docs/index.rst

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   2 Nanopb: Protocol Buffers with small code size
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   5 .. include :: menu.rst
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   7 Nanopb is an ANSI-C library for encoding and decoding messages in Google's `Protocol Buffers`__ format with minimal requirements for RAM and code space.
   8 It is primarily suitable for 32-bit microcontrollers.
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  10 __ http://code.google.com/apis/protocolbuffers/
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  12 Overall structure
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  15 For the runtime program, you always need *pb.h* for type declarations.
  16 Depending on whether you want to encode, decode, or both, you also need *pb_encode.h/c* or *pb_decode.h/c*.
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  18 The high-level encoding and decoding functions take an array of *pb_field_t* structures, which describes the fields of a message structure. Usually you want these autogenerated from a *.proto* file. The tool script *nanopb_generator.py* accomplishes this.
  19
  20 .. image:: generator_flow.png
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  22 So a typical project might include these files:
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  24 1) Nanopb runtime library:
  25     - pb.h
  26     - pb_decode.h and pb_decode.c (needed for decoding messages)
  27     - pb_encode.h and pb_encode.c (needed for encoding messages)
  28 2) Protocol description (you can have many):
  29     - person.proto (just an example)
  30     - person.pb.c (autogenerated, contains initializers for const arrays)
  31     - person.pb.h (autogenerated, contains type declarations)
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  33 Features and limitations
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  36 **Features**
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  38 #) Pure C runtime
  39 #) Small code size (2–10 kB depending on processor, plus any message definitions)
  40 #) Small ram usage (typically ~300 bytes, plus any message structs)
  41 #) Allows specifying maximum size for strings and arrays, so that they can be allocated statically.
  42 #) No malloc needed: everything can be allocated statically or on the stack.
  43 #) You can use either encoder or decoder alone to cut the code size in half.
  44 #) Support for most protobuf features, including: all data types, nested submessages, default values, repeated and optional fields, packed arrays.
  45 #) Callback mechanism for handling messages larger than can fit in available RAM.
  46 #) Extensive set of tests.
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  48 **Limitations**
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  50 #) User must provide callbacks when decoding arrays or strings without maximum size. Malloc support could be added as a separate module.
  51 #) Some speed has been sacrificed for code size.
  52 #) Encoding is focused on writing to streams. For memory buffers only it could be made more efficient.
  53 #) The deprecated Protocol Buffers feature called "groups" is not supported.
  54 #) Fields in the generated structs are ordered by the tag number, instead of the natural ordering in .proto file.
  55 #) Unknown fields are not preserved when decoding and re-encoding a message.
  56 #) Reflection (runtime introspection) is not supported. E.g. you can't request a field by giving its name in a string.
  57 #) Numeric arrays are always encoded as packed, even if not marked as packed in .proto. This causes incompatibility with decoders that do not support packed format.
  58 #) Cyclic references between messages are supported only in callback mode.
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  60 Getting started
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  63 For starters, consider this simple message::
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  65  message Example {
  66     required int32 value = 1;
  67  }
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  69 Save this in *message.proto* and compile it::
  70
  71     user@host:~$ protoc -omessage.pb message.proto
  72     user@host:~$ python nanopb/generator/nanopb_generator.py message.pb
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  74 You should now have in *message.pb.h*::
  75
  76  typedef struct {
  77     int32_t value;
  78  } Example;
  79
  80  extern const pb_field_t Example_fields[2];
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  82 Now in your main program do this to encode a message::
  83
  84  Example mymessage = {42};
  85  uint8_t buffer[10];
  86  pb_ostream_t stream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));
  87  pb_encode(&stream, Example_fields, &mymessage);
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  89 After that, buffer will contain the encoded message.
  90 The number of bytes in the message is stored in *stream.bytes_written*.
  91 You can feed the message to *protoc --decode=Example message.proto* to verify its validity.
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  93 For complete examples of the simple cases, see *tests/test_decode1.c* and *tests/test_encode1.c*. For an example with network interface, see the *example* subdirectory.
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  95 Compiler requirements
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  97 Nanopb should compile with most ansi-C compatible compilers. It however requires a few header files to be available:
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  99 #) *string.h*, with these functions: *strlen*, *memcpy*, *memset*
 100 #) *stdint.h*, for definitions of *int32_t* etc.
 101 #) *stddef.h*, for definition of *size_t*
 102 #) *stdbool.h*, for definition of *bool*
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 104 If these header files do not come with your compiler, you should be able to find suitable replacements online. Mostly the requirements are very simple, just a few basic functions and typedefs.
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 106 Alternatively, you can define *PB_SYSTEM_HEADER*, which should be the name of a single header file including all the necessary definitions.
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 108 Debugging and testing
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 110 Extensive unittests are included under the *tests* folder. Just type *make* there to run the tests.
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