हेलो, हेब्र! मैं आपके लिए क्रिस एसवीसी के लेखों का अनुवाद प्रस्तुत करता हूं, मूल यहाँ है । लाइसेंस CC-A-NC-ND के तहत लेखक की अनुमति के साथ प्रकाशित ।

एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101: परिचय

मैं फर्मवेयर विकास पर ट्यूटोरियल की एक श्रृंखला शुरू कर रहा हूं। हम एक साधारण माइक्रोकंट्रोलर का वर्णन करके शुरू करेंगे, और जब आप समझेंगे कि यह कैसे काम करता है, तो हम यह समझने के लिए इसे विकसित करेंगे कि यह Fitbit या Nest जैसे जटिल प्रणालियों के संबंध में कैसे काम करता है।
मैंने इस श्रृंखला को एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101 कहा है, और यह इस सप्ताह इस ब्लॉग पर यहीं से शुरू होती है।

आगे स्पष्टीकरण और विवरण के लिए पढ़ें।

कुछ बिल्डिंग ब्लॉक्स दूसरे बिल्डिंग ब्लॉक्स पर।

मैं 14 साल से एम्बेडेड सिस्टम और माइक्रोचिप्स के विकास पर काम कर रहा हूं। मुझे एम्बेडेड सिस्टम पसंद है - हार्डवेयर, सॉफ्टवेयर, और सीमाएं जो उन्हें एक साथ बांधती हैं।
एमेच्योर इलेक्ट्रॉनिक्स और विचारों जैसे कि अरुडुइनो , एडैफ्रूट और स्पार्कफुन ने सप्ताहांत (या एक महीने, या एक सेमेस्टर) पर हार्डवेयर और सॉफ़्टवेयर से आसानी से कुछ फेंकना संभव बना दिया, जिससे कुछ नया, दिलचस्प और यहां तक कि उपयोगी भी हो सकता है।

यह बहुत अच्छा है! लोगों को बनाने का अवसर देना एक आश्चर्यजनक बात है; अगर मैं खुद को कठोर रूप से व्यक्त करना चाहता था, तो मैं आकांक्षापूर्वक इसे "लोकतंत्रीकरण प्रौद्योगिकी" कहूंगा।

अधिकांश शौकिया परियोजनाएँ एक बार की हैं। आप कुछ इकट्ठा करते हैं, इसे उतना ही अच्छा बनाते हैं जितना आपके पास पर्याप्त समय या ऊर्जा है, और आगे बढ़ें।
मैंने स्पेक्ट्रम के विपरीत छोर पर अपना करियर बिताया - ऐसे उत्पाद तैयार करना जो सैकड़ों हजारों या लाखों या अधिक प्रतियां हैं - और इसके लिए पूरी तरह से अलग सोच और व्यवस्थित दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है।

मैं लोगों को सिखाना चाहता हूं कि इस प्रकार की प्रणालियों के लिए फर्मवेयर कैसे लिखें। मैंने एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101 कोर्स / गाइड / बुक / ब्लॉग के लिए इस विचार का लंबे समय तक पालन किया है, और एंबेडेड.फ एम ब्लॉग के लिए धन्यवाद, मैं इसे अब लागू करना शुरू कर रहा हूं।

मैं एक मौलिक प्रकार का व्यक्ति हूं, इसलिए मेरी योजना मूल माइक्रोफ़ोन के सरल विवरण के साथ मूल बातें से शुरू करना है, और इस आधार को विकसित करना है जब तक आप समझते हैं कि एक अपेक्षाकृत जटिल एम्बेडेड सिस्टम कैसे काम करता है।

मेरा लक्ष्य है कि इस चक्र के अंत तक आप यह पता लगा सकते हैं कि फिटबिट कैसे काम करता है, एक नेस्ट थर्मोस्टैट, या एक समान एम्बेडेड सिस्टम। आप पेशेवर अनुभव का उपयोग करके एम्बेडेड सॉफ्टवेयर सिस्टम के साथ काम करना शुरू कर सकते हैं।

एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101 के लिए डिज़ाइन किया गया है:

कंप्यूटर विज्ञान, कंप्यूटर इंजीनियरिंग या इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में विश्वविद्यालय के स्नातक, एम्बेडेड सिस्टम में रुचि रखते हैं।
एमेच्योर इलेक्ट्रॉनिक्स उत्साही जो अधिक गहराई से समझना चाहते हैं कि उनका सिस्टम अरुडिनो पर कैसे काम करता है, और यह पता करें कि वे कैसे आगे बढ़ते हैं (और यह आवश्यक है!)।
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मुझे यह कहने से क्या मतलब है कि मैं "मौलिक प्रकार का व्यक्ति" हूं? रिचर्ड फेनमैन , एक नोबेल पुरस्कार विजेता भौतिक विज्ञानी और उत्कृष्ट कहानीकार, ने इसे सर्वोत्तम संभव तरीके से रखा: "मैं क्या नहीं बना सकता, मैं समझ नहीं पाया।"

इसलिए, मैं फेनमैन नहीं हूं, लेकिन मुझे यकीन है कि सिस्टम को समझने का सबसे अच्छा तरीका मूल बातें से शुरू करना है। इस समझ के साथ, आप सरल सॉफ्टवेयर के साथ सरल एम्बेडेड सिस्टम बना सकते हैं। और पहले से ही एक बहुत ही सरल कार्यक्रम को समझने के बाद, आप इसे और अधिक जटिल सॉफ़्टवेयर बनाकर विकसित कर सकते हैं जैसा कि अनुभव बढ़ता है।

पहली जगह में मूल बातें - यह केवल मेरी व्यक्तिगत दृढ़ विश्वास है। कई लोगों ने किसी भी मूल बातें को समझने के बिना अरुडिनो के साथ उपयोगी चीजें बनाईं। लेखों की यह श्रृंखला उन लोगों के लिए है जो अभी भी मूल बातें और उन सभी चीजों को समझना चाहते हैं जो उन पर बनाई गई हैं।

बेशक, हमें खुद से पूछना चाहिए - इन "मूल" के साथ शुरू करने के लिए सही स्तर कहां है? ट्रांजिस्टर और तर्क द्वार? नहीं, यह फर्मवेयर के साथ शुरू करने के लिए बहुत कम है। आम सेंसर से कनेक्ट करें? नहीं, यह बहुत ऊंचा स्तर है, इसे शुरू करने के लिए बहुत अधिक ज्ञान लगता है।

मुझे लगता है कि मूल स्तर का सही स्तर अंतर्निहित माइक्रोप्रोसेसर है। अंतर्निहित माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग करने के लिए भौतिकी या इलेक्ट्रॉनिक्स को समझना आवश्यक नहीं है, प्रोग्रामिंग में विशेषज्ञ होना भी आवश्यक नहीं है।

तो यह वह जगह है जहां हम अगले लेख में शुरू करेंगे।

पूर्वाग्रह चेतावनी: पिछले जन्म में, मैं एक वास्तुकार / प्रोसेसर डेवलपर था। सीपीयू कैसे काम करता है यह समझकर इस चक्र को शुरू करना एम्बेडेड सिस्टम को समझने का सबसे अच्छा तरीका नहीं हो सकता है, लेकिन यह मेरा दिमाग कैसे काम करता है। यदि आप कई लेखों के बाद इसे नहीं समझते हैं, तो अन्य पाठ्यक्रमों / मैनुअल आदि की कोशिश करना सुनिश्चित करें।

एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101: माइक्रोकंट्रोलर मूल बातें

हम एक मामूली माइक्रोकंट्रोलर के साथ एंबेडेड सॉफ्टवेयर एगिरिंग 101 की अपनी यात्रा शुरू करेंगे। एक माइक्रोकंट्रोलर (या माइक्रोप्रोसेसर) सभी कंप्यूटिंग सिस्टम, एम्बेडेड और अन्य का मुख्य बिल्डिंग ब्लॉक है।

एमके बल्कि जटिल लगता है, लेकिन इसमें तीन सरल चीजें शामिल हैं: निर्देश, रजिस्टर और मेमोरी। निर्देश वे चीजें हैं जिन्हें माइक्रोकंट्रोलर जानता है कि कैसे प्रदर्शन करना है। एक साधारण एमके इतना प्रदर्शन करने में सक्षम है - यह हो सकता है, उदाहरण के लिए, 20 या 30 निर्देश। बाद में इस चक्र में मैं टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स से MSP430 माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करूंगा, जिसमें केवल 27 निर्देश हैं।

एमके की तस्वीर (TI MSP430F5529)

ये 27 निर्देश एमएसपी 430 ही कर सकते हैं। वह दो संख्याओं को जोड़ सकता है, एक संख्या से दूसरे को घटा सकता है, संख्याओं को एक स्थान से दूसरे स्थान पर ले जा सकता है या 24 अन्य सरल ऑपरेशन कर सकता है। 27 संचालन कुछ उपयोगी करने के लिए पर्याप्त नहीं लग सकते हैं, लेकिन वास्तव में वे किसी भी बोधगम्य कार्यक्रम को पूरा करने के लिए पर्याप्त होंगे।

खैर, इसका मतलब है कि माइक्रोकंट्रोलर के पास निर्देश हैं जो संख्याओं के साथ कुछ करते हैं। लेकिन ये नंबर कहां हैं? रजिस्टर और स्मृति! निर्देश संख्याओं के साथ काम करते हैं जो रजिस्टरों और मेमोरी में संग्रहीत होते हैं।

रजिस्टर एक बहुत तेज़ रिपॉजिटरी हैं जिसमें संख्याएँ निर्देश पर संचालित होती हैं। आप उन्हें निर्देशों द्वारा उपयोग किए जाने वाले नोटपैड के रूप में सोच सकते हैं। एमके में कुछ रजिस्टर होते हैं, आमतौर पर 8-32। उदाहरण के लिए, MSP430 में 16 रजिस्टर हैं।

मेमोरी भी संख्याओं के लिए भंडारण है, लेकिन यह रजिस्टरों की तुलना में बहुत बड़ा और धीमा है। माइक्रोकंट्रोलर में 64 केबी, 256 केबी या 1 एमबी से अधिक मेमोरी हो सकती है। MSP430F5529 में लगभग 128 kB मेमोरी है; यह इसके रजिस्टरों की संख्या से 8,000 गुना अधिक है!

इससे पहले कि हम उदाहरणों को देखना शुरू करें, मैं आपसे एक कागज और एक कलम या पेंसिल प्राप्त करने का आग्रह करता हूं और इन उदाहरणों का अध्ययन करें। जो मैंने लिखा है उसे पढ़ने की तुलना में कागज पर उनका अध्ययन करना अधिक कठिन है। इस प्रकार, आप सावधानीपूर्वक प्रक्रिया का सामना करेंगे, और सीखे गए शब्दों को याद रखने की संभावना अधिक होगी।

आइए एक माइक्रोकंट्रोलर के एक काल्पनिक, लेकिन विशिष्ट उदाहरण को देखें।

बता दें कि हमारे एमके में 4 रजिस्टर और 8 मेमोरी सेल हैं। रजिस्टरों को आमतौर पर रचनात्मक रूप से कहा जाता है, उदाहरण के लिए, "R0", "R1", आदि, और हम ऐसा ही करेंगे। मेमोरी कोशिकाओं को आमतौर पर उनकी संख्याओं से संदर्भित किया जाता है, जिन्हें मेमोरी एड्रेस भी कहा जाता है, नंबर 0. से शुरू होता है। यह हमारे रजिस्टरों और मेमोरी को देखेगा:

और अब मैं उनमें कुछ मान डालूंगा:

अब, हमारे काल्पनिक माइक्रोकंट्रोलर को कुछ निर्देशों की आवश्यकता है।
निर्देशों का सेट जो एमके जानता है, उसे निर्देशों का सेट कहा जाता है। मान लीजिए कि सेट में तीन निर्देश होंगे: ADD (ऐड), SUB ("घटाना" के लिए छोटा - घटाना) और MOVE (चाल)। निर्देशों को उन नंबरों को प्राप्त करना चाहिए जिनसे वे कहीं से भी काम करते हैं, और उनके परिणाम भी कहीं पर डालते हैं, इसलिए उनमें से कुछ में इनपुट और आउटपुट डेटा कहां हैं, इसके बारे में जानकारी होती है।

उदाहरण के लिए, हमारे ADD निर्देश में दो स्रोत और एक डेटा रिसीवर है, और उन सभी को रजिस्टर होना चाहिए। मैनुअल इस निर्देश का इस तरह वर्णन कर सकता है:

ADD regist, regPrm
ADD निर्देश regPrm रजिस्टर के मूल्य में regGist रजिस्टर का मूल्य जोड़ता है और regPrm रजिस्टर में परिणाम बचाता है
सारांश: regPrm = regGist + regPrm
उदाहरण: ADD R1, R2 ऑपरेशन R2 = R1 + R2 निष्पादित करता है।

यह आमतौर पर किसी एक स्रोत को रिसीवर के रूप में उपयोग करने के निर्देशों में स्वीकार किया जाता है, जैसा कि ADD निर्देश करता है, डेटा के स्रोत और रिसीवर के रूप में regPrm का उपयोग करता है।

"ADD R1, R2" एक माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक असेंबलर भाषा है, यह एक देशी प्रोग्रामिंग भाषा एमके है।

आइए SUB को उसी शैली में परिभाषित करते हैं:

SUB regist, regrpm
SUB निर्देश रजिस्ट्रार रजिस्टर के मूल्य से रजिस्ट्रार रजिस्टर के मूल्य को घटाता है और परिणाम को regprm रजिस्टर में संग्रहीत करता है।
सारांश: regPrm = regPrm - regist
उदाहरण: SUB R3, R0 ऑपरेशन R0 = R0 - R3 करता है।

अंत में, MOVE निर्देश के पास एक स्रोत और एक रिसीवर होना चाहिए, और या तो:

दोनों तर्क या तो रजिस्टर हैं
एक एक रजिस्टर है और एक मेमोरी लोकेशन है।

निर्देश सेट गाइड पढ़ेगा:

1. रजिस्टर करें, रजिस्टर करें
। 2. रजिस्टर करें, रजिस्टर करें ।
3. रजिस्टर करें,
रिमव्यू निर्देश को पूर्व में दिए गए तर्क प्रत से डेटा को Prm में कॉपी करता है।
सारांश: तीन प्रकार के MOVE निर्देश हैं
। regPrm = regist
2.regPm = memist
3. memPm = reg
उदाहरण: मैं इस पोस्ट में बाद में MOVE निर्देश के उदाहरण दिखाऊंगा।

इस निर्देश के लिए उपयोग किए जाने वाले शब्द "चाल" के बारे में एक नोट: अधिकांश अनुदेश सेट इसका उपयोग करते हैं, हालांकि वास्तव में डेटा कॉपी किया जाता है, स्थानांतरित नहीं किया जाता है।

"चाल" नाम यह धारणा दे सकता है कि निर्देश का ऑपरेंड स्रोत नष्ट या साफ़ हो गया है, लेकिन वास्तव में यह अकेला रहता है, केवल रिसीवर संशोधित किया गया है।
आइए हमारे काल्पनिक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके कुछ उदाहरणों के माध्यम से चलते हैं।
शुरुआत में, हमारे रजिस्टर और मेमोरी इस तरह दिखते हैं:

अब हम एमके पर निम्नलिखित निर्देश को निष्पादित करते हैं:

ADD R1, R2

यह आर 1 का मूल्य लेता है, इसे आर 2 के मूल्य में जोड़ता है, और परिणाम को आर 2 में संग्रहीत करता है। प्रोसेसर एक ऑपरेशन में अधिकांश निर्देशों को निष्पादित करता है, लेकिन मैं प्रत्येक एडीडी, सब और निष्पादन के निष्पादन को कई चरणों में "=>" तीर के साथ विभाजित करूंगा, जो प्रतिस्थापन (रजिस्टर / मेमोरी => मूल्य) के माध्यम से होता है:

R2 = R1 + R2 =>
R2 = 37 + 100 =>
R2 = 137

इस निर्देश को निष्पादित करने के बाद, मेमोरी अपरिवर्तित है, लेकिन रजिस्टर अब निम्नानुसार दिखते हैं, लाल रंग में लिखे गए मूल्य के साथ:

ध्यान दें कि आर 1 अपरिवर्तित है; केवल रिसीवर रजिस्टर आर 2 बदल गया है।
आगे चलिए SUB स्टेटमेंट आज़माते हैं:

SUB R3, R0

वह R3 का मान लेता है, R0 के मान से घटाता है, और R0 में परिणाम को संग्रहीत करता है:

R0 = R0 - R3 =>
R0 = 42 - 2 =>
R0 = 40

इस निर्देश को निष्पादित करने के बाद, मेमोरी अपरिवर्तित है, लेकिन रजिस्टर अब इस तरह दिखते हैं:

अंत में, आइए MOVE निर्देश के कुछ संस्करणों की कोशिश करें:

MOVE R2, R0

यह MOVE निर्देश R2 से R0 के मान की प्रतिलिपि बनाता है:

R0 = R2 =>
R0 = 137

और अब रजिस्टर इस तरह दिखते हैं:

अगला, हम रजिस्टर को मेमोरी में कॉपी करते हैं:

MOVE R3, [3]

यह निर्देश निर्देश R3 को स्मृति स्थान 3 पर कॉपी करता है। हमारे निर्देश सेट में वर्ग कोष्ठक मेमोरी सेल हैं।

[3] = R3 =>
[3] = 2

रजिस्टर अपरिवर्तित हैं, लेकिन स्मृति बदल जाती है:

और हमारे अंतिम उदाहरण के लिए, हम स्मृति से रजिस्टर करने के लिए मूल्य की प्रतिलिपि बनाते हैं:

MOVE [6], R0

यहाँ, मेमोरी सेल 6 का मान रजिस्टर R0 में कॉपी किया गया है:

R0 = [6] =>
R0 = 1

स्मृति अपरिवर्तनीय है, और रजिस्टर अब इस तरह दिखते हैं:

मानो या न मानो, लेकिन अगर आप ज्यादातर समझते हैं कि हमने निर्देशों, रजिस्टरों और मेमोरी के बारे में क्या चर्चा की है, तो आप माइक्रोकंट्रोलर और असेंबली भाषा की मूल बातें समझते हैं।

बेशक मैंने कई विवरणों को छोड़ दिया है। उदाहरण के लिए, एमके को निष्पादित करने के निर्देश कैसे मिलते हैं?

क्या केवल सरल गणित और कॉपी निर्देशों की तुलना में कोई और दिलचस्प निर्देश हैं? स्मृति रैम या फ्लैश के समान है, या नहीं?

इन सवालों के जवाब हम अगले लेख में देंगे।

फर्मवेयर विकास: परिचय

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एंबेडेड सॉफ्टवेयर इंजीनियरिंग 101: माइक्रोकंट्रोलर मूल बातें

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