آموزش سیستم عامل FreeRTOS با آردوینو

سیستم عامل ها ( RTOS ها )  در امبدد سیستم ها انواع مختلفی دارند، از این بین سیستم عامل بلادرنگ FreeRTOS سیستم عاملی محبوب، قابل اجرا حتی بر روی آردوینو است. (تا حالا به مولتی تسکینگ در آردوینو فکر کردید؟) همینطور بر روی میکروکنترلرهای ARM ، نظیر STM32، LPC و …، حتی میکروهای ساده ی 8 بیتی نظیر AVR و پردازنده های بسیار زیاد دیگری قابل استفاده است. چرا آموزش RTOS مهم است؟ در دنیای میکروکنترلرها و امبدد سیستم ها، سیستم عامل های بی درنگ( RTOS ها) یک پاسخ قطعی برای پروژه های پیچیده ی امروزی و پروژه هایی که نیاز به انجام چند کار به صورت همزمان (مولتی تسکینگ Multi-Tasking) دارند هستند. برنامه نویسی RTOS برای میکروکنترلرها مزایای بسیار زیادی دارد که در ادامه با جزئیات بیشتری به آن می پردازیم. از این رو آموزش سیستم عامل RTOS در گذشته یک برتری اما در آینده نزدیک تبدیل به یک ضرورت می شود.در این دوره با مفاهیم صف queue ، سمافور Semaphore ، میوتکس Mutex و … که اساس مفاهیم سیستم عامل را شکل می دهند آشنا می شویم.

چرا FreeRTOS با آردوینو؟

بعد از ارائه شدن دوره FreeRTOS با STM32 ، که دوره ای جامع و تخصصی در زمینه پیاده سازی سیستم عامل FreeRTOS بر روی میکرو STM32 است، با توجه به درخواست ها برای پیاده سازی سیستم عامل روی میکروهای 8 بیتی نظیر AVR، اقدام به طراحی آموزش پیش رو کردیم. آموزش سیستم عامل بلادرنگ Free RTOS با آردوینو به علاقه مندانی که با آردوینو و AVR کار می کنند، این امکان را می دهد که فرایند یادگیری را راحتتر دنبال کنند. بعد از مشاهده این دوره، در صورتی که تصمیم گرفتید حرفه ای تر وارد بحث سیستم عامل شوید توصیه می شود از دوره FreeRTOS با STM32 استفاده نمایید که بحث های سیستم عاملی با جزئیات بیشتری بررسی می شود.

انواع روش های برنامه نویسی میکروکنترلرها

به طور عمده، برنامه نویسی برای میکروکنترلرها به سه روش امکان پذیر است.

1. Bare metal
2. RTOS
3. OS

سیستم عامل بلادرنگ یا RTOS چیست ؟ (Real Time Operating System)

روش مرسوم برنامه نویسی میکروکنترلرها bare metal بوده است که رفته رفته به دلیل پیچیده تر شدن نیاز بازار و به دنبال آن پردازنده ها، نیاز به روش های جدیدی برای اطمینان بیشتر از صحت کارکرد برنامه، پاسخگویی به کاربردهای بلادرنگ سخت و امکانات جدیدی نظیر ارتباط با لایه شبکه، طراحی رابط گرافیکی و … است.

با تحولی که دنیای امبدد سیستم ها در عصر اینترنت اشیاء IoT  تجربه می کند، استفاده از روش برنامه نویسی RTOS تبدیل به یک ضرورت شده است.

پیشنیازها

• دوره آموزش آردوینو Arduino

چرا آموزش RTOS ؟ بررسی مزایا

1. افزایش خوانایی برنامه
2. افزایش قابلیت نگهداری
3. ارتقاء برنامه را امکان پذیر می کند
4. سرعت پیش برد برنامه نویسی را افزایش می دهد
5. استفاده بهینه از قدرت پردازشی پردازنده
6. کنترل بهینه مصرف انرژی پردازنده
7. پروژه را به وظایف جداگانه و مستقل ریز می کند
8. وظایف به صورت جداگانه و مستقل قابل پیاده سازی هستند
9. پیاده سازی بخش های مختلف برنامه کمترین تاثیر را روی همدیگر می گذارند
10. برنامه را کپسوله می کند
11. کار گروهی را امکان پذیر می کند
12. کاربردهای بلادرنگ سخت را تضمین می کند
13. در کاربردهای انتقال اطلاعات بر بستر اینترنت جزء ضروریات است
14. در کاربردهای کار با LCD های گرافیکی و تاچ و طراحی UI جزء ضروریات است
15. و …

نمونه ویدئوهای دوره برنامه نویسی FreeRTOS

ویدئو 1: بلادرنگ و یا Real-Time چیست؟

ویدئو 2: شروع سریع در محیط Arduino IDE و پیاده سازی اولین پروژه به روش RTOS

ویدئو 3: شروع سریع در محیط VSCode و پیاده سازی اولین پروژه به روش FreeRTOS

ضرورت استفاده از سیستم عامل زمان واقعی RTOS

در گذشته میکروکنترلرها ساده بودند و پروژه ها نیز به طبع آن دارای پیچیدگی زیادی نبودند. بعضا برنامه ها به زبان اسمبلی نوشته می شد. نیازمندی امروز بازار و سرعت ارائه محصول به بازار (Time to Market) امروز این امکان را به برنامه نویسان امبدد سیستم ها نمی دهد که به روش سنتی کار کنند. چرا که محصول با روش های سنتی هرگز به موقع لانچ (launch) نخواهد شد، بعضا پیاده سازی قابلیت های پیچیده نظیر استک TCP/IP و UI و.. ها به روش سنتی امکان پذیر نیست یا به عبارت دیگر در مرحله ی عمل اصلا بهینه نخواهد بود و به حد یک محصول نمی توان به آن نگاه کرد. جدا از اینکه برنامه ی نهایی صرفا یک کلاف سردرگم خواهد شد.

برنامه نویسی به روش سیستم عامل RTOS برای میکروکنترلرها امروز یک روش رایج در دنیا است. سیستم عامل FreeRTOS قابلیت این را دارد که روی پردازنده های کوچک 8 بیتی نیز پیاده سازی شود. استفاده از Free RTOS بر روی میکروکنترلرهای ARM روش بسیار مرسومی در دنیا برای پیاده سازی پروژه ها است.

اهمیت آموزش RTOS در بازارکار

در این دوره کنجکاوی شما در استفاده از سیستم عامل با استفاده از یک سخت افزار ارزان قیمت مرتفع می شود. همینطور با مفاهیم و دید سیستم عاملی آشنا می شوید. اما به طور کلی آشنایی با RTOS ها در بازار امروز ایران تنها یک برتری نیست، بلکه در سال های اخیر رفته رفته تبدیل به یک ضرورت شده است. از آنجایی که برنامه نویسی به سبک سیستم عامل یک دید متفاوت نسبت به روش پیاده سازی پروژه است، مهم است که با تسلط به مفاهیم سیستم عاملی و مدیریت حافظه شروع به پیاده سازی پروژه ای با روش RTOS کنید، دانش ناکافی و دید ناکامل نسبت به سیستم عامل RTOS در زمان پیاده سازی پروژه شما را درگیر مشکلات جدی در روند اجرا می کند. لذا بسیار مهم است که به مفاهیم و امکانات سیستم عامل RTOS مسلط باشید. این امر کاملا با آموزش مرتفع می شود و بعد از مدتی تمرین کاملا در وجود برنامه نویس می تواند ذوب بشود.

روش مشاهده دوره FreeRTOS با آردوینو

• دوره های ما با سناریوی خاصی طراحی شده و داستانوار هستند، همینطور تمام مثال هایی که بررسی میشوند هدفمند هستند و قرار است ناخودآگاه مسائل ریشه ای را در ذهن شما هک کند.
• بدون شک نت برداری و اجرای همزمان پروژه ها در زمان دیدن آموزش ها، کیفیت یادگیری شما رو چند برابر میکند.
• اگر قبلا آموزش هایی دیدید، مطمئن بشید که ظرفتون رو خالی میکنید تا فضای کافی برای جذب اطلاعات دوره رو داشته باشید.
• اگر بخشی را از قبل آشنایی دارید، پرش نکنید! سرعت پلی بک ویدئو را افزایش دهید و با سرعت بیشتر مرور کنید، مطمئن باشید کلی نکات ریشه ای در انتظار شماست!
• اگر تازه کار هستید و سرعت انتقال اطلاعات برای شما زیاد است، سرعت پلی بک ویدئو را کاهش دهید، گاهی ویدئو را پاز کنید و نکات را به زبان خودتان یادداشت کنید! در پایان دوره توانمندی های شما متحول خواهد شد!
• بنابراین مهم است که آموزش ها از جلسه اول یکی یکی مشاهده شوند و تا آموزش جلسه اول تمام نشده، جلسه دوم شروع نشود.
• لذا برای اطمینان از این مورد، در زمان تهیه دوره، به چند بخش اولیه مطالب دوره دسترسی خواهید داشت، به مرور بعد از به پایان رساندن بخش اولیه دوره، بخش دوم به صورت خودکار برای شما فعال خواهد شد. (اگر نشد چی؟ به پشتیبانی واتساپ پیام بدید تا براتون فعال کنن!)
• خوشحال میشیم فیدبک های شما رو در کنار نظرات سایر شرکت کنندگان در بخش نظرات دوره داشته باشیم. ما همواره در تلاشیم کیفیت دوره هامون رو افزایش بدیم و این امر تنها با فیدبک های شما ممکن است. سپاس که برای نظر دادن وقت میگذارید.

چرا این دوره آموزش FreeRTOS بهترینه؟

• از جنبه های مختلف اگر بخوایم بررسی کنیم، برای تعیین سرفصل های دوره پیش رو، تمام کتاب ها و آموزش های موجود به زبان اصلی در بازه چند ماهه مطالعه و بررسی شده. علاوه بر این از نگاه کاربردی کمبودها شناسایی شده و با سالها تجربه و فعالیتم در حوزه ی FreeRTOS آمیخته شده. به این ترتیب به جرات می توان گفت کامترین سرفصل ها و آموزش های کاربردی موجود در این دوره جمع آوری شده است.
• مهمتر از همه اینکه دوره همیشه آپدیت می شود و به رایگان در اختیار علاقه مندانی که از قبل محصول را تهیه کرده اند قرار می گیرد. به این صورت خیالتون راحت خواهد بود که همیشه به مطالب به روز در حوزه FreeRTOS و در سطح جهانی دسترسی خواهید داشت.
• مبلغ در نظر گرفته شده برای این دوره در قبال سال ها تجربه و مطالعه در این حوزه، با وجود تخصصی بودن، کاملا ناچیز است و قطعا با مشاهده این دوره مهارت های شما یک سر و گردن بالاتر می رود. با برنامه نویسی به روش سیستم عامل بلادرنگ RTOS دید جدیدی برای برنامه نویسی میکروکنترلر پیدا خواهید کرد و آینده شغلی بهتری را می توانید رقم بزنید.
• بنابراین با تهیه این دوره به بهای ناچیزی می توانید چند سال از عمر خود را جلو جلو بخرید. اگر هرچیزی رو بخواهید سعی و خطا کنید، عمر آدمی کفاف نمی ده، مهمه که از تجربه افراد متخصص در این حوزه استفاده کنید و زمان و انرژی خودتون رو save کنید!