# 第8章: 簡易インタプリタ

シェルの上で動く小さな言語処理系を作ります。

## サンプルコード

- ディレクトリ: `docs/os-on-arduino/code/08_interpreter`
- ビルドと書き込み:

```bash
uv run pio run -d 08_interpreter -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

コードを見る: [docs/os-on-arduino/code/08_interpreter](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/tree/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter)


## ソースコード

この章のスケッチです。ファイル名をクリックすると開きます。コードは原稿リポジトリから自動で同期されているので、ここに出ているものが常に最新です。

:::{dropdown} `src/main.cpp` — 53 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/main.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/main.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/interpreter.h` — 36 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/interpreter.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/interpreter.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/os_display.h` — 18 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/os_display.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/os_display.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/os_fault.h` — 46 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/os_fault.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/os_fault.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/os_kernel.h` — 75 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/os_kernel.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/os_kernel.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/servo_pwm.h` — 61 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/servo_pwm.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/servo_pwm.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/shell.h` — 23 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/include/shell.h)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/include/shell.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/interpreter.cpp` — 288 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/interpreter.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/interpreter.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/os_display.cpp` — 162 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/os_display.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/os_display.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/os_fault.cpp` — 170 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/os_fault.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/os_fault.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/os_kernel.cpp` — 241 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/os_kernel.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/os_kernel.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/shell.cpp` — 237 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/08_interpreter/src/shell.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/08_interpreter/src/shell.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::


## 実機での出力

Arduino UNO R4 WiFi の実機で実際に取得した出力です（macOS / Windows の
両方で同じ結果を確認しています）。手元の出力と見比べてください。

`run FORWARD 10` と `run PRINT hello` を送ったところです。

```{figure} ../_static/ch08_interpreter.gif
:name: fig-ch08-interpreter
:width: 100%

自作インタプリタにコマンドを打ち込んでいるところ。`PRINT` は
`[Print]`、`FORWARD` は `[Motor]` に届きます
```

```text
run FORWARD 10
[Interpreter] Loaded 1 lines

[Interpreter] Starting script...
[Motor] Forward 10 units
[Interpreter] Script completed: 1 commands executed
> run PRINT hello
[Interpreter] Loaded 1 lines

[Interpreter] Starting script...
[Print] hello
[Interpreter] Script completed: 1 commands executed
> 
```

### シミュレータで見る

実機が無くても、同じファームウェアを {doc}`シミュレータ <../getting-started/simulator>` で動かすとこう見えます。

```{figure} ../_static/sim_ch08_led.gif
:name: fig-ch08-sim
:width: 80%

`LED` タスクが L を 500ms ごとに反転させ続けるので、先に `kill 1` で止めてから、インタプリタで `run LED 13 1`（点灯）、`run LED 13 0`（消灯）を実行しています。`LED` タスクを止めないと、次の反転で上書きされます。（シミュレータで撮影）
```

## 改良版: `08_interpreter_v2`（書籍未掲載）

第8章の LED マトリクスの表示は第7章と同じもので、読み取りにくさも同じです
（{doc}`ch07` の「改良版」を参照）。そこで第7章の
[`07_led_matrix_v2`](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/tree/main/code/07_led_matrix_v2)
と同じ表示とシェルの `top` を入れた改良版を
[`code/08_interpreter_v2`](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/tree/main/code/08_interpreter_v2) に置きました。インタプリタとカーネルは本書と同じです。

書籍のリポジトリには入っていないので、このサイトのリポジトリから取ってきて
書き込みます（第7章の改良版で clone 済みなら、`build-your-own-arduino-rtos/code` で
書き込みの行だけで済みます）。

```bash
git clone https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos.git
cd build-your-own-arduino-rtos/code
uv sync
uv run pio run -d 08_interpreter_v2 -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

| 行 | 中身（どれも 12 個で 100%、0.5 秒ごとに更新） |
|---|---|
| 0–1 | CPU 全体の負荷（idle 以外） |
| 2 | 空き |
| 3–7 | LED / Shell / Display / Light / Heavy の CPU 使用率 |

第8章のタスク（LED・Shell・Display）はどれもほとんど CPU を使いません。LED タスクの
反転も、インタプリタの `FORWARD` / `TURN` / `DELAY` も `os_sleep()` で眠って待つので、
眠っている間 CPU はほかのタスクに回ります。棒が動くように、第7章の改良版と同じ
Light（CPU を 20 ms 使っては 60 ms 眠る）と Heavy（眠らずに計算し続ける）を、本書の
3 つのタスクの後ろに足しました。LED・Shell・Display のタスク番号は本書と同じなので、
`kill 1` → `run LED 13 1` の手順もそのまま使えます。

```{raw} html
<video src="../_static/ch08_v2_top.mp4" poster="../_static/ch08_v2_top_poster.jpg"
       controls muted playsinline preload="metadata"
       style="width:100%; border-radius:8px;"
       aria-label="08_interpreter_v2 の実機のマトリクスと、端末の top を並べた動画"></video>
```

実機（UNO R4 WiFi）の `top` の値は次のとおりです。

| 操作 | CPU 全体 | 目に見えること |
|---|---|---|
| 起動直後 | 約 60% | Light（16%）と Heavy（40%）の行に棒 |
| `kill 5` | 約 24% | Heavy の棒が消え、全体の棒が縮む |
| `kill 4` | 約 4% | 残るのは `top` を描いている Shell だけ |
| `exec 4` / `exec 5` | 元に戻る | |

```{note}
`run` でスクリプトを実行している間は、`top` の表示が止まります。描き直すのがシェルの
入力待ちの中なので、スクリプトが終わるまで更新されません。マトリクスは表示のタスクが
描くので、その間も動きます。
```

## つまずきやすいポイント

（読者からの質問に応じて随時追記します。質問は
[GitHub Issues](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/issues)
へどうぞ）