MARCO AVIDANO. Java. per. Robot. Programmazione di base e applicazioni

Transcript

1 MARCO AVIDANO Java per Robot Programmazione di base e applicazioni

2

3 Marco Avidano Java per Robot Programmazione di base e applicazioni EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO

4 UN TESTO PIÙ RICCO E SEMPRE AGGIORNATO Nel sito sono disponibili: materiali didattici integrativi; eventuali aggiornamenti dei contenuti del testo. Copyright Ulrico Hoepli Editore S.p.A Via Hoepli 5, Milano (Italy) tel fax [email protected] Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali

5 Indice Presentazione 6 Modulo 1 - Introduzione 7 U.D. 1 - Introduzione a Java e alla robotica Che cos è Java Che cos è la robotica Java Virtual Machine Che cos è la programmazione a oggetti Principi della programmazione a oggetti Java sull NXT Il firmware lejos 11 Esercizi 12 U.D. 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Editor semplice e compilazione manuale Installazione del Java Development Kit (JDK) Primo programma Java: Hello world Eclipse: installazione e configurazione Primo progetto Eclipse: Hello eclipse Installare lejos e aggiornare il firmware dell NXT Ripristino del firmware Lego originale Strumenti di lejos Compilazione manuale di un programma Java per NXT Primo programma Java per NXT: Hello NXT Plugin lejos per Eclipse Primo progetto Java su NXT con Eclipse: Hello NXT by Eclipse 27 Esercizi 30 U.D. 3 - Programmare in Java Struttura di base di un programma Java Variabili Tipi di dato semplici Conversioni tra tipi di dato: casting e promozione Array Operatori Istruzioni di controllo 51 Esercizi 60 Modulo 2 - Fondamenti di Java 63 U.D. 4 - Le classi Introduzione Parole chiave della OOP Definizione di una classe Creazione di una classe: il puntatore a un istanza Costruttori Polimorfismo Metodi di classe Classi annidate Modificatore di accesso static Parola chiave final Tipi semplici resi come classi Parola chiave istanceof 82 Esercizi 83 U.D. 5 - Ereditarietà Introduzione all ereditarietà Utilizzo di base dell ereditarietà Ordine d invocazione dei costruttori Creazione di una classe base per l autenticazione Utilizzo della parola chiave super Utilizzo della parola chiave final Classi astratte Estensione di classi standard 96 Esercizi 98 3

6 Indice U.D. 6 - Interfacce Introduzione Definizione e implementazione di un interfaccia Estensione delle interfacce 103 Esercizi 104 U.D. 7 - Package Introduzione Utilizzo delle classi contenute nei package Creazione di un package in Eclipse Creazione di un archivio JAR Inclusione di un archivio JAR in un progetto Creazione di file JAR avviabili 110 Esercizi 111 U.D. 8 - Eccezioni Introduzione Costrutto try-catch Blocco Parola chiave throw Definizione di classi di eccezione personalizzate Parola chiave throws Eccezioni concatenate 119 Esercizi 120 U.D. 9 - Thread Introduzione Implementazione dei thread in Java Estensione della classe Thread Implementazione dell interfaccia Runnable Priorità dei thread Stato di esecuzione dei thread Sincronizzazione dei thread Comunicazione fra thread Sospensione, ripresa e termine di un thread Parola chiave volatile 133 Esercizi 134 U.D Operazioni di I/O (Input/Output) Introduzione Flussi Accesso al filesystem: la classe File Lettura e scrittura di file: gli stream Scrittura su file: le classi FileWriter e BufferedWriter Lettura di file: le classi FileReader e BufferedReader Operazioni di I/O generiche 142 Esercizi 144 U.D Cenni di programmazione avanzata Gestione avanzata delle stringhe Strutture di dati Pattern Singleton Programmazione in rete Applicazioni con interfaccia grafica Utilizzo di archivi complessi di tipo zip Serializzazione delle classi 151 Esercizi 152 Modulo 3 - Programmare l NXT in Java 153 U.D Programmazione di un robot Lego NXT Introduzione Progetto Eclipse di base Documentazione 157 Esercizi 158 U.D Gestione dei motori Introduzione Controllo basilare dei motori Utilizzo del contagiri Regolazione automatica della velocità Controllo dello stato del motore Esempio pratico: replica dei movimenti di un motore 165 Esercizi 166 U.D Utilizzo sincrono di due motori Introduzione Classe TachoPilot Classe SimpleNavigator Impiego della bussola 173 Esercizi 175 4

7 Indice U.D Utilizzo delle periferiche in dotazione all NXT Pulsanti di controllo Caratteristiche del display grafico LCD Emissione di suoni Stato di carica della batteria Sensori 183 Esercizi 188 U.D Gestione degli eventi Introduzione Interfaccia ButtonListener Interfaccia SensorPortListener Utilizzo congiunto delle classi ButtonListener e SensorPortListener 192 Esercizi 194 U.D Thread nella programmazione dell NXT Introduzione Primo esempio di thread Priorità dei thread Stato di esecuzione dei thread Sincronizzazione dei thread Comunicazione fra thread Condivisione dei dati tramite il pattern Singleton 203 Esercizi 206 U.D Strutture di dati Classe ArrayList Classe BitSet Classe Vector Classi Queue e Stack Classe Hashtable Interfaccia Enumeration Interfacce Iterator e ListIterator 217 Esercizi 219 U.D Accesso al filesystem Classe File Lettura e scrittura di file: gli stream 223 Esercizi 228 U.D Le reti di computer e Internet Console remota Data logger 231 Esercizi 233 U.D Comunicazioni USB e Bluetooth Librerie e package Classi NXTConnection, USBConnection e BTConnection Classe USB Classe Bluetooth Sviluppo di applicazioni per PC che comunicano con l NXT Comunicazione USB tra NXT e PC Comunicazione su canale Bluetooth con telefoni cellulari Comunicazione su canale Bluetooth con dispositivi esterni generici 246 Esercizi 248 U.D Programmazione dei behaviour Concetto di behaviour Controllo dei behaviour: la classe Arbitrator Tipologie di behaviour Esempio di programmazione dei behaviour Particolarità del metodo takecontrol() 253 Esercizi 256 5

8 Presentazione Java è un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti, interpretato e indipendente dalla piattaforma. Progettato da Sun Microsystems, viene rilasciato sotto licenza GNU GPL ed è un linguaggio moderno, flessibile, estremamente portabile, strutturato in modo da essere adatto allo sviluppo di software per quasi ogni apparecchiatura elettronica programmabile: personal computer (indipendentemente dal sistema operativo che li gestisce), palmari, telefoni cellulari e ogni altro dispositivo dotato di microprocessore. Considerando l influenza che ha avuto il C++ nella progettazione di Java, sarà facile studiare questo linguaggio per chi già conosce il C++. Un altro vantaggio è che non sono richiesti investimenti per iniziare a programmare in Java, dato che in rete si trovano gratuitamente ambienti di sviluppo grafici (IDE), per piattaforme sia Linux sia Windows. Il Modulo 1 è introduttivo, e si propone di presentare Eclipse, che è l IDE maggiormente utilizzata dai programmatori per lavorare con Java, e le principali strutture che compongono un programma in Java. Il fatto che Java sia indipendente dalla piattaforma, grazie alla presenza della Java Virtual Machine, ne fa uno dei linguaggio di programmazione del futuro, adattabile a ogni apparecchiatura elettronica programmabile, tra cui i robot. Il Modulo 2 presenta e spiega tutte le principali nozioni necessarie a costruire e gestire un applicazione Java: in questa parte si è dato largo spazio al codice, che costituisce il punto di partenza per mostrare le possibilità offerte dal linguaggio Java ai programmatori. Esistono oggi in commercio diversi kit di robot, impiegati assai utilmente a scopi didattici. Gli stessi studenti possono progettare e realizzare con piccola spesa il loro robot e programmarlo. La possibilità di programmare alcuni robot in Java permette agli studenti di verificare immediatamente la propria comprensione delle strutture del linguaggio e la performance del robot. La parte di programmazione Java specifica per i robot occupa tutto il Modulo 3 del volume, e utilizza come riferimento didattico i robot costruiti con i Lego Mindstorms NXT. Questo tipo di robot didattico può essere programmato con il programma a icone fornito direttamente dalla Lego, chiamato NXT-G, ma Lego ha rilasciato il progetto sotto licenza Open Source, mettendo a disposizione della comunità tutte le specifiche software e hardware del robot: questo ha consentito alla comunità di programmatori Open Source interessata a questo progetto di creare nuovo software e di personalizzare l hardware dell NXT, che nel giro di poco tempo è così diventato uno strumento prezioso per le sperimentazioni in ambito robotico, di fatto un vero banco di prova per realizzare nuove idee in questo campo. La comunità lejos ( in particolare, ha sviluppato per NXT una Java Virtual Machine, da installare sul robot: in questo modo è possibile l esecuzione di programmi scritti in linguaggio Java sul robot. Gli esempi contenuti forniscono chiare indicazioni sulle caratteristiche sintattiche del linguaggio; per quanto riguarda le basi teoriche, sono stati messi in rilievo i fondamenti dei cinque argomenti di base per la programmazione: la rappresentazione dei dati, le strutture di controllo utilizzabili nella costruzione di un algoritmo, le principali strutture di dati offerte da Java, la conoscenza della programmazione orientata agli oggetti e della gestione dei file. Marco Avidano 6

9 Modulo 1 Introduzione Obiettivi Introdurre la terminologia di base della programmazione a oggetti e spiegare l importanza della JVM e di lejos Imparare a installare lejos ed Eclipse Acquisire i fondamenti di programmazione nel linguaggio Java & U.D. 1 Introduzione a Java e alla robotica U.D. 2 Predisposizione dell ambiente di sviluppo U.D. 3 Programmare in Java

10 1 Unità didattica Introduzione a Java e alla robotica 1.1 Che cos è Java Java è un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti, interpretato e indipendente dalla piattaforma. È stato creato dalla Sun Microsystems e, dalla fine del 2006, è rilasciato sotto licenza GNU GPL. Java è un linguaggio moderno, flessibile ed estremamente portabile, la cui struttura lo rende adatto allo sviluppo di software per quasi ogni apparecchiatura elettronica programmabile: personal computer (indipendentemente dal sistema operativo), palmari, telefoni cellulari, praticamente ogni dispositivo dotato di microprocessore. Considerando l influenza che ha avuto il linguaggio C++ nella progettazione del Java, ne risulta semplice lo studio da parte di programmatori esperti in altri linguaggi, mentre grazie alla sua universalità e alla grande disponibilità di documentazione risulta essere una delle migliori scelte per coloro che si accostano al mondo della programmazione per la prima volta. Inoltre non sono richiesti investimenti per iniziare a programmare in Java, in quanto in rete si trovano ambienti di sviluppo (IDE) gratuiti, per piattaforme sia Linux sia Windows. 1.2 Che cos è la robotica Lo scopo della robotica è studiare, progettare e realizzare macchine più o meno intelligenti e autonome, in grado di sostituire l uomo nell esecuzione di lavori complessi, pericolosi, o semplicemente noiosi e alienanti. Mentre i primi robot erano puramente meccanici, oggi alla parte meccanica che svolge fisicamente il lavoro è affiancato un software che, attraverso trasduttori, sensori e attuatori, comanda e controlla le parti meccaniche al fine di raggiungere lo scopo desiderato eseguendo una serie di passaggi preordinati. Con l evoluzione della scienza informatica e l aumento della potenza di calcolo e dell affidabilità dei microprocessori i software che controllano i robot diventano ogni giorno più complessi e sofisticati, rendendo nel contempo più affidabili e autonome le macchine. Essendo la maggior parte dei robot apparecchiature elettroniche dotate di microprocessore, se previsto dai progettisti la loro programmazione può avvenire anche in linguaggio Java. 1.3 Java Virtual Machine Ciò che può lasciare perplessi coloro che già conoscono la programmazione multipiattaforma è come sia possibile che un programma scritto in Java possa essere eseguito su ogni piattaforma allo stesso identico modo, senza la necessità di una compilazione dedicata. Ciò è reso possibile dalla natura del linguaggio Java: il risultato della compilazione di un programma scritto in Java, infatti, non è un vero e proprio programma eseguibile, ma un file scritto in un linguaggio intermedio tra il Java e il linguaggio macchina, detto bytecode. Il codice bytecode non verrà eseguito direttamente dal microprocessore, ma sarà interpretato da un software che ha lo scopo di tradurre il bytecode Java nel linguaggio macchina specifico per l architettura su cui il programma è in esecuzione. Tale software interprete è noto come Java Virtual Machine (JVM): è la JVM che rende pos- 8

11 Unità didattica 1 - Introduzione a Java e alla robotica sibile l esecuzione di uno stesso bytecode sia su apparecchiature apparentemente diverse, come un PC o un telefono cellulare, sia su dispositivi simili nel design ma diversi nel funzionamento, come possono essere un PC basato sul sistema operativo Linux e un PC Windows o Macintosh. A tale proposito sono state sviluppate Java Virtual Machine specifiche per ogni tipo di macchina in grado di eseguire programmi scritti in linguaggio Java: in questo modo il programmatore non dovrà preoccuparsi delle specifiche particolari del sistema su cui il software viene eseguito, ma potrà dedicarsi esclusivamente alle direttive Java, dato che sarà compito della JVM eseguire correttamente le chiamate di sistema. Il compito del programmatore risulta notevolmente agevolato, e il numero dei potenziali utilizzatori del software non risulta essere limitato dall architettura dei sistemi utilizzati. Va precisato che le JVM sviluppate per dispositivi come palmari e telefoni cellulari sono spesso versioni limitate e personalizzate di quelle più complete sviluppate per i PC. Questo è dovuto al fatto che l hardware è sostanzialmente diverso da quello dei PC e perciò porzioni della JVM non avrebbero ragione di esistere su dispositivi limitati; a ciò si deve aggiungere che tali dispositivi possono essere dotati di periferiche hardware non presenti sui PC, quindi possono richiedere funzionalità aggiuntive personalizzate. Come si vedrà più avanti, il cuore di Java, cioè i package contenenti le funzionalità di base del linguaggio, rimarrà invariato, mentre a seconda delle apparecchiature potranno essere aggiunte, escluse o modificate tutte le altre parti: dopo aver imparato i fondamenti della programmazione in Java, risulterà comunque molto semplice adattarsi alle specifiche delle apparecchiature da programmare. 1.4 Che cos è la programmazione a oggetti Come detto più sopra, Java è un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti. A differenza di linguaggi come il C++, in cui la programmazione a oggetti è opzionale, in Java ogni programma deve obbligatoriamente essere scritto seguendo le regole della OOP (Object Oriented Programming). Considerando ciò, è chiaro che i concetti base della programmazione a oggetti devono essere ben chiari, prima di iniziare a scrivere il primo programma. L elemento base della programmazione a oggetti è la classe: nel momento in cui una classe viene istanziata, diventa un oggetto. Per comprendere il significato di istanziazione di una classe occorre tenere ben presenti i concetti riportati di seguito. Una classe è un qualcosa di astratto, una sorta di definizione di qualcosa. Un oggetto è l elemento concreto su cui si può operare. La classe è come la ricetta, mentre la torta è una istanza della classe ricetta. A partire da una stessa ricetta si possono preparare più torte identiche, ma separate e indipendenti: analogamente, data la definizione di una classe possono essere istanziati più oggetti identici e indipendenti tra loro. L utilità fondamentale delle classi consiste nel consentire un alto livello di astrazione e di semplificazione delle difficoltà da superare: il problema che si deve risolvere con il programma può, grazie alla programmazione a oggetti, essere suddiviso in problemi di minore entità, rendendo l approccio alla soluzione più semplice e meno soggetto a errori di progettazione. Per poter istanziare una classe è necessario conoscere solo il modo in cui deve essere chiamata e quali risultati darà, senza dover tenere conto del modo in cui funziona (cioè del codice che ne costituisce lo sviluppo). Ecco un esempio per chiarire questo concetto: chiunque sia in possesso della patente sa guidare un auto, tuttavia saper guidare un auto non significa conoscere nel dettaglio il funzionamento di ogni sua parte. L auto è infatti dotata di interfacce (acceleratore, freno, frizione, volante, cambio ecc.) che consentono al conducente di utilizzarla: a chi guida è sufficiente sapere come far funzionare queste interfacce in modo da ottenere il risultato desiderato, ma chi guida non sa e non è tenuto a sapere i dettagli della meccanica dell automobile. Inoltre, indipendentemente dal modello o dalla marca dell auto, queste interfacce produrranno gli stessi identici risultati, sebbene siano realizzate in modi differenti dal punto di vista progettuale. 9

12 Modulo 1 - Introduzione Nella programmazione a oggetti i concetti descritti nell esempio precedente sono validi allo stesso identico modo: ogni classe ha una determinata funzione e mette a disposizione del programmatore i metodi che consentono di utilizzarla, ma i dettagli implementativi di come la classe elabora i dati per produrre il risultato possono anche non essere noti al programmatore che la utilizza. Questa caratteristica facilita lo sviluppo del software in team, in quanto consente agevolmente di suddividere lo sviluppo delle singole classi tra più squadre, ognuna con un determinato obiettivo da raggiungere: al termine, basterà includere le varie classi progettate nel software principale del programma. Un linguaggio, per essere definito orientato agli oggetti, deve implementare tre meccanismi: l incapsulamento, l ereditarietà e il polimorfismo. 1.5 Principi della programmazione a oggetti I meccanismi che un linguaggio deve implementare per essere orientato agli oggetti sono, come detto in precedenza, tre: incapsulamento, ereditarietà e polimorfismo. L incapsulamento è il meccanismo su cui la classe basa la sua esistenza e robustezza. Attraverso l incapsulamento, ogni classe risulta essere rispetto al resto del codice un entità ben definita e distinta: i metodi e i dati al suo interno sono separati da quelli delle altre classi, quindi non possono subire interferenze né possono a loro volta interferire in parti esterne alla classe non di loro competenza. Tornando all esempio precedente dell auto, l incapsulamento garantisce che agendo su un interfaccia non si modifichi lo stato delle altre: per esempio, che accendendo la radio non si azioni il tergicristallo o l aria condizionata. Dati e metodi di una classe possono avere diversi livelli di accessibilità: potranno essere privati, protetti o pubblici, consentendo una loro minore o maggiore protezione dall interazione con il resto del programma. Il significato preciso di questi concetti verrà trattato successivamente. L ereditarietà permette a una classe di acquisire le proprietà di un altra classe. In questo modo è possibile creare classi con una gerarchia ben precisa e sviluppare agevolmente codice riutilizzabile. L utilità dell ereditarietà è data dal fatto che diverse entità possono essere raggruppate in base alle loro caratteristiche simili, avendo alcune proprietà identiche. Attraverso l ereditarietà è possibile creare una classe superiore che descrive le proprietà comuni a più oggetti simili, mentre le proprietà diverse saranno definite in sottoclassi derivate da questa classe superiore. Un esempio: Cane, Gatto e Coniglio possono essere tre classi che descrivono il comportamento dell animale corrispondente al loro nome. Ognuna di queste classi avrà in comune diverse parti, in quanto ognuno di questi animali sviluppa comportamenti simili in risposta a determinate situazioni. Metodi e dati in comune possono essere integrati in una classe superiore chiamata, per esempio, Animale: le classi Cane, Gatto e Coniglio, tramite il meccanismo dell ereditarietà, acquisiranno tali proprietà e non sarà necessario riscriverne il codice, quindi sarà sufficiente scrivere il codice delle proprietà che le differenzia. Ognuna di queste classi potrà a sua volta essere ereditata da altre sottoclassi, che specificheranno ulteriori differenze: per esempio la classe Gatto potrà essere ereditata dalle sottoclassi Siamese e Certosino, che acquisiranno tutte le proprietà definite nelle classi Animale e Gatto e definiranno quindi le differenze tra due specie di animali di tipo gatto. Infine: Il polimorfismo è quella proprietà che consente di riscrivere uno stesso metodo in modo che possa lavorare con dati di tipo diverso. Al momento non si hanno ancora elementi sufficienti per poter capire con chiarezza il significato e l utilità di questa proprietà, quindi se ne rimanda la trattazione più avanti nel testo. 10

13 Unità didattica 1 - Introduzione a Java e alla robotica 1.6 Java sull NXT Il robot Lego Mindstorms NXT è nato per essere programmato con il software di programmazione visuale, fornito direttamente dalla Lego, chiamato NXT-G. Lego tuttavia ha rilasciato il progetto sotto licenza Open Source, mettendo a disposizione della comunità informatica tutte le specifiche software e hardware del robot. In questo modo, ognuno può creare software e hardware personalizzati per l NXT. La comunità lejos (lego Java Operating System, ha sviluppato per l NXT una Java Virtual Machine, da installare sul robot: in questo modo si è resa possibile l esecuzione sul robot di programmi scritti in linguaggio Java. Rispetto a una JVM per PC, quella per l NXT può essere considerata una Virtual Machine ristretta : ciò significa che non tutte le funzioni disponibili su PC saranno attive sul robot, ma solo una parte di esse. Ciò, d altra parte, è ben comprensibile: a nulla servirebbero le classi per la gestione del monitor, del mouse o della stampante. Inoltre, le capacità di calcolo e le risorse hardware (memoria, periferiche ecc.) dell NXT sono decisamente ridotte rispetto a quelle di un PC: la JVM per PC non avrebbe neppure modo di funzionare sul robot NXT. La sintassi e la logica di programmazione rimangono invece invariate: un programma scritto per l NXT è a tutti gli effetti un programma Java. 1.7 Il firmware lejos La Java Virtual Machine per l NXT risiede nel firmware del robot. Il firmware è il software che lavora a diretto contatto con l hardware del robot e ne consente il funzionamento. La comunità lejos ha sviluppato un firmware alternativo rispetto a quello fornito da Lego, in grado di eseguire programmi scritti in Java e tramite i quali si possono comandare i motori e i sensori del robot. Il firmware deve essere installato al posto di quello originale: una volta eseguita questa operazione i programmi sviluppati con il software originale Lego NXT-G non saranno più funzionanti sul robot, ma potranno essere eseguiti solo programmi scritti in Java. Per riportare il robot alla configurazione originale occorrerà ripristinare il firmware originale Lego. La procedura da seguire per aggiornare il firmware del robot sarà spiegata nella prossima Unità didattica. 11

14 Modulo 1 - Introduzione Esercizi di applicazione Unità didattica 1 Descrivere le caratteristiche principali di Java e della Virtual Machine. Spiegare che cosa si intende per programmazione a oggetti. Illustrare i principi della programmazione a oggetti. Spiegare come utilizzare Java per programmare il robot Lego NXT. Stabilire se le seguenti affermazioni sul linguaggio Java sono vere o false. È un linguaggio di programmazione orientato agli oggetti... Può essere utilizzato per sviluppare software esclusivamente per PC con sistema operativo Windows... È rilasciato sotto licenza GNU GPL... Quando è stato sviluppato non ha subito influenze da parte di altri linguaggi di programmazione... Stabilire se le seguenti affermazioni sulla robotica sono vere o false. Ha come unico obiettivo la creazione di robot antropomorfi... Si occupa esclusivamente di apparecchiature dotate di microprocessore... Ha come obiettivo sollevare l uomo dai lavori degradanti... Stabilire se le seguenti affermazioni sulla Java Virtual Machine sono vere o false. È identica per ogni dispositivo su cui possono essere eseguiti programmi Java... Ha il compito di tradurre il bytecode in linguaggio macchina... Implementa sempre le funzioni di gestione del mouse... Descrivere la differenza tra classe e oggetto. Spuntare i meccanismi propri della programmazione a oggetti: espandibilità ereditarietà polimorfismo interfacciamento incapsulamento sequenzialità Stabilire se le seguenti affermazioni sulla programmazione a oggetti in Java sono vere o false. È opzionale... È implementata in modo identico al C++... Semplifica lo sviluppo di codice in team... Illustrare i concetti di ereditarietà e polimorfismo: Il firmware è

15 2 Unità didattica Predisposizione dell ambiente di sviluppo 2.1 Editor semplice e compilazione manuale Per sviluppare un programma in Java è necessario aver installato sul proprio PC il Java Development Kit (JDK), scaricabile gratuitamente dal sito I sorgenti dei programmi possono essere scritti con un qualunque editor di testo, per esempio con Blocco note di Windows, oppure vi, pico o emacs che, nati per i sistemi Unix e Linux, sono oggi supportati anche da Windows. La modalità di sviluppo testuale, pur essendo sempre valida, viene ormai usata molto raramente e per piccolissimi progetti: infatti, programmando in questo modo occorre digitare manualmente tutte le operazioni da eseguire, mentre utilizzando un ambiente di sviluppo integrato (come Eclipse o Net- Beans) gran parte delle operazioni relative alla compilazione e alla gestione del progetto sono automatizzate (senza contare le agevolazioni introdotte dall utilizzo di un editor avanzato e dedicato alla scrittura di codice Java, come il controllo della sintassi e l autocompletamento dei nomi delle classi e dei metodi). L utilizzo degli editor visuali rende la scrittura di codice Java molto più rapida e semplificata, pur lasciando al programmatore il completo controllo sull intero progetto. Tuttavia, per poter capire fino in fondo come funzionano le cose e avere la consapevolezza di quello che si sta facendo, è opportuno avere una minima conoscenza di quello che avviene nel momento in cui si preme il pulsante che avvia la compilazione dei sorgenti. Come abbiamo detto, per compilare manualmente i programmi è necessario installare sul proprio PC il JDK, scaricandolo dal sito Utilizzando l ambiente di sviluppo Eclipse ciò non sarà necessario, non perché superfluo ma in quanto il JDK è già compreso nell installazione di Eclipse. Nel caso in cui non si intenda sviluppare codice compilandolo manualmente, si potrà saltare il testo che segue, passando direttamente al paragrafo 2.4 relativo all installazione dell ambiente di sviluppo Eclipse sul proprio sistema operativo (sia esso Windows o Linux). 2.2 Installazione del Java Development Kit (JDK) Il Java Development Kit può essere scaricato dal sito aprendo la sezione Downloads in alto e selezionando la voce di menu See All. 13

16 Modulo 1 - Introduzione Tra l elenco dei software disponibili occorre espandere il nodo denominato Java SE e selezionare la voce Java SE (JDK) 6. Nella schermata che appare occorre individuare il software da scaricare, che nel nostro caso è quello dell ultima versione del JDK (JDK 6 Update 16, nel riquadro Java SE Development Kit (JDK)), e si deve fare clic sul pulsante Download a destra. Si accede alla pagina di selezione del sistema operativo e, dopo aver spuntato la casella per l accettazione della licenza GNU, si potrà iniziare lo scaricamento del file. Al termine del download si dovrà installare il pacchetto: a seconda del sistema operativo le operazioni da compiere (differenti) sono riportate di seguito. Su un sistema Windows occorre fare doppio clic sul file eseguibile scaricato, per avviare il processo: in pochi passi sarà completata l installazione, al termine della quale è consigliabile riavviare il PC. In ambiente Linux esistono diverse modalità, a seconda della distribuzione utilizzata. In alcuni casi sono disponibili sistemi di gestione dei pacchetti: per esempio, su Debian è possibile digitare dalla console a linea di comando quanto segue: user@localhost:~$ apt-cache search jdk [lista dei pacchetti] user@localhost:~$ apt-get install sun-java6-jdk 14

17 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Il primo comando eseguirà una ricerca nel database dei pacchetti disponibili e, dopo aver identificato il pacchetto corretto, con il comando successivo se ne potrà effettuare l installazione. Nell esempio precedente il nome sun-java6-jdk è puramente indicativo. Su Ubuntu è invece possibile selezionare il pacchetto dal gestore grafico dell installazione (accessibile dalla voce di menu Sistema/amministrazione/Gestore di Pacchetti). Eseguendo una ricerca tra i pacchetti presenti sotto la voce jdk si potrà identificare quello corretto e quindi installarlo. Il processo sarà completamente automatico. A ogni modo sarà sempre possibile eseguire l installazione manualmente, scaricando il pacchetto dal sito ed eseguendo il file: anche in questo caso in pochi semplici passaggi l installazione sarà completata. Ora che sul PC è installato il JDK si può passare a proporre il primo esempio di programma Java. Negli esempi successivi, alcuni comandi dovranno essere impartiti da shell (o prompt dei comandi, come viene definito su Windows). Per aprire una finestra di shell su Linux Ubuntu occorre selezionare la voce di menu Applicazioni/Accessori/Terminale. In generale il cosiddetto emulatore del prompt dei comandi viene solitamente chiamato Terminale, Shell, Console, Xterm, quindi si potrà cercare uno di questi termini nel menu proprio della distribuzione di Linux utilizzata. Su Windows si deve selezionare la voce di menu Start/Programmi/Accessori/Prompt dei comandi. 2.3 Primo programma Java: Hello world In questo primo esempio di programma Java incontreremo concetti ancora non trattati: l esecuzione di questo semplice programma è tuttavia necessaria per verificare il corretto funzionamento dell ambiente di sviluppo e per avere un punto di partenza su cui lavorare successivamente. Apriamo un editor di testo e scriviamo il seguente codice: class Test1 { public static void main(string[] args) { System.out.println( Hello world! ); } } Il metodo main() Il metodo main()è il punto di ingresso di ogni programma Java. Quando un programma viene lanciato tramite il comando java, la JVM cerca il metodo main() nella classe principale (che è quella specificata come argomento del comando java): ogni programma Java dovrà quindi contenere obbligatoriamente un metodo main(). La definizione di tale metodo sarà oltretutto fissa e sempre identica: public static void main(string[] args) { //codice } All interno del metodo main() si troverà scritto il codice del programma. Salviamo il testo in un file chiamato Test1.java. Come si può notare, il nome della classe e quello del file in cui è contenuta è identico: questa è una convenzione che è bene mantenere sempre, onde evitare confusione. Infatti, la compilazione del codice precedente produce un file denominato Test1.class: Test1 è derivato dal nome della classe indicata nel codice. In questo modo si avrà sempre la corrispondenza tra il file della classe compilata e il file contenente il codice sorgente. È bene anche mantenere la corrispondenza tra lettere maiuscole e minuscole, in quanto Java fa differenza tra di esse (si dice che Java è un linguaggio case sensitive ). 15

18 Modulo 1 - Introduzione Dopo aver salvato il file è possibile compilarlo, seguendo modalità diverse a seconda del sistema operativo. Di seguito sono riportate alcune procedure di compilazione. In Windows si deve aprire il Prompt dei comandi (solitamente accessibile selezionando la voce di menu Start/Accessori/Prompt dei comandi) e digitare quanto indicato di seguito. C:\> javac Test1.java In ambiente Linux si apre una shell e si digita quanto segue. user@localhost:~$ javac Test1.java In entrambi i casi il risultato è la creazione di un file chiamato Test1.class, che contiene il bytecode Java eseguibile dalla Java Virtual Machine. Il prodotto della compilazione è un file (o più file, se sono presenti più classi nel progetto) avente estensione.class. L esecuzione di tali file può avvenire su qualunque sistema operativo, indipendentemente da quello usato per la generazione: ciò significa che un file compilato su Windows potrà essere eseguito su Linux e viceversa. Se il comando di compilazione produce un errore si dovrà controllare di avere scritto correttamente il codice del file sorgente. Se l errore rilevato indica che il comando o il file javac non è stato trovato, questo significa che l installazione del JDK non è avvenuta correttamente: occorrerà quindi tornare al paragrafo precedente e accertare che l esecuzione di ogni passo della procedura di installazione sia avvenuta correttamente. Se la compilazione è andata a buon fine si può eseguire il programma. Sempre dalla linea di comando digitiamo quanto riportato di seguito. Per il sistema operativo Windows: C:\> java Test1 Hello world! C:\> Per Linux: user@localhost:~$ java Test1 Hello world! user@localhost:~$ Il risultato dell esecuzione è la stampa a video della stringa Hello world!. Se eseguendo i comandi java e javac si ottiene un messaggio di errore di tipo file non trovato, è probabile che il percorso del file eseguibile non sia inserito nella variabile di ambiente PATH. In questo caso si può procedere in 3 differenti modi: eseguendo il comando dalla directory bin in cui è stato installato il JDK, specificando il percorso completo del comando, oppure inserendo il percorso della directory bin nella variabile di ambiente PATH. Impostazione delle variabili d ambiente L impostazione delle variabili d ambiente è un operazione specifica differente per ogni sistema operativo. Le variabili di ambiente Linux possono essere impostate in uno dei file /etc/profile, /etc/environment o (preferibilmente) ~/.bashrc (il carattere ~ indica la directory home dell utente), utilizzando un qualsiasi editor di testo. La variabile da creare/modificare dovrà essere specificata utilizzando la seguente sintassi: PATH=/percorso_della_directory:$PATH 16

19 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Nell esempio la variabile d ambiente da modificare è stata chiamata PATH: in ogni caso, i nomi delle variabili d ambiente sono convenzionalmente scritti in maiuscolo. Nel caso di variabili come PATH è possibile specificare più valori, separandoli con il carattere : (due punti). La specifica :$PATH fa in modo che il contenuto della variabile non venga sovrascritto dalla corrente modifica, ma che il nuovo percorso venga aggiunto a eventuali percorsi già specificati. Su Windows, per accedere alla gestione delle variabili d ambiente si deve selezionare la voce proprietà nel menu contestuale che appare facendo clic con il tasto destro del mouse su Risorse del computer. Nella finestra che si apre si deve selezionare la scheda Avanzate e qui fare clic sul pulsante Variabili d ambiente. A questo punto vengono visualizzate tutte le variabili d ambiente, e sarà possibile aggiungerne di nuove o modificare quelle già registrate. Passiamo ora ai dettagli dell installazione e della configurazione dell ambiente di sviluppo Eclipse. 2.4 Eclipse: installazione e configurazione Nei paragrafi che seguono si illustrano le procedure da seguire per installare Eclipse, che sono leggermente differenti in base al tipo di macchina che si utilizza Eclipse su Windows Eclipse per Windows può essere scaricato dal sito nella sezione Downloads. Dall elenco dei package disponibili si dovrà fare clic sul link Eclipse IDE for Java Developers : la versione per Windows prevede lo scaricamento di un file compresso in formato.zip. Terminato il download, basterà scompattare il file: non è richiesta una vera e propria installazione tradizionale dell applicazione, poiché per utilizzare il programma sarà sufficiente fare doppio clic sul file eclipse.exe contenuto nella directory. Sarà possibile creare manualmente un collegamento all applicazione sul Desktop o nel menu Start, a seconda delle esigenze personali Eclipse su Linux L installazione di Eclipse su Linux può avvenire manualmente o utilizzando il gestore dell installazione specifico della distribuzione utilizzata. Per eseguire l installazione manuale si deve scaricare dalla sezione Downloads del sito la versione per Linux del file Eclipse IDE for Java Developers. Si otterrà un file compresso in formato.tar.gz, scompattato il quale il programma è già utilizzabile: per avviare l IDE di Eclipse sarà sufficiente eseguire il file eclipse o fare doppio clic sulla sua icona. L installazione tramite il gestore di pacchetti di Ubuntu è altrettanto semplice: si dovrà avviare il Gestore dei Pacchetti ed eseguire una ricerca tra i pacchetti disponibili per il nome eclipse : dopo aver identificato il pacchetto, selezionarlo per l installazione. Al termine del processo, nel menu delle applicazioni apparirà il link per avviare l ambiente di sviluppo Eclipse. 17

20 Modulo 1 - Introduzione Il workspace di Eclipse Al primo avvio di Eclipse verrà chiesto quale workspace utilizzare: il workspace altro non è che una sorta di directory principale in cui verranno create le singole directory dei vari progetti. È anche possibile creare più workspace: per passare da un workspace all altro si deve selezionare la voce di menu File/Switch Workspace, quindi indicare il workspace da attivare. Ogni volta che si crea un nuovo progetto viene creata una directory a esso dedicata all interno del workspace attivo, tuttavia è sempre possibile specificare una directory personalizzata esterna al workspace. 2.5 Primo progetto Eclipse: Hello eclipse Dopo aver installato Eclipse non vi saranno più differenze in base al sistema operativo, per quanto riguarda lo sviluppo di applicazioni Java o per l NXT, quindi la trattazione che segue sarà valida sia su Windows sia su Linux. L ultima differenza tra i sistemi operativi apparirà al momento del primo collegamento del robot al PC, ma di questo parleremo nel seguito della trattazione. Vediamo ora come creare un progetto Java su Eclipse. Dal menu File selezioniamo la voce New, quindi Java Project. Apparirà una finestra in cui si dovranno specificare alcune proprietà del nuovo progetto: per avviare un progetto standard è sufficiente specificarne il nome. Per questo esempio, nella casella Project name digiteremo TestEclipse, quindi faremo clic sul pulsante Finish. 18

21 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo In questo modo verrà creato il progetto: nella colonna di sinistra saranno visualizzati tutti i file facenti parte del progetto, le classi e i metodi definiti. Nella figura sono stati volutamente barrati i progetti non interessanti ai fini della nostra trattazione, lasciando bene in evidenza il progetto TestEclipse e le sue componenti. Il passo successivo sarà quello di creare la classe base. Facendo clic con il tasto destro del mouse sul progetto nella colonna di sinistra si aprirà un menu contestuale: selezioniamo la voce New, quindi la voce Class. Nella finestra che apparirà dovremo specificare il nome della classe, che chiameremo TestEclipse, e quindi spuntare la casella di scelta public static void main(string[] args), essendo questa classe quella di ingresso dell applicazione. Dopo il clic sul pulsante Finish verrà creata la classe e il relativo file: si aprirà quindi un editor contenente il codice di base della classe, già definito. 19

22 Modulo 1 - Introduzione A questo punto, all interno della funzione main() della classe TestEclipse inseriremo il seguente codice: System.out.println( Hello eclipse! ); Durante la digitazione dei comandi appare sempre una lista con l elenco delle classi e dei metodi del progetto, la quale si rivela spesso un ottimo ausilio per la stesura del codice, in termini sia di rapidità sia di correttezza. In automatico viene anche eseguito un controllo della sintassi, in modo da segnalare gli errori formali nel codice e rendere più rapido lo sviluppo delle applicazioni. Dopo aver inserito il codice sopra indicato si può salvare il file e passare alla sua compilazione ed esecuzione: per eseguire entrambe queste operazioni basta fare clic sul pulsante Run della barra degli strumenti standard, identificato da una freccia bianca in un cerchio verde. È anche possibile scegliere la voce Run dal menu Run, oppure premere la combinazione di tasti Ctrl+F11. Qualora si voglia solamente compilare il programma senza eseguirlo occorre scegliere la voce di menu Project/Build All, oppure fare clic sull icona identificata da un foglio con dei numeri, oppure premere la combinazione di tasti Ctrl+B. Nei prossimi esempi sarà utilizzata sia la compilazione ed esecuzione immediata, sia la sola compilazione, che ci consentirà di eseguire il programma manualmente in un secondo tempo. L esecuzione manuale del programma deve avvenire dal Prompt dei comandi (se si lavora in ambiente Windows) o da shell (su Linux). In entrambi i casi ci si dovrà posizionare all interno della directory contenente il file compilato.class: di default questa directory è denominata bin e si trova all interno della directory del progetto Eclipse. Nei prossimi esempi tutti i comandi verranno riportati come impartiti dalla posizione C:\> o user@localhost:~$: si ricordi che ciò è solo a scopo di esempio, e che i comandi vanno sempre eseguiti dalla posizione corretta. Se non sono stati commessi errori, l applicazione verrà compilata al volo e avviata: nella finestra Console (in basso, nell IDE di Eclipse) apparirà l output, ovvero la scritta Hello eclipse!. 20

23 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Come si è visto, la stesura di codice in un ambiente di sviluppo come Eclipse è molto semplice, in quanto tutta la gestione dei file sorgenti viene delegata all applicazione ed è possibile concentrarsi totalmente sullo sviluppo del progetto. 2.6 Installare lejos e aggiornare il firmware dell NXT Prima di scrivere il primo programma per NXT in Java, occorre installare sul PC lejos e predisporre il robot all esecuzione di programmi Java aggiornandone il firmware. Per fare ciò si dovranno seguire due procedure diverse a seconda del sistema operativo installato sul PC: il risultato sarà lo stesso, ovvero NXT pronto per eseguire programmi scritti in Java. Per procedere con l aggiornamento del firmware dell NXT, occorre portarlo nella modalità di firmware update. A tal fine si deve tenere premuto per più di 4 secondi il pulsante di reset (l NXT deve essere acceso): il pulsante di reset si trova nel retro dell NXT, al fondo del primo buco in alto a sinistra. Quando l NXT entra in modalità di aggiornamento del firmware comincia a emettere una serie di tic, che cesseranno quando la procedura di aggiornamento sarà completata Installazione di lejos su Windows La prima operazione da compiere è l installazione sul PC dei driver USB dell NXT: questa operazione è necessaria solo qualora non sia stato installato in precedenza sul PC il software originale Lego, nel qual caso tali driver saranno già presenti. È comunque consigliabile verificare l esistenza di aggiornamenti di tali driver e, se disponibili, installarli. I driver USB sono disponibili sul sito ufficiale Lego, all indirizzo Nella pagina web riportata sopra sono presenti diversi file da scaricare: quello utile al nostro caso sarà alla voce MINDSTORMS NXT Driver v n.nn, dove n.nn sarà la versione del software. Il file fornito è in formato.zip, quindi prima di procedere all installazione del software sarà necessario scompattarlo; successivamente, facendo doppio clic sul file setup.exe, si potrà procedere con l installazione. Terminato il processo sarà necessario riavviare il PC. 21

24 Modulo 1 - Introduzione Il passo successivo è l installazione di lejos. Tutta la documentazione e il software del progetto lejos si trovano all indirizzo Alla pagina sono disponibili i file da scaricare: è consigliabile scegliere la versione più recente per Windows e salvarla sul PC. Facendo doppio clic sul file salvato si avvierà l installazione. Dopo aver selezionato le directory di destinazione dei file, verrà automaticamente avviata la procedura di aggiornamento del firmware dell NXT: a questo punto si deve collegare l NXT al PC, mediante un cavo USB. Quando Windows avrà completato il riconoscimento della nuova periferica collegata, premere sul pulsante Start program per avviare la procedura, quindi rispondere OK al messaggio Click OK when your NXT is turned on and connected. A questo punto viene richiesto se cancellare tutti i file presenti sull NXT. Tali file sono quelli dei programmi eventualmente sviluppati in precedenza e salvati nella memoria: la loro presenza occupa spazio inutilmente, dato che dopo aver aggiornato il firmware si potranno eseguire solamente programmi scritti in Java; è quindi opportuna la loro cancellazione, così liberando spazio prezioso nella memoria dell NXT. A questo punto inizierà l aggiornamento del firmware, che richiederà alcuni secondi, dopo di che l NXT verrà riavviato. Al riavvio si noterà che sul display il logo di Lego è stato sostituito da quello di lejos: a questo punto l NXT è pronto per l esecuzione di programmi Java Installazione di lejos su Linux L installazione di lejos su Linux è un po più laboriosa rispetto a quella in Windows, e richiede alcuni passaggi manuali per essere completata. Prima di tutto è necessario verificare se sul sistema sono installati i pacchetti libusb-dev, libbluetooth-dev e ant. Tramite il Gestore dei Pacchetti Synaptic, già utilizzato in precedenza, sarà possibile compiere questo passo con semplicità. Dopo aver verificato la presenza dei pacchetti richiesti (ed eventualmente averli installati), è necessario consentire l accesso al dispositivo USB anche da parte di utenti diversi da root: per fare questo, con un editor di testo (come vi o pico) si dovrà creare il file /etc/udev/rules.d/70-lego.rules, il cui contenuto deve essere quello riportato di seguito. # Lego NXT BUS== usb, SYSFS{idVendor}== 03eb, GROUP= lego, MODE= 0666 BUS== usb, SYSFS{idVendor}== 0694, GROUP= lego, MODE= 0666 Per creare il file /etc/udev/rules.d/70-lego.rules sono necessari i permessi di root, in quanto la directory /etc/udev/rules.d è di proprietà di root e solo questo utente può creare file al suo interno. Da shell, entriamo nella directory /etc/udev/rules.d e, tramite il comando sudo, creiamo il file con un editor di testo. Le righe che seguono mostrano quanto risulta nella shell. user@localhost:~$ cd /etc/udev/rules.d user@localhost:rules.d$ sudo pico 70-lego.rules Il comando richiederà l inserimento della password dell utente root. In alternativa al comando sudo è possibile qualificarsi come superutente con il comando su, e quindi creare il file. Con la creazione di questo file si consente a ogni utente di accedere all NXT collegato al PC mediante la porta USB. Ora si può scaricare lejos per Linux, dalla pagina dopo aver scaricato l archivio con la versione più recente del software, se ne dovranno estrarre i file utilizzando il comando tar o un gestore di archivi grafico. Completata questa operazione, si ottiene una directory chiamata lejos_nxj contenente tutti i file di lejos. 22

25 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Si dovranno impostare le seguenti variabili di ambiente: NXJ_HOME: questa variabile deve puntare al percorso completo della directory lejos_nxj; PATH: a questa variabile si deve aggiungere il percorso completo della directory lejos_nxj/bin, per poter eseguire i file al suo interno senza dover specificare ogni volta il percorso completo. L ultimo passo è la compilazione del pacchetto lejos: da console, ci si deve posizionare nella directory lejos_nxj/build e lanciare il comando ant. Durante la compilazione viene verificata la presenza sul sistema dei pacchetti da cui lejos dipende e, se non saranno trovati, verrà riportato all utente un messaggio di errore: non sarà possibile terminare l installazione di lejos senza l installazione di tali pacchetti (attraverso il Gestore dei Pacchetti Synaptic come precedentemente indicato). Ultimata la compilazione senza errori, l installazione di lejos sarà conclusa, e si potrà passare all aggiornamento del firmware. Per aggiornare il firmware del robot, si dovrà eseguire da console il comando nxjflash. L operazione richiederà alcuni secondi: quando sarà terminata, si potranno caricare sull NXT programmi scritti in Java Il nuovo menu dell NXT dopo l aggiornamento del firmware Aggiornando il firmware dell NXT, il menu della Lego sarà sostituito da quello di lejos. Il menu lejos è composto dalle seguenti voci: Run Default: avvia il programma di default; Files: visualizza i file presenti nella memoria dell NXT, consentendo di eseguirli, impostarli come default o cancellarli; Bluetooth: attiva o disattiva il Bluetooth, cerca, elenca o elimina i dispositivi associati, imposta la visibilità dell NXT; Sound: imposta il volume dei suoni; System: visualizza lo stato di memoria e batteria, consente di cancellare tutta la memoria, impostare il tempo di autospegnimento e l avvio automatico del programma di default all accensione (se attivo, per disabilitarlo occorre tenere premuto il tasto freccia sinistra durante l accensione); Version: visualizza la versione del firmware lejos. Anche i quattro pulsanti avranno un uso differente: pulsante arancione: accensione, conferma della selezione, entrata nel menu; pulsanti freccia destra e sinistra: scorrimento del menu; pulsante rettangolare grigio scuro: uscita dal menu, spegnimento dell NXT. 2.7 Ripristino del firmware Lego originale Come si è detto, caricando il firmware lejos sull NXT non è più possibile eseguire i classici programmi scritti con il software originale fornito da Lego. Per poter fare ciò occorre caricare nuovamente il firmware Lego sull NXT. Per ripristinare il firmware Lego originale si deve avviare sul PC il programma originale di Lego, collegare l NXT alla porta USB e scegliere la voce di menu Strumenti/Aggiorna Firmware NXT: si apre una finestra che contiene i firmware disponibili. 23

26 Modulo 1 - Introduzione Dopo aver selezionato il firmware da installare si deve premere il pulsante Download e attendere alcuni istanti che l operazione sia conclusa: dopo aver fatto questo sarà possibile eseguire nuovamente i programmi scritti con il software Lego originale, ma non si potranno più eseguire programmi Java. 2.8 Strumenti di lejos lejos mette a disposizione diversi strumenti richiamabili dalla riga di comando, per la gestione del robot e dei programmi scritti in Java. Quello che segue è un elenco dei più comuni e utilizzati: nxjflash: aggiorna il firmware dell NXT; nxjc: compila i programmi Java per NXT; nxj: crea il file di estensione.nxj (operazione di linking), carica ed esegue i programmi sull NXT; equivale a eseguire uno di seguito all altro i comandi nxjlink e nxjupload; nxjlink: crea il file.nxj che può essere eseguito su NXT, effettuando il linking delle classi necessarie; nxjupload: carica ed esegue i programmi sull NXT; nxjbrowse: visualizza i file presenti nella memoria dell NXT; nxjmonitor: permette di monitorare lo stato di funzionamento dell NXT; nxjdataviewer: visualizza i dati raccolti con il Data logger. I comandi nxj, nxjupload e nxjbrowse possono essere usati sia con la connessione USB sia con il Bluetooth: se non diversamente specificato viene prima verificata la connessione USB e, se fallisce, si passa alla connessione Bluetooth. Per forzare l una o l altra modalità di collegamento è possibile usare l opzione usb (o -u) per la connessione USB, oppure bluetooth (o -b) per il Bluetooth. Nel caso in cui siano collegati al PC più NXT è possibile specificare quale utilizzare tramite l opzione name (o -n) seguita dal nome dell NXT. Per esempio, digitando nxj name NXT1 TestNXT si specifica di eseguire il programma TestNXT usando come destinatario un NXT chiamato NXT1: se non viene indicato alcun nome il comando viene eseguito sul primo NXT che risponde all istanza di collegamento. Allo stesso modo è possibile selezionare un NXT tramite il suo indirizzo con l opzione -address (o -d). L indirizzo di un NXT è composto da 12 cifre: nel caso dei collegamenti Bluetooth specificare l indirizzo dell NXT rende le operazioni molto più rapide, in quanto viene evitata una scansione completa dei dispositivi disponibili. Il comando nxjbrowse è molto utile per la gestione dell NXT e della sua memoria: tramite questo strumento è possibile caricare o cancellare file dalla memoria, ottenere informazioni sui file, deframmentare la memoria e impostare il nome dell NXT (quello utilizzabile con l opzione name citata prima). Lo strumento nxjmonitor serve per visualizzare graficamente i valori riportati dai sensori, leggerne la posizione, visualizzare lo stato di carica della batteria e i messaggi di tracing inviati utilizzando il metodo LCP.messageWrite()della classe LCPBTResponder. Il comando nxjdataviewer pu essere utilizzato per la visualizzazione dei dati raccolti dalla classe Datalogger. Nelle directory projects/samples e projects/pcsamples sono presenti numerosi esempi utili per chiarire i dettagli della programmazione in Java dell NXT. 2.9 Compilazione manuale di un programma Java per NXT Come per i programmi Java normali, anche per i programmi scritti per NXT è possibile procedere in modo completamente manuale. Come vedremo più avanti, quando l ambiente di sviluppo sarà approntato l intervento manuale non sarà più necessario: tuttavia, conoscere queste procedure potrà tornare utile nel caso in cui si riscontrino problemi o malfunzionamenti. A ogni modo, è sempre bene conoscere i passaggi che vengono effettuati da un programma automatico, in quanto rende consapevoli di quanto realmente accade quando si fa clic su un pulsante di una barra degli strumenti o si sceglie una voce di menu. 24

27 2.10 Primo programma Java per NXT: Hello NXT Il procedimento da seguire per creare un programma Java per NXT è identico a quello descritto in precedenza per un qualsiasi programma Java. Creiamo il file TestNXT.java con un editor di testo qualsiasi, scrivendo al suo interno il codice riportato nelle righe che seguono. import lejos.nxt.button; public class TestNXT { public static void main(string[] args) { System.out.println( Hello NXT! ); Button.waitForPress(); } } Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Istruzione Button.waitForPress() A differenza dell esecuzione dei programmi su PC, l output dei quali rimane visibile nella console o nella shell, sull NXT al termine del programma il testo visualizzato sul display viene cancellato e appare nuovamente il menu di lejos. In tal modo non è possibile verificare agevolmente il corretto funzionamento del programma. Per ovviare a questo inconveniente, al termine di ogni programma per NXT viene aggiunta l istruzione Button.waitForPress(), il cui scopo è quello di bloccare l esecuzione del programma finché non viene premuto un qualsiasi pulsante dell NXT. In questo modo l output emesso dal codice rimarrà visualizzato sul display fino a quando non sarà premuto un pulsante, dopodiché il programma continuerà con l istruzione successiva (nel nostro caso terminerà). Per rendere accessibile il metodo Button.waitForPress() si deve includere nella classe il package lejos.nxt.button. Ciò avviene nella prima riga del sorgente tramite l istruzione: import lejos.nxt.button; Dopo averne salvato il contenuto si può passare alla compilazione e all upload sul robot: il comando da usare per la compilazione è nxjc, mentre per l upload sul robot il comando sarà nxj, come ben si vede nelle righe di shell riportate sotto. user@localhost:~$ nxjc TestNXT.java user@localhost:~$ nxj -r TestNXT lejos NXJ> Linking... lejos NXJ> Uploading... Found nxt name NXT address lejos NXJ> Upload successful in 753 milliseconds user@localhost:~$ Il comando nxjc TestNXT.java provvede alla compilazione del file sorgente TestNXT.java, creando il file TestNXT.class. Con il comando nxj TestNXT viene creato e caricato sul robot il file TestNXT.nxj, il cui formato è quello adatto all NXT. L opzione -r applicata al comando nxj fa sì che il programma inviato all NXT sia immediatamente eseguito: infatti si vedrà immediatamente apparire la scritta Hello NXT! sul display dell NXT. Premendo un pulsante qualsiasi dell NXT il programma terminerà e verrà nuovamente visualizzato sul display il menu iniziale. Tramite il menu Files dell NXT sarà possibile cercare il file TestNXT.nxj nella memoria e lanciarne manualmente l esecuzione. 25

28 Modulo 1 - Introduzione 2.11 Plugin lejos per Eclipse L utilizzo di Eclipse per la gestione dei progetti Java per NXT semplifica notevolmente il lavoro. Il progetto lejos mette a disposizione un plugin per Eclipse specifico per la gestione dei progetti per NXT. Utilizzando questo plugin lo sviluppo di programmi Java per NXT è ulteriormente agevolato e semplificato: appariranno infatti all interno di Eclipse dei menu dedicati alla gestione del firmware, alla compilazione e all upload dei programmi su NXT. L installazione del plugin è molto semplice: dopo aver avviato Eclipse, occorre selezionare la voce di menu Help/Install New Software... Apparirà la seguente finestra. Si deve quindi fare clic sul pulsante Add... e digitare nella casella di testo Location della finestra che appare l indirizzo L indirizzo esatto a cui scaricare il plugin è sempre indicato nella homepage del progetto lejos; quindi, nel caso in cui quello qui riportato non sia esatto, è necessario verificare che non sia stato modificato. Dopo aver aggiunto il sito tra le fonti dei plugin, sarà possibile procedere con l installazione del nuovo componente: nella casella di selezione Work with si dovrà selezionare nel menu a discesa la fonte appena inserita, quindi spuntare la casella di scelta lejos NXJ Eclipse features nell elenco degli elementi installabili. Se l elenco dovesse risultare vuoto si dovrà verificare che la casella Group items by category che si trova in fondo alla finestra non sia spuntata. Si dovrà quindi fare clic sul pulsante Next, accettare la licenza e quindi fare clic sul pulsante Finish per avviare l installazione, che richiederà alcuni minuti. Nel caso dovessero apparire messaggi durante il processo si dovrà sempre fare clic su OK. Completata l installazione del plugin si dovrà riavviare Eclipse: aprendo l interfaccia grafica si noterà subito la presenza del nuovo menu lejos NXJ. Prima di poter utilizzare gli strumenti messi a disposizione dal plugin se ne dovrà eseguire la configurazione. Tramite la voce di menu Window/Preference si accede al pannello di configurazione di Eclipse, in cui da una lista di sezioni sulla sinistra dovremo scegliere la voce lejos NXJ. 26

29 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Si dovrà quindi indicare se utilizzare una connessione USB o Bluetooth. Come si può vedere nella figura sopra, la casella Run program after download è spuntata e farà in modo che il programma venga eseguito automaticamente dall NXT subito dopo essere stato caricato: questa operazione va programmata solo se si vuole evitare di dover cercare nel menu Files il file caricato sul robot ed eseguirlo manualmente. La casella di spunta Verbose consente di visualizzare messaggi dettagliati riguardo le operazione svolte dagli strumenti di lejos. Infine, è possibile specificare il nome e/o l indirizzo dell NXT con cui si intende lavorare, spuntando la casella Connect to address: ciò è utile quando sono collegati più NXT al PC (e soprattutto quando si impiega la connessione Bluetooth e nella stessa stanza sono presenti più NXT con il Bluetooth attivato). Nella casella di testo NXJ_HOME si deve specificare il percorso in cui è stato installato lejos, facendo clic sul pulsante Browse... per cercare la directory. Appare la seguente finestra di ricerca riportata a lato Primo progetto Java su NXT con Eclipse: Hello NXT by Eclipse La prima fase della creazione di un progetto Eclipse per NXT è assolutamente identica alla creazione di un progetto Java standard, spiegata nel paragrafo 2.5: l unica differenza consiste nel nome del progetto, che chiameremo TestEclipseNXT. Dopo aver creato il progetto si deve fare clic su di esso con il tasto destro del mouse e scegliere dal menu contestuale che appare la voce lejos NXJ/Convert to lejos NXJ Project. 27

30 Modulo 1 - Introduzione Nella finestra Console dell IDE si potrà leggere il messaggio project TestEclipseNXT now is a lejos NXJ project : questo significa che da progetto Java standard TestEclipseNXT è stato convertito in progetto lejos. Creiamo ora la classe principale del progetto, che si chiamerà TestEclipseNXT, seguendo la procedura spiegata in precedenza: la classe verrà creata nel file TestEclipseNXT.java. All interno del metodo main()di questa classe si devono scrivere le due righe di codice indicate di seguito. System.out.println( Hello NXT by Eclipse! ); Button.waitForPress(); All inizio del file della classe dovremo inoltre specificare di importare il package lejos.nxt.button, necessario per la gestione dei pulsanti, inserendo il comando riportato sotto. import lejos.nxt.button; A questo punto il programma è pronto: non resta che compilarlo, inviarlo all NXT ed eseguirlo per verificare il corretto funzionamento dell ambiente di sviluppo. Per compilare il programma si può procedere in uno dei seguenti modi: selezionare la voce di menu Project/Build All; fare clic sull apposito pulsante della barra degli strumenti standard; utilizzare la combinazione di tasti Ctrl+B. La compilazione crea il file TestEclipseNXT.class, cui deve seguire la creazione del file TestEclipse- NXT.nxj e il suo upload sull NXT (che dovrà essere acceso e collegato al PC). Per creare il file di estensione.nxj, fare clic con il tasto destro del mouse sul file TestEclipseNXT.java e selezionare dal menu contestuale che appare la voce lejos NXJ/Upload Program to the NXT Brick. Nella finestra Console si vedrà l output generato dal comando nxj, che viene richiamato automaticamente da Eclipse. 28

31 Unità didattica 2 - Predisposizione dell ambiente di sviluppo Se ogni passaggio è stato eseguito correttamente, sul display dell NXT apparirà la scritta Hello NXT by Eclipse!. Ora l ambiente di sviluppo è pronto: tutti gli esempi riportati nel seguito della trattazione saranno basati sul progetto lejos visto ora come primo esempio. Il codice riportato di seguito dovrà essere scritto all interno del metodo main()della classe principale dei progetti (ove non diversamente specificato). import lejos.nxt.button; public class TestEclipseNXT { public static void main(string[] args) { //Codice } } Button.waitForPress(); Il codice base di un programma Java standard è riportato di seguito. class TestEclipse { public static void main(string[] args) { //Codice } } Tutti gli esempi, se non diversamente specificato, potranno essere eseguiti sia su PC come progetti Java standard sia su NXT: dipenderà da quale di questi due progetti verrà utilizzato come base per l inserimento del codice specifico di ogni singolo esempio. È doveroso a questo punto precisare che quanto detto in questa Unità didattica si riferisce alle seguenti versioni dei programmi coinvolti nella trattazione: Java SE Development Kit 6 Update 16 (JDK 6u16) Eclipse Galileo lejos 0.8.5beta 29

32 Modulo 1 - Introduzione Esercizi di applicazione Unità didattica 2 Descrivere il funzionamento dei comandi java e javac. Illustrare il significato del metodo main(). Creare manualmente un programma Java che visualizzi sul monitor del PC il nome dell utente. Creare con Eclipse un programma Java che visualizzi sul monitor del PC il nome dell utente. Creare manualmente un programma Java che visualizzi sul display dell NXT il nome dell utente. Creare con Eclipse un programma Java che visualizzi sul display dell NXT il nome dell utente. Stabilire se le seguenti affermazioni sullo sviluppo di programmi in Java sono vere o false. È sufficiente installare la Java Virtual Machine sul PC... Occorre installare il Java Development Kit (JDK) sul PC... Occorre pagare a Sun Microsystem i diritti per l'utilizzo dell ambiente di sviluppo... Si può utilizzare solo un PC con sistema operativo Windows... Stabilire se le seguenti affermazioni su un programma Java sono vere o false. Può essere avviato se definisce il metodo main()... Deve definire obbligatoriamente il metodo main()... Può definire opzionalmente il metodo main()nella forma public static void main(string args){ }... Può definire opzionalemente il metodo main()nella forma public static void main(string[] args){ }... Può definire opzionalemente il metodo main()nella forma public main(string[] args){ }... Il comando per compilare un programma Java è: java java_compile javac javabuild Eclipse: è un ambiente di sviluppo (IDE) e può essere usato per diversi linguaggi di programmazione, tra cui Java... agevola la stesura del codice, ma la compilazione dei programmi deve essere eseguita manualmente utilizzando il prompt dei comandi o una shell... è gratuito e può essere installato anche sui sistemi operativi Linux... è l unico ambiente di sviluppo utilizzabile per creare software Java... Il firware lejos: consente al robot NXT di eseguire programmi scritti in Java... può eseguire programmi sviluppati con il software originale Lego... quando installato, sostituisce il firmware originale del robot... dopo che è stato installato, non può più essere rimosso dal robot... Illustrare la funzione dei seguenti comandi lejos: nxjflash:... nxjc:... nxj:... nxjupload:... 30