سیستم عامل FREERTOS در بردهای ESP32 قسمت اول: معرفی RTOS دیجی اسپارک

این خصوصیت باعث می‌شود که توسعه‌دهندگان علاوه بر بهره‌گیری از امکانات زبان‌های سطح بالا، بتوانند سخت‌افزار را به‌خوبی کنترل کرده و با آن ارتباط برقرار کنند. به همین دلیل، C به عنوان یکی از محبوب‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی برای Embedded systems شناخته می‌شود. فراخوان سیستمی یا System Call یک واسط برنامه نویسی است که از طریق آن برنامه های کاربردی می توانند خدماتی را از سیستم عامل درخواست کنند. از طریق فراخوان های سیستمی، برنامه های کاربردی می توانند به قدرت و امکانات سیستم دست پیدا کنند و کارایی و عملکرد خود را بهبود بخشند. فراخوان های سیستمی در واقع نقطه ای هستند که در آن برنامه های کاربردی به هسته سیستم عامل دسترسی پیدا می کنند. در دهه های 1980 و 1990، سیستم های عامل شخصی مانند MS-DOS و ویندوز برای کامپیوترهای خانگی توسعه یافتند.

به کمک این سیستم عامل می توان چندین برامه را روی یک برد اجرا نمود. از آنجاییکه برد ESP32 یک پردازنده قوی دو هسته در خود جای داده است، بنابراین اجرای سیستم عامل بسیار می تواند قدرت برد را افزایش دهد. اگزو کرنل ها با استفاده از فراخوانی زیرروال های معمولی به صورت موثر ارتباط برقرار می کنند. برنامه نویسان  به سخت افزار و تمام نرم افزار های داخل سیستم دسترسی دارند و می توانند آن ها را گسترش دهند. یک ریز هسته (میکروکرنل) یک مرحله بالاتر از یک سیستم عامل بی درنگ است. آرایش متداول به این ترتیب است که هسته سیستم عامل مقدار حافظه را تعیین می کند و CPU را برای اجرای نخ های مختلف تنظیم می کند.

استفاده از برنامه نویسی کامپوننت محور به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد تا به راحتی بخش‌های مختلف نرم‌افزار را توسعه دهند و مقیاس‌پذیر کنند. طراحی و پیاده‌سازی برنامه نویسی کامپوننت محور ممکن است پیچیده باشد، به ویژه در پروژه‌های بزرگ که نیاز به تعاملات متعدد بین کامپوننت‌ها وجود دارد. ایجاد یک معماری مناسب و هماهنگی بین کامپوننت‌ها نیازمند تجربه و دانش عمیق است. استفاده از برنامه نویسی کامپوننت محور به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که برنامه‌های خود را به راحتی گسترش دهند و قابلیت‌های جدیدی به آنها اضافه کنند، بدون اینکه نیاز به بازنویسی کدهای قبلی داشته باشند. پایگاه داده اس کیو لایت تمامی داده‌ها را در یک فایل واحد ذخیره می‌کند و برای برنامه‌های کوچک و متوسط، توسعه سریع و محیط‌های تعبیه‌شده مانند اپلیکیشن‌های موبایل و دستگاه‌های IoT بسیار مناسب است. این سیستم با زبان استاندارد SQL سازگار است و نیازی به تنظیمات پیچیده ندارد.

اگر دستگاه نهفته دارای قابلیت های صوتی و تصویری باشد، درایور ها و کدک های مناسب در سیستم موجود خواهند بود. در هسته های مونولیتیکی نیز بسیاری از این لایه های نرم افزاری  موجود هستند. در دسته سیستم عامل های بی درنگ، موجود بودن اجزای نرم افزاری اضافی به پیشنهاد های تجاری بستگی دارد. تولید کننده چنین ماژولی معمولا نرم افزار بوت را نیز ارائه خواهد کرد و امکان انتخاب سیستم عامل از بین گزینه های مختلف( این گزینه ها معمولا شامل لینوکس نیز هست) و برخی انتخاب های دیگر را فراهم خواهد کرد. این ماژول ها می توانند توسط سازمان هایی که با مسائل تخصصی آزمایش کردن آن ها آشنا هستند، به صورت انبوه تولید شوند و در کنار مادربرد های سفارشی و قسمت های جانبی مخصوص به نوع کاربرد قرار بگیرند. در برخی کاربرد های خاص، که در آن ها اندازه کوچک و یا بازده توانی  از اهمیت چندانی بر خوردار نیست، اجزای به کار رفته می توانند با اجزایی که در کامپیوتر های شخصی x86 معمولی به کار می روند سازگار باشند.

با ثبت کد رهگیری پرداخت، می توانید سفارش خود را پیگیری نموده و به محض اتمام ترجمه، فایل ترجمه مقاله خود را دانلود نمایید. نقاط ضعف این روش، هزینه ی بالا و سرعت پایین عملیات است که در بعضی موارد می تواند تا 100 برابر کند تر از سیستم نهایی باشد. پردازنده های RISC (کامپیوتر های کم دستور) و غیر RISC نیز در این سامانه ها دیده شده اند. امروزه ، تقریباً در تمام دستگاه های تعبیه شده از لینوکس استفاده می شود. همچنین قابلیت های جدیدی را که بسیار فراتر از قابلیت های موجود هستند، ایجاد کرد. در این برنامه یک ورودی آنالوگ و یک ورودی دیجیتال به صورت مداوم خوانده می شوند.

سیستم‌های پیشرفته گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) از ترموستات‌های شبکه‌ای برای کنترل دقیق‌تر و کارآمدتر دمایی استفاده می‌کنند که می‌تواند بر اساس زمان روز و فصل تغییر کند. اتوماسیون خانگی از شبکه های سیمی و بی سیم استفاده می کند که می تواند برای کنترل چراغ ها، آب و هوا، امنیت، سمعی و بصری، نظارت و غیره استفاده شود که همگی از دستگاه های تعبیه شده برای سنجش و کنترل استفاده می کنند. از آنجایی که سیستم تعبیه شده به وظایف خاصی اختصاص دارد، مهندسان طراح می توانند آن را برای کاهش اندازه و هزینه محصول و افزایش قابلیت اطمینان و عملکرد آن بهینه کنند. برخی از سیستم های تعبیه شده به صورت انبوه تولید می شوند و از صرفه جویی در مقیاس بهره می برند. Digispark.ir یک سایت فارسی زبان در حوزه‌ی الکترونیک و برنامه نویسی است. ما با هدف به اشتراک گذاری دانش و تجربیات خود با افرادی که به الکترونیک و برنامه نویسی علاقه‌مند هستند، ایجاد شدیم.

اولین رایانه ای که از IC استفاده کرد ، به فضانوردان کمک کرد تا داده های پرواز را در زمان واقعی جمع کنند. تست‌های واحد (Unit Tests) برای اطمینان از عملکرد صحیح هر کامپوننت بسیار مهم هستند. کامپوننت‌ها باعث می‌شوند کدها به بخش‌های کوچکتر و مدیریت‌پذیرتر تقسیم شوند. این ساختاردهی بهبود یافته باعث می‌شود کدها خواناتر و قابل درک‌تر باشند. این امکان باعث می‌شود که شناسایی و رفع اشکالات سریع‌تر انجام شود و زمان کلی تست کاهش یابد.

این روش سامانه را شبیه به یک هسته چندکاره با پردازش های مجزا خواهد کرد. ماژول های Wi-Fi نهفته، راهی ساده را برای برقراری ارتباط بی سیم با هر دستگاهی که از درگاه سریال استفاده می کند فراهم کرده اند. با ویژگی‌های یک سیستم عامل بلادرنگ یا Real Time لینوکسی آشنا شوید... بله امکان شرکت بصورت دوره خصوصی یا سفارشی شده برای سازمانها وجود دارد. کارفرمایان می توانند جهت آگاهی از وضعیت گواهینامه شما، با ارائه شماره سریال مدرک موسسه در وبسایت موسسه، مدارک خانه لینوکس را استعلام نمایند. در حوزه لینوکس، در صورت نیاز، دانشجویان می توانند جداگانه در ازمون های بین المللی موسسه LPI شرکت نمایند و پس از قبولی مدرک موسسه LPI را اخذ نمایند.

دستگاه های صنعتی ، دستگاه های کشاورزی و صنایع فرآیندی ، اتومبیل و تجهیزات پزشکی، نمونه هایی از مکان های ممکن برای استفاده از سیستم های تعبیه شده هستند. سیستم عامل تعبیه شده یا سیستم عامل امبدد (embedded operating system) سیستم عاملی برای سیستم های امبدد یا سیستم های نهفته و یا به عبارتی سیستم های جاسازی شده است. کامپوننت در برنامه نویسی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند در شرایط و پروژه‌های مختلف استفاده شوند. از پارامترها و تنظیمات قابل پیکربندی استفاده کنید تا کامپوننت‌ها به راحتی در موقعیت‌های مختلف کاربردی باشند. با استفاده از کامپوننت در برنامه نویسی، تیم‌های توسعه می‌توانند به راحتی وظایف را بین اعضای تیم تقسیم کنند و هر توسعه‌دهنده بر روی کامپوننت‌های خاصی تمرکز کند.

به دلیل این که یک سامانه نهفته اغلب از اجزای متنوعی تشکیل شده است، استراتژی اشکال زدایی ممکن است برای هر قسمت متفاوت باشد. برای مثال، اشکال زدایی یک سامانه نهفته نرم افزار ( و ریزپردازنده) محور، با اشکال زدایی یک سامانه نهفته که بیشتر پردازش ها در آن توسط قسمت های جانبی اتفاق می افتد ( DSP، FPGA و یک کمک پردازنده) متفاوت است. سامانه های نهفته سامانه های نهفته اغلب در کاربرد های مصرفی، آشپزی، صنعتی، خودروسازی و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. مثال هایی از سامانه های نهفته شامل mp3 پلیر ها،  گوشی های تلفن همراه،  کنسول های بازی های کامپیوتری، دوربین های دیجیتال، دی وی دی پلیر ها و GPS هستند. به دلیل این که وظایف مشخصی به سامانه نهفته  اختصاص داده می شود، مهندسین طراح می توانند آن را بهینه سازی کنند تا ابعاد و هزینه دستگاه کاهش یابد و عملکرد و اطمینان پذیری آن افزایش یابد. برخی سامانه های نهفته به صورت عمده تولید می شوند و از مزیت مقیاس بهره می برند.

گزارش هایی که به طراح کمک می کنند تا در مورد معماری سیستم تصمیم بگیرد شامل زمان تاخیر نرم افزار، توان عملیاتی دستگاه، نرخ کارکرد دستگاه، توان مصرفی کل سیستم و همچنین توان مصرفی در سطح دستگاه هستند. بنابراین امکان اشکال زدایی در عملکرد نرم افزار وجود دارد  به گونه ای که گویی در یک تراشه فیزیکی واقعی اجرا شده است. به طور کلی ، سیستم های تعبیه شده از لحاظ اشکال زدایی مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. زیرا تعداد زیادی دستگاه با استفاده از کنترل های تعبیه شده برای استفاده در موقعیت هایی طراحی شده اند. در این دستگاه ها ایمنی و قابلیت اطمینان در اولویت های اصلی قرار دارند. C++ و C# دو زبان قوی و پرکاربرد هستند که در حوزه‌های مختلفی مانند بازی‌سازی و توسعه نرم‌افزارهای کاربردی استفاده می‌شوند.

در عوض نسخه های سرور مانند Windows Server و Linux Server به گونه ای طراحی شده اند که توانایی مدیریت بارهای کاری سنگین و ارائه خدمات شبکه ای و پایگاه داده ها را دارند. به طور کلی، نرم افزارهای مدیریتی نقش حیاتی در عملکرد و بهره وری کامپیوترها و دستگاه های الکترونیکی ایفا می کنند و بستری مناسب برای اجرای برنامه ها و مدیریت منابع فراهم می سازند. سیستم عامل نرم افزاری است که تمامی عملیات اساسی کامپیوتر را مدیریت می کند. این نرم افزار به کاربران امکان می دهد تا به شکلی کاربرپسند و مؤثر با سیستم تعامل کنند و بدون آن کاربران نمی توانند به راحتی از سخت افزار و نرم افزار سیستم استفاده کنند و برنامه ها نیز قادر به اجرا نخواهند بود. که برای ماشین حساب ها و سایر سیستم‌های کوچک طراحی‌شده بود.اما هنوز به تراشه‌های پشتیبانی و حافظه خارجی احتیاج داشت.

روش‌هایی مانند آموزش برنامه‌نویسی رایگان یا آموزش برنامه‌نویسی از صفر pdf به علاقه‌مندان کمک می‌کنند که بدون هزینه زیاد و به صورت خودآموز، برنامه‌نویسی را شروع کنند. این حلقه تکرار بی نهایت در حقیقت نقش تابع void loop را بازی می کند. FreeRTOS با ترکیبی از سادگی، قابلیت همزمانی، کارایی و پورتابلیته، یک ابزار قدرتمند برای توسعه سیستم‌های تعبیه شده است. از آنجا که متن‌باز است، توسعه‌دهندگان می‌توانند آن را برای پروژه‌های خود استفاده کنند و در صورت نیاز، آن را سفارشی کنند و به نیازهای خاص خود بپردازند. میکروکنترلر های متعددی برای استفاده در سامانه های نهفته ساخته شده اند.

دارای خروجی محیطی که دارای یک عملکرد اختصاصی در یک سیستم مکانیکی یا برقی بزرگ‌تر است. از آنجا که یک embedded system معمولا عملکردهای فیزیکی دستگاه را که درون آن تعبیه‌شده است کنترل می‌کند. سیستم‌ عامل نهفته شده بسیاری از دستگاه‌های مورد استفاده امروز را کنترل می‌کنند. نود و هشت درصد از تمام ریز پردازنده‌های تولیدشده در سیستم عامل نهفته استفاده می‌شوند. مشابه سایر نرم افزار ها، طراحان سیستم های تعبیه شده نیز از کامپایلر ها، همگذار ها (اسمبلر ها) و اشکال یاب ها ( دیباگر ها) استفاده می کنند.

بنابراین شما می توانید تعدادی void loop در برنامه خود داشته باشید. شما می توانید با کلیک بر روی این لینک، آموزش های سیستم عامل را مطالعه کنید. از آن زمان تا کنون، هزینه سامانه های نهفته کاهش پیدا کرده و توان پردازشی و کاربرد آن ها به طرز چشمگیری  افزایش یافته است. یک ریزپردازنده اولیه، به طور مثال Intel 4004، برای استفاده در ماشین حساب ها و دیگر سیستم های کوچک طراحی شده بود اما با این وجود، هنوزهم به حافظه خارجی و چیپ های پشتیبان نیاز داشت. در سال 1978، اتحادیه ملی تولید کنندگان محصولات مهندسی  استانداردی را برای میکروکنترلر های قابل برنامه ریزی- شامل هر نوع کنترلر کامپیوتری مانند کامپیوتر های تک بردی، کنترلر های عددی و رویداد محور – منتشر کرد.

می‌توانید فایل‌های باینری پایگاه داده اس کیو لایت را از وبسایت رسمی SQLite دانلود کرده و در مسیر مناسب استخراج کنید. این کتابخانه از چندین سیستم مدیریت پایگاه داده مختلف مانند SQLite، MySQL و PostgreSQL پشتیبانی می‌کند و امکاناتی برای مدیریت تراکنش‌ها و انجام کوئری‌های پیچیده ارائه می‌دهد. اگر ترجیح می‌دهید با راهنمایی مستقیم یاد بگیرید، شرکت در کلاس‌های حضوری یا کارگاه‌های آموزشی می‌تواند انتخاب مناسبی باشد. پلتفرم‌هایی مانند Coursera، Udemy و Codecademy منابع عالی برای شروع برنامه‌نویسی ارائه می‌دهند. این دوره‌ها معمولاً شامل آموزش‌های ویدیویی، پروژه‌های عملی و گواهینامه‌های پایان دوره هستند. آیا می‌خواهید یک توسعه‌دهنده وب شوید؟ یا شاید علاقه‌مند به ساخت اپلیکیشن‌های موبایل هستید؟ هدف شما تعیین‌کننده مسیر یادگیری و زبان‌های برنامه‌نویسی‌ای است که باید یاد بگیرید.

اولین ریزپردازنده های چند تراشه ای، سیستم های چهار فاز AL1 در سال 1969 و Garrett AiResearch MP944 در سال 1970، با چندین تراشه MOS LSI توسعه یافتند. اولین ریزپردازنده تک تراشه ای اینتل 4004 بود که در سال 1971 منتشر شد. این ریزپردازنده توسط فدریکو فاگین، با استفاده از فناوری MOS دروازه سیلیکونی خود، همراه با مهندسان اینتل، Marcian Hoff و Stan Mazor، و مهندس Busicom، Masatoshi Shima، توسعه یافت. ادامه این مسیر را با موضوعات جالبی مانند موارد زیر می توانید در دوره های لینوکس تعبیه شده آکادمی ادامه دهید و با تک تک این موارد بصورت کامل آشنا شده و هر کدام را به کاملی فرا گیرید. کارت های SD به دلیل نداشتن قابلیت اطمینان مناسب شناخته شده نیستند، همانطور که هر کسی از Raspberry Pi استفاده کرده است می‌تواند این را به شما بگوید.

دسته جدیدی از دستگاه های بی سیم مینیاتوری، سنسور های بی سیم شبکه ای هستند. این سنسور های بی سیم خود استوار هستند و باتری آن ها معمولا سال ها کار خواهد کرد و در نهایت می توان باتری را به سادگی تعویض نمود. کالاهای الکترونیکی مصرفی شامل MP3 پلیر ها، تلفن های همراه، کنسول های بازی، دوربین های دیجیتال، GPS، گیرنده های دیجیتال و پرینتر ها هستند. لوازم خانگی مانند مایکروویو ها، ماشین های ظرف شویی و لباس شویی نیز دارای سامانه های نهفته ای هستند که باعث انعطاف پذیری و بازده بیشتر می شود و ویژگی های مختلفی را ارائه می کنند. سیستم های HVAC(گرمایش و تهویه هوا) پیشرفته نیز از ترموستات های تحت شبکه استفاده می کنند تا بتوانند دما را با دقت و بازده بیشتری کنترل کنند. در این حالت دما به صورت خودکار با توجه به زمان در طی یک روز و همچنین فصل مورد نظر تنظیم می شود.

به عنوان مثال ، به دستگاه می گوید که چگونه با دستگاه های دیگر ارتباط برقرار کند ، عملکردهای خاصی را انجام دهد و عملکرد ورودی و خروجی را فراهم کند. FreeRTOS قابلیت پورتابلیته را دارد، به این معنی که می‌توان آن را بر روی انواع میکروکنترلرها و پلتفرم‌های سخت‌افزاری مختلف اجرا کرد. این شامل صف‌ها، سمافورها، برقراری ارتباط مستقیم (Direct Task Notification)، انتقال داده به صورت محافظت شده (Protected Data Transfer) و ارسال و دریافت سریالی داده (Serial Data Stream) است. این ویژگی‌ها به برنامه‌نویس امکان ایجاد ارتباطات موثر و هماهنگی بین وظایف را می‌دهد.FreeRTOS ابزارهایی برای توسعه، اشکال‌زدایی و مدیریت سیستم‌های تعبیه شده فراهم می‌کند. این ابزارها شامل ابزارهای ردیابی (trace tools)، ابزارهای اشکال‌زدایی (debugging tools) و ابزارهای مدیریت پورتابلیته (porting tools) است.

از ریز پردازنده های با کاربرد عمومی نیز در سامانه های نهفته استفاده می شود اما به طور کلی، این ریزپردازنده ها نسبت به میکروکنترلر ها به مدار های پشتیبان بیشتری احتیاج دارند. توان سامانه های نهفته ای که در داخل تجهیزات پزشکی قرار می گیرند اغلب توسط کامپیوتر های صنعتی تامین می شود. اگر از قبل با میکروکنترلرها آشنا هستید، به طور کلی باید عادت به داشتن همه چیز را در یک بسته واحد داشته باشید. شما یک STM32F1 یا هر چیز دیگری خریداری می‌کنید و یک حافظه برنامه فلش، RAM، یک یا دو هسته پردازنده و برخی وسایل جانبی دیگر خواهید داشت. اگر قطعه‌ای را که بطور خاص برای آن طراحی شده خریداری کنید، ممکن است یک یا دو وسیله جانبی بسیار خوب متناسب با یک برنامه دریافت کنید مثل بلوتوث داخلی، USB 3.0 یا رابط دوربین MIPI. توسعه‌دهندگان Embedded systems باید درک عمیقی از سخت‌افزار داشته باشند، زیرا توسعه دهندگان اغلب به‌طور مستقیم با سخت‌افزار در تعامل هستند.

همچنین به رابط نرم افزاری توسعه یافته یکپارچه (UEFI) ، که نرم افزار و سیستم عامل یک سیستم را به هم وصل می کند، نیز اشاره دارد. بعضی از این سامانه ها هیچگونه رابط کاربری ندارند و تنها به انجام یک وظیفه مشخص اختصاص داده شده اند. دسته ای دیگر دارای رابط های کاربری تصویری پیچیده ای هستند که بی شباهت به کامپیوتر های مدرن رومیزی و سیستم عامل آن ها نیست. سامانه های تعبیه شده ساده از دکمه ها، چراغ های LED، LCD های گرافیکی یا کاراکتری (برای مثال HD44780 LCD) و منویی ساده استفاده می کنند. رابط کاربری می تواند شامل دکمه ها ، LED ها ، سنجشگر صفحه لمسی و موارد دیگر باشد.