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WebAssembly além da Web
Casos de uso em IoT
Alvaro Viebrantz
Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege
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MOTIVAÇÃO DESSA TALK
“CONSIGO RODAR
_INSIRA_SUA_LINGUAGEM_FAVORITA_
EM UM ARDUINO ?”
ATWOOD’S LAW
ATWOOD’S LAW
“ANY APPLICATION THAT CAN BE WRITTEN
IN JAVASCRIPT, WILL EVENTUALLY BE
WRITTEN IN JAVASCRIPT.”
ATENÇÃO
MUITAS COISAS
EXPERIMENTAIS A FRENTE
O que vamos ver hoje ?
O que é o
WebAssembly ?
Porque
faz sentido
em IoT
Demos
WebAssembly
O que é WebAssembly
Não, o Javascript não vai morrer
• Formato binário de código
• .wasm
• Existe um formato em texto .wat
• Código proximo ao Assembly
• Podemos comparar com Bytecodes
de outras VMs como a JVM
• Baixo nível
• Portável
• Rápido
• Menor uso de memória
Performance na Web
Muito tempo é usado no parse + compile
• WebAssembly
• Otimizado antes da execução
• Ao contrário de Javascript que otimiza a medida que é executado
Imagem do artigo - https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124
Suporte ao WebAssembly
Os browsers abraçaram a especificação - 91.18% em Jul/2020
https://caniuse.com/#feat=wasm
Demo #1
WebAssembly Studio
WebAssembly por ai
Rode código feito em outras linguagens no Browser
• WASM por si não é uma linguagem
• É um target para outras linguagens
• Algumas linguagens que compilam para Wasm
• C/C++ ⭐ - Emscriptem
• Rust ⭐
• Assemblyscript ⭐ - Flavor de Typescript
• TinyGo - Flavor de Go
• Golang começou suporte também
• Pyodide - Python + Numpy stack
Coisas malucas feitas com WebAssembly
Tem uso em produção
• Figma
• Engine de manipulação de imagens
• www.figma.com/blog/webassembly-cut-figmas-load-time-by-3x/
• Autocad Web
• Engine de CAD portada de C++
• Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA
• Blazor - Framework Web .Net
• Vugu - Framework Frontend em Go
• Valerie - Framework Frontend em Rust
github.com/mbasso/awesome-wasm
Não só na Web!(que é o ponto dessa talk 😅)
WebAssembly everywhere
Outros casos de uso e também tem uso em produção
• Edge Impulse ⭐
• Roda modelos de ML em dispositivos IoT
• Fastly e Cloudflare
• Rodar código de forma segura em CDNs
• Blockchain/SmartContracts
• Projetos OSS
• Wasmer - Runtime WASM - Pode ser embutido em Go/Python/PHP/Ruby
• Wasmtime - Outro Runtime WASM Standalone
• Krustlet - WASM on Kubernetes
• Postgres-ext-wasm - github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm
WebAssembly está crescendo
Muita coisa ainda em pesquisa
• WASI - WebAssembly System Interface
• Como trazer acesso a recursos como arquivos, rede, chamadas de
sistema em geral ?
• Como fazer isso mantendo a portabilidade e segurança ?
hacks.mozilla.org/2019/03/standardizing-wasi-a-webassembly-system-interface/
e como chegamos em IoT ?
primeiro, o que é IoT ?
20
Por que está na moda hoje ?
Sensores, internet e processamento mais baratos
Dispositivos IoT
Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria
• Apesar de contar, na maioria das vezes não estamos falando disso
• Celulares
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Dispositivos IoT
Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria
• Dispositivos bem menores e mais baratos
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• Rastreadores em geral - GPS, rede celular, LoRa, etc
• Assistentes pessoais - Alexa/Google Assistant
• Na maioria das vezes, não tem sistema operacional nenhum
Dispositivos IoT
Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria
CPU Memory Flash
Connectivi
ty
GPIO Arch
Power
Consumption
Price
ATMega
328p
16 Mhz 2 Kb 32 Kb None 24 AVR RISC 8 bit 40mA $1.7
STM32
“Blue Pill”
72 Mhz 20 Kb 64 kb None 32 ARM 32 bit 8mA $2.3
ESP 32
160 Mhz

Dual Core
512 Kb
Up to
16MiB
Wifi/Ble 36 XTensa 32 bit 200mA $3
Dispositivos IoT
Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria
• Tem que se levar muito a serio questões de performance
• Uso de memoria e CPU
• Também influência em uso de bateria
• Segurança - o “S” de IoT
• Ainda assim conseguir evoluir o projeto
• Over the Air updates - OTA
• Maior parte do desenvolvimento embarcado é em C/C++
25
Mas peraí, não é só em C/C++ né ?
Existem varias outras formas por ai
• MicroPython
• TinyGo
• Lua
• Várias Engine Javascript
• Duktape
• Jerryscript
• MongooseOS
• Mais usados em prototipos
mas infelizmente não são
production ready
Mas aqui temos o link entre
IoT e WebAssembly
WebAssembly + IoT
Compartilham muitos principios
• Código otimizado
• Menor uso de memoria
• Rapidez e Performance
• Sandbox e segurança
E se pudemos usar qualquer linguagem
e ainda ter boa performance ?
Esforços para trazer WebAssembly a devices embarcados
Em 2017 isso começou, mas era bem ruim
• Em 2017 o WebAssembly estava já sendo bem suportado na web
• Hoje temos vários runtimes Wasm para embarcados
• Wasm3 - Blynk
• Wasm Micro Runtime - Intel/Redhat/Fastly/Mozilla - Bytecode
Alliance
• Zephyr RTOS - Linux Foundation
• Mas ainda não resolve 100% a questão da portabilidade
• Talvez alguma variante do WASI venha a resolver isso
WASI for IoT ?
WASI define coisas como acesso a arquivos, rede e syscalls
• WASI é o bastante para o mundo embarcado ?
• Requisitos mais específicos
• Acesso a pinos
• Interação com sensores
• “Network” - Bluetooth/WiFi/Zigbee/LoRa
• Isso é um grande desafio, mesmo usando a mesma stack, pode
ser completamente diferente dependendo do hardware
Demo #2
Rodando Wasm como linguagem principal
Rodando Wasm como linguagem principal
Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado
• Aplicação embarcado funciona quase que como um SO primitivo
• Inicia o código em Wasm
• Provê os “drivers” para acesso a rede e outros recursos
• Provê interface para OTA do código em Wasm
Rodando Wasm como linguagem principal
Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado
• O que foi feita na demo
• ESP32 como dispositivo embarcado
• TinyGo/Rust/AssemblyScript compilado para Wasm
• Código Wasm fazem acesso ao hardware e rede
• Conecta na rede Wifi
• Pisca Led
• https://github.com/alvarowolfx/wasm-arduino-wifi
Rust
AssemblyScript
TinyGo
Foi apresentado na WebAssembly Summit 2020
https://webassembly-summit.org/speakers/6/
Demo #3
Usando Wasm como um motor de regras
Usando Wasm como um motor de regras
Reaproveitar código base do embarcado
• Embarcado ainda é programado nativamente
• Provê uma interface que permite customização do seu funcionamento
• Consegue criar regras mais complexas do que apenas mudar
parâmetros ou passar novas configurações
• Imagine um usuário mais avançado podem descrever algumas regras
em código para atualizar o device, sem quebrar o código principal
• O mesmo código pode rodar no servidor usando runtimes Wasm
para server side
Usando Wasm como um motor de regras
Reaproveitar código base do embarcado
• O que foi feita na demo
• ESP32 escaneia dispositivos bluetooth
• A regra para filtrar os devices é definida via Wasm
• Embarcado busca nova versão do Wasm a cada boot para se
atualizar e pegar regras atuais
• https://github.com/alvarowolfx/wasm-ble-edge-filter
Regra de negocio em AssemblyScript
Um exemplo de como poderia ser customizado
REFERENCIAS
Referencias
Mais material de estudo
• https://github.com/AssemblyScript/assemblyscript
• https://github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm
• https://github.com/wasmerio/vscode-wasm
• https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124
• https://dev.to/emmanuelantony2000/valerie-rethinking-web-apps-in-rust-4cl3
• https://developer.mozilla.org/en-US/docs/WebAssembly/Concepts
• https://lastminuteengineers.com/esp32-sleep-modes-power-consumption/
• Autocad WASM - Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA
Obrigado!
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WebAssembly além da Web - Casos de Uso em IoT

  • 5. ATWOOD’S LAW “ANY APPLICATION THAT CAN BE WRITTEN IN JAVASCRIPT, WILL EVENTUALLY BE WRITTEN IN JAVASCRIPT.”
  • 7. O que vamos ver hoje ? O que é o WebAssembly ? Porque faz sentido em IoT Demos
  • 9. O que é WebAssembly Não, o Javascript não vai morrer • Formato binário de código • .wasm • Existe um formato em texto .wat • Código proximo ao Assembly • Podemos comparar com Bytecodes de outras VMs como a JVM • Baixo nível • Portável • Rápido • Menor uso de memória
  • 10. Performance na Web Muito tempo é usado no parse + compile • WebAssembly • Otimizado antes da execução • Ao contrário de Javascript que otimiza a medida que é executado Imagem do artigo - https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124
  • 11. Suporte ao WebAssembly Os browsers abraçaram a especificação - 91.18% em Jul/2020 https://caniuse.com/#feat=wasm
  • 13. WebAssembly por ai Rode código feito em outras linguagens no Browser • WASM por si não é uma linguagem • É um target para outras linguagens • Algumas linguagens que compilam para Wasm • C/C++ ⭐ - Emscriptem • Rust ⭐ • Assemblyscript ⭐ - Flavor de Typescript • TinyGo - Flavor de Go • Golang começou suporte também • Pyodide - Python + Numpy stack
  • 14. Coisas malucas feitas com WebAssembly Tem uso em produção • Figma • Engine de manipulação de imagens • www.figma.com/blog/webassembly-cut-figmas-load-time-by-3x/ • Autocad Web • Engine de CAD portada de C++ • Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA • Blazor - Framework Web .Net • Vugu - Framework Frontend em Go • Valerie - Framework Frontend em Rust github.com/mbasso/awesome-wasm
  • 15. Não só na Web!(que é o ponto dessa talk 😅)
  • 16. WebAssembly everywhere Outros casos de uso e também tem uso em produção • Edge Impulse ⭐ • Roda modelos de ML em dispositivos IoT • Fastly e Cloudflare • Rodar código de forma segura em CDNs • Blockchain/SmartContracts • Projetos OSS • Wasmer - Runtime WASM - Pode ser embutido em Go/Python/PHP/Ruby • Wasmtime - Outro Runtime WASM Standalone • Krustlet - WASM on Kubernetes • Postgres-ext-wasm - github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm
  • 17. WebAssembly está crescendo Muita coisa ainda em pesquisa • WASI - WebAssembly System Interface • Como trazer acesso a recursos como arquivos, rede, chamadas de sistema em geral ? • Como fazer isso mantendo a portabilidade e segurança ? hacks.mozilla.org/2019/03/standardizing-wasi-a-webassembly-system-interface/
  • 18. e como chegamos em IoT ?
  • 19. primeiro, o que é IoT ?
  • 20. 20 Por que está na moda hoje ? Sensores, internet e processamento mais baratos
  • 21. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Apesar de contar, na maioria das vezes não estamos falando disso • Celulares • Roteadores/Gateways • Raspberry Pi’s e afins
  • 22. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Dispositivos bem menores e mais baratos • Lampadas, Sensores de porta, Fechaduras Smart, Termostatos • Rastreadores em geral - GPS, rede celular, LoRa, etc • Assistentes pessoais - Alexa/Google Assistant • Na maioria das vezes, não tem sistema operacional nenhum
  • 23. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria CPU Memory Flash Connectivi ty GPIO Arch Power Consumption Price ATMega 328p 16 Mhz 2 Kb 32 Kb None 24 AVR RISC 8 bit 40mA $1.7 STM32 “Blue Pill” 72 Mhz 20 Kb 64 kb None 32 ARM 32 bit 8mA $2.3 ESP 32 160 Mhz
 Dual Core 512 Kb Up to 16MiB Wifi/Ble 36 XTensa 32 bit 200mA $3
  • 24. Dispositivos IoT Bastante limitados em memoria, cpu e uso de bateria • Tem que se levar muito a serio questões de performance • Uso de memoria e CPU • Também influência em uso de bateria • Segurança - o “S” de IoT • Ainda assim conseguir evoluir o projeto • Over the Air updates - OTA • Maior parte do desenvolvimento embarcado é em C/C++
  • 25. 25 Mas peraí, não é só em C/C++ né ? Existem varias outras formas por ai • MicroPython • TinyGo • Lua • Várias Engine Javascript • Duktape • Jerryscript • MongooseOS • Mais usados em prototipos
  • 26. mas infelizmente não são production ready
  • 27. Mas aqui temos o link entre IoT e WebAssembly
  • 28. WebAssembly + IoT Compartilham muitos principios • Código otimizado • Menor uso de memoria • Rapidez e Performance • Sandbox e segurança
  • 29. E se pudemos usar qualquer linguagem e ainda ter boa performance ?
  • 30. Esforços para trazer WebAssembly a devices embarcados Em 2017 isso começou, mas era bem ruim • Em 2017 o WebAssembly estava já sendo bem suportado na web • Hoje temos vários runtimes Wasm para embarcados • Wasm3 - Blynk • Wasm Micro Runtime - Intel/Redhat/Fastly/Mozilla - Bytecode Alliance • Zephyr RTOS - Linux Foundation • Mas ainda não resolve 100% a questão da portabilidade • Talvez alguma variante do WASI venha a resolver isso
  • 31. WASI for IoT ? WASI define coisas como acesso a arquivos, rede e syscalls • WASI é o bastante para o mundo embarcado ? • Requisitos mais específicos • Acesso a pinos • Interação com sensores • “Network” - Bluetooth/WiFi/Zigbee/LoRa • Isso é um grande desafio, mesmo usando a mesma stack, pode ser completamente diferente dependendo do hardware
  • 32. Demo #2 Rodando Wasm como linguagem principal
  • 33. Rodando Wasm como linguagem principal Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado • Aplicação embarcado funciona quase que como um SO primitivo • Inicia o código em Wasm • Provê os “drivers” para acesso a rede e outros recursos • Provê interface para OTA do código em Wasm
  • 34. Rodando Wasm como linguagem principal Programar em qualquer linguagem para ambiente embarcado • O que foi feita na demo • ESP32 como dispositivo embarcado • TinyGo/Rust/AssemblyScript compilado para Wasm • Código Wasm fazem acesso ao hardware e rede • Conecta na rede Wifi • Pisca Led • https://github.com/alvarowolfx/wasm-arduino-wifi
  • 35. Rust
  • 38. Foi apresentado na WebAssembly Summit 2020 https://webassembly-summit.org/speakers/6/
  • 39. Demo #3 Usando Wasm como um motor de regras
  • 40. Usando Wasm como um motor de regras Reaproveitar código base do embarcado • Embarcado ainda é programado nativamente • Provê uma interface que permite customização do seu funcionamento • Consegue criar regras mais complexas do que apenas mudar parâmetros ou passar novas configurações • Imagine um usuário mais avançado podem descrever algumas regras em código para atualizar o device, sem quebrar o código principal • O mesmo código pode rodar no servidor usando runtimes Wasm para server side
  • 41. Usando Wasm como um motor de regras Reaproveitar código base do embarcado • O que foi feita na demo • ESP32 escaneia dispositivos bluetooth • A regra para filtrar os devices é definida via Wasm • Embarcado busca nova versão do Wasm a cada boot para se atualizar e pegar regras atuais • https://github.com/alvarowolfx/wasm-ble-edge-filter
  • 42. Regra de negocio em AssemblyScript Um exemplo de como poderia ser customizado
  • 44. Referencias Mais material de estudo • https://github.com/AssemblyScript/assemblyscript • https://github.com/wasmerio/postgres-ext-wasm • https://github.com/wasmerio/vscode-wasm • https://medium.com/trainingcenter/webassembly-a-jornada-o-que-%C3%A9-wasm-75e3f0f03124 • https://dev.to/emmanuelantony2000/valerie-rethinking-web-apps-in-rust-4cl3 • https://developer.mozilla.org/en-US/docs/WebAssembly/Concepts • https://lastminuteengineers.com/esp32-sleep-modes-power-consumption/ • Autocad WASM - Demo no Google I/O 2018 - www.youtube.com/watch?v=D4fNcX0Q9gA
  • 45. Obrigado! aviebrantz.com youtube.com/alvaroviebrantz twitch.tv/alvaroviebrantz Alvaro Viebrantz Google Developer Expert for IoT and Product Engineer at Leverege aviebrantz.com @alvaroviebrantz