نرم‌افزار تعبیه‌شده پیشرفته با STM32 ،FreeRTOS و Modbus

آنچه یاد خواهید گرفت:

• توسعه نرم‌افزار تعبیه‌شده با استفاده از FreeRTOS
• پیاده‌سازی درایورهای جانبی STM32 در سطح ثبات با استفاده از CMSIS، همراه با FreeRTOS برای همزمان سازی
• ادغام و پیکربندی FreeRTOS در یک پروژه ساختاریافته STM32.
• طراحی تسک‌های سطح کاربردی FreeRTOS برای جمع‌آوری داده، مدیریت خطا، پایش سلامت سیستم و ارتباطات.
• ساخت و ادغام یک فریم‌ورک سفارشی Modbus RTU با نگاشت ثبات
• استفاده از صف‌ها، سمافورها، میوتکس‌ها و نوتیفیکیشن‌های تسک در FreeRTOS برای همزمان سازی تسک‌ها و مدیریت منابع مشترک
• ترکیب درایورهای سنسور (SHT3x ،SGP40) و حافظه SPI FRAM در یک پروژه مقیاس‌پذیر سنسور کیفیت هوا
• درک معماری و جریان نرم‌افزار تعبیه‌شده با کمک نمودارها و طرح‌های مرجع
• کسب بینش درباره جریان، رفتار و طراحی با نمودارهای حرفه‌ای ارائه شده در طول دوره

پیش‌نیازهای دوره

• تجربه اولیه در برنامه‌نویسی سطح ثبات روی میکروکنترلرها
• آشنایی با اصول FreeRTOS (تسک‌ها، تأخیرها، استفاده اولیه)
• تسلط به برنامه‌نویسی Embedded C
• این دوره برای فراگیرانی طراحی شده است که قبلاً پیش‌زمینه‌ای در برنامه‌نویسی تعبیه‌شده دارند. این دوره برای مبتدیان مطلق نیست.

توضیحات دوره

اگر قبلاً اصول توسعه درایور STM32 یا FreeRTOS را بررسی کرده‌اید، ممکن است به دنبال گام بعدی باشید: راهی برای کنار هم قرار دادن این مهارت‌ها در یک پروژه حرفه‌ای و دنیای واقعی.

این دوره دقیقاً برای همین منظور طراحی شده است. شما یک پروژه کامل سنسور کیفیت هوای داخلی را از پایه می‌سازید و با استفاده از یک برد STM32 Nucleo، توسعه و ادغام درایورهای جانبی مبتنی بر CMSIS، تسک‌های FreeRTOS و فریم‌ورک سفارشی Modbus RTU را در یک پروژه نرم‌افزاری تعبیه‌شده ساختاریافته انجام خواهید داد.

با کار گام‌به‌گام در طراحی و پیاده‌سازی، نه تنها یاد می‌گیرید که این عناصر چگونه به صورت جداگانه کار می‌کنند، بلکه یاد می‌گیرید که چگونه آن‌ها را معماری، همزمان سازی و در یک اپلیکیشن منسجم دنیای واقعی ادغام کنید.

درباره دوره

ما با پایه شروع می‌کنیم:

• ادغام CMSIS برای توسعه سطح ثبات
• ادغام FreeRTOS به عنوان سیستم عامل بلادرنگ ما
• ایجاد تسک استارتاپ FreeRTOS
• تنظیم کلاک‌های سیستم و یک ساختار پروژه تمیز

از آنجا، پروژه را به صورت تدریجی می‌سازیم:

• نوشتن یک درایور GPIO تمیز و درایورهای UART، SPI و I2C غیرمسدودکننده که از سمافورهای FreeRTOS برای همزمان سازی استفاده می‌کنند.
• توسعه تسک‌های FreeRTOS سطح کاربردی برای مدیریت جمع‌آوری داده، پردازش و ارتباطات
• افزودن سخت‌افزار خارجی: سنسورهای محیطی Sensirion (مانند SHT3x ،SGP40) و یک درایور FRAM سفارشی روی SPI برای ذخیره‌سازی داده‌
• ادغام یک فریم‌ورک سفارشی Modbus RTU و سپس ساخت تسک‌های سطح کاربردی که از ارتباطات و مدیریت داده پشتیبانی می‌کنند.

هر قطعه گام‌به‌گام اضافه می‌شود تا شما نه تنها کد، بلکه استدلال پشت انتخاب‌های طراحی را نیز ببینید.

نتیجه مورد نظر

تا پایان دوره، شما خواهید داشت:

• یک پروژه سنسور کیفیت هوا کاملاً کارآمد که روی یک میکروکنترلر STM32 اجرا می‌شود.
• توانایی نوشتن درایورهای سطح ثبات با استفاده از CMSIS
• تجربه به کارگیری مکانیسم‌های همزمان سازی FreeRTOS (صف‌ها، سمافورها، میوتکس‌ها و نوتیفیکیشن‌های تسک)
• دانش عملی ادغام و پیاده‌سازی Modbus RTU
• درک واضحی از چگونگی ساختاردهی و رشد پروژه‌های تعبیه‌شده حرفه‌ای

این دوره درباره دموهای جداگانه نیست. درباره یادگیری چگونگی ساخت نرم‌افزار تعبیه‌شده به شیوه‌ای است که در محیط‌های توسعه واقعی انجام می‌شود.

سایر نکات برجسته قابل توجه

• استفاده از سبک برنامه‌نویسی ماژولار و حرفه‌ای در سراسر دوره.
• درایورهای I2C ،SPI و UART پیاده‌سازی شده با همزمان سازی FreeRTOS برای عملکرد غیرمسدودکننده
• مدیریت خطا، پایش سلامت سیستم، جمع‌آوری داده سنسور، Modbus Slave و مدیریت داده Modbus پیاده‌سازی شده به عنوان تسک‌های FreeRTOS
• توسعه تدریجی پروژه به صورت گام‌به‌گام
• ادغام دنیای واقعی سنسورها و حافظه خارجی

سخت‌افزار

بورد STM32F446RE Nucleo (توصیه شده)

• بخش بزرگی از دوره را می‌توان تنها با استفاده از این برد تکمیل کرد، بنابراین می‌توانید بلافاصله شروع کنید.
• سنسورهای خارجی (دما/رطوبت I2C و شاخص VOC) و SPI FRAM می‌توانند پس از تهیه ادغام شوند.

نرم‌افزار

• STM32CubeIDE
• یک ابزار Modbus Master (مانند Simply Modbus Master) برای تست ارتباطات

این دوره برای چه کسانی مناسب است؟

• توسعه‌دهندگان تعبیه‌شده که می‌خواهند فراتر از دموهای ساده بروند و یاد بگیرند چگونه یک پروژه حرفه‌ای STM32 را ساختاردهی کنند.
• مهندسان با دانش اولیه STM32 و FreeRTOS که می‌خواهند درایورها، تسک‌ها و پروتکل‌های ارتباطی را در یک اپلیکیشن دنیای واقعی ادغام کنند.
• فراگیرانی که قصد دارند یک پروژه تعبیه‌شده کامل (سنسور کیفیت هوای داخلی) بسازند و در عین حال بر درایورهای مبتنی به CMSIS، همزمان سازی FreeRTOS و ادغام Modbus مسلط شوند.