线的方式让 Scratch(或 Python) 与 MicroBlocks 交互, 可以考虑 MQTT 库(需要板子支持wifi,推荐 ESP32)。MicroBlocksCodeLab Scratch 都已支持 MQTT 协议。

参考

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