[Day 08] tinyML开胃菜Arduino IDE上桌（上）

书接上回，讲了一大堆如何做出好吃的AI咖哩饭，那到底要如何开始才能当上新一代的「AI食神」呢？

首先要到中国厨艺学院（少林寺後厨）打杂洗碗（收集资料）一年，买菜洗菜（清洗资料），端盘子跑堂（依作业流程工作）一年，切菜备料（资料预处理）一年，才能开始拿勺子炒菜（建模调参），学习各种菜式（模型、应用），再让客人、酸民刷几年差评（布署、重训），大概就能出师了。什麽？不能速成吗？那我还是去买个AI咖哩调理包（如AWS, Azure, GCP等云端AI API服务)来装模作样一下，三分钟就可上桌，口味还很稳定（只是不太能变），价钱更是便宜。唉！现在年轻人真是没有耐性啊！

为了让大家快一点（还剩22天）学会如何做出一个好吃的爆浆濑尿虾牛丸(tinyML)的步骤及开发出自己专属的口味（客制化应用），接下来会分别介绍外皮牛肉丸（Arm Cortex-M MCU硬体及程序开发）和核心濑尿虾（AI原理、算法实现）的作法，希望透过这样交替式学习能让大家更快上手。

在开始之前，先来点开胃菜，先了解一下後续tinyML实做所需用到的硬体开发板、开发工具及环境，至於tinyML整合型开发平台需要铺垫更多基础知识，就留待下回分解了。

【硬体开发板选用】

後续范例会以**Arduino Nano 33 BLE Sense(以下简称BLE Sense)**为基准，相关规格可参考[Day 03]说明。更完整的规格及使用说明可参考Arduino官网介绍。

那为什麽选用这块开发板呢？有以下几个原因。

• 主晶片内核是Arm Cortex-M4F（带浮点运算功能），工作时脉中等，为64MHz。
• 可以运行Arm Mbed作业系统，方便程序跨不同厂牌Arm Cortex-M晶片执行。
• 支援CMSIS, CMSIS-NN函式库，可免除不同厂牌Arm Cortex-M晶片开发工具不同。
• 程序码(FLASH) 1M Byte及随机记忆体区(SRAM) 256K Byte，不会太小，可容纳较大的模型及参数。
• 板上内建多种感测器，如温湿度、气压、近接、手势（平移方向）、色彩（RGB亮度）、麦克风、九轴（惯性、角加速度、地磁各三轴）运动感测器等，方便开发各种应用。如不需这麽多感测器，可改用Arduino Nano 33 IoT或Arduino Nano 33 BLE。
• 体积小，仅有18mm x 45mm，方便制作各种穿戴式应用。
• 为最多tinyML开发平台（如Edge Impulse, SensiML等）和工具(TensorFLow Lite Micro, Arduino IDE等）支援。
• 另外可使用传统开发工具组合不使用Arm MBed作业系统，如Keil C或IAR配合J-Link等除错工具，加上Nodic提供的开发板支援套件(Board Support Package, BSP)或Arm CMSIS函式库来开发。这个路线可能比较适合已经很熟悉Arm Cortex-M MCU程序开发的工程师。为了缩短学习曲线，会采前项tinyML开发平台的方式来进行范例教学。

那里有在卖呢？可自行到露天、虾皮上查询，这里不特别推荐特定供应商。不过请不要直接用Arduino官网售价来换算，毕竟厂商进口还是有一些成本在的。

咦！这个开发板好像有点贵，有没有别的板子可支援？当然有，可参考[Day 03]说明，只是後续的范例会先以这块板子为主。

【软件开发工具选用】

「工欲善其事，必须利其器」，虽然Arm有很多整合开发环境(Integrated Development Environment, IDE)工具商支援（如IAR, Keil C, MDK等），方便写程序、编译、除错、烧录等工作一次搞定，但既然这块板子冠名Arduino，那首选开发环境当然是选Arduino IDE罗！简单好上手，还可和平常Arduino的开发流程完全相容，另外也可以轻易和各式各样的感测器和周边连结，方便tinyML输入和输出。

Arduino IDE目前它有云端版和单机版（目前稳定版本为1.8.16, 预先评估版为2.0.0-beta），如果只是一般Arduino入门级开发板，则云端版注册一个帐号，单机版下载安装完成，就可以开始使用。不过要使用BLE Sense则会多几个安装步骤，以下简单说明。

云端版IDE

Fig. 8-1 Arduino云端版IDE操作画面。(OmniXRI整理绘制, 2021/9/22)

如上图Fig. 8-1所示，首先进到Arduino创作者网站，按下上角的[Login]（步骤1）进入登入画面。如果你还没有注册帐号，可先按[Create One]（步骤2）创建一个，按照画面指示输入基本资料就可以产生一个新帐号，或者直接使用你的Google或Apple帐号（步骤2b）登入亦可。若你已创建好帐号，下一次就可直接输入帐号（电子信箱）和密码就可登入系统（步骤2a）。登入後，可按右上角的符号，选择进入网页编辑器(Web Editor)（步骤3），或者按画面中间按钮亦可。

进入网页编辑器後左半边为主要选单，包括程序管理区(Sketchbook)、周边范例码(Examples)、特殊函式库(Libraries)、序列监视器(Monitor)、函式使用参考(Reference)、操作辅助说明(Help)、编辑器设定值(Preferences)、MCU资源使用(Features usage)。而右半边上方可选择对应的开发板，中间则为程序开发区，下方则为编译程序相关讯息区。

再来要确定云端编辑器能顺利连接到BLE Sense开发板，取用一条Micro USB的缆线（注意不要拿到只能充电不能通讯的线）连接电脑和开发板，在Windows环境下，正常状况会听到电脑叮咚一下，侦测到新的硬体，此时利用「装置管理器」（以滑鼠移到Windows左下方符号上，再以右键点击）应该会看到「连接埠(COM和LPT）」新增了一个「USB序列装置(COMx)」（x指埠号，每次有可能不同），表示电脑已经认到开发板的虚拟序列埠。若没看到新增COM埠，可再重新插拔一下，令开发板重新连接。

接着我们就可点击云端编辑器上方的栏位选择开发板型号，如下图Fig. 8-2所示，会出现一大堆Arduino的开发板型号，只需输入BLE，就会筛选到只剩Arduino Nano 33 BLE，这个选项可支援三种板子包括Arduino Nano 33 IoT, BLE, BLE Sense。选好点击OK後，会发现出现连线失败的图案，此时重新刷新一下网页，就会出现一个黄色的警告讯息，说你忘了开Arduino Agent，按[LEARN MORE]进入後，会请你检查左下角常驻程序是否有一个Arduino Agent的（白色的Arduino LOGO）符号，若没有则必须重新安装。

Fig. 8-2 Arduino Nano 33 BLE Sense开发板连线失败及检查步骤。(OmniXRI整理绘制, 2021/9/22)

接着依画面上指示，如图Fig. 8-3所示，依序下载Arduino Agent并双击安装，完成後重新重新回主画面就会看到连线失败的符号消失了。若仍失败，请检查Agent是否有启动在常驻区，若无则滑鼠左键点击左下角Windows符号，切到Arduino Create Agent项目下，点击Arduino Create Agent重新启动即可。

Fig. 8-3 安装Arduino Agent步骤。(OmniXRI整理绘制, 2021/9/22)

注：单机版IDE及写个范例来测试工作环境就留待下篇继续说明。

参考连结

Arduino Nano 33 BLE Sense
Getting started with the Arduino Nano 33 BLE Sense
Arduino 云端版 IDE
Arduino 单机版 IDE