دوره طراحی نرم‌افزار کارا و پایدار برای میکروپروسسورها: راهنمای عملی برای مهندسان نهفته همراه با فلش‌کارت آموزشی — ارائه روی فلش مموری

📚 کتاب آموزشی جامع

📚 اطلاعات کتاب

عنوان کتاب: کتاب طراحی نرم‌افزار کارا و پایدار برای میکروپروسسورها: راهنمای عملی برای مهندسان نهفته

موضوع کلی: سیستم‌های نهفته

موضوع میانی: طراحی نرم‌افزار در سیستم‌های نهفته

📋 سرفصل‌های کتاب (100 موضوع)

• 1. مقدمه‌ای بر سیستم‌های نهفته و میکروپروسسورها
• 2. تفاوت میکروپروسسور، میکروکنترلر و DSP
• 3. معماری‌های پردازنده: Von Neumann در مقابل Harvard
• 4. معماری مجموعه دستورات (ISA): CISC در مقابل RISC
• 5. مروری بر حافظه: RAM، ROM، Flash و EEPROM
• 6. محیط توسعه یکپارچه (IDE) و زنجیره ابزار (Toolchain)
• 7. کامپایلر، اسمبلر، لینکر و لودر
• 8. مبانی زبان C برای سیستم‌های نهفته
• 9. سیستم‌های عددی: باینری، هگزادسیمال و اندیاننس (Endianness)
• 10. عملگرهای بیتی (Bitwise Operations) و کاربردهای آن
• 11. ساختار یک پروژه نرم‌افزار نهفته
• 12. فرآیند Build: از کد منبع تا فایل باینری
• 13. برنامه‌نویسی "Hello World" در سیستم‌های نهفته: چشمک زدن LED
• 14. مبانی پورت‌های ورودی/خروجی عمومی (GPIO)
• 15. پیکربندی GPIO به عنوان خروجی
• 16. پیکربندی GPIO به عنوان ورودی: Pull-up و Pull-down
• 17. نقشه حافظه (Memory Map) و رجیسترهای پریفرال
• 18. مقدمه‌ای بر وقفه‌ها (Interrupts)
• 19. جدول بردار وقفه (Interrupt Vector Table)
• 20. نوشتن روتین‌های سرویس وقفه (ISR)
• 21. اولیت‌بندی و تو در تویی وقفه‌ها (Interrupt Priority and Nesting)
• 22. عیب‌یابی وقفه‌ها و خطاهای رایج
• 23. مقدمه‌ای بر تایمرها و کانترها
• 24. استفاده از تایمر برای ایجاد تأخیرهای دقیق
• 25. تولید موج PWM با استفاده از تایمرها
• 26. حالت Input Capture برای اندازه‌گیری فرکانس و دوره تناوب
• 27. ارتباط سریال ناهمزمان: مبانی UART/USART
• 28. پیکربندی و ارسال داده از طریق UART
• 29. دریافت داده از طریق UART و مدیریت بافر
• 30. مقدمه‌ای بر پروتکل SPI
• 31. پیاده‌سازی ارتباط Master/Slave در SPI
• 32. مدیریت چندین دستگاه Slave در باس SPI
• 33. مقدمه‌ای بر پروتکل I2C
• 34. آدرس‌دهی و ارتباط Master/Slave در I2C
• 35. مفاهیم پیشرفته I2C: Clock Stretching و Multi-Master
• 36. مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC): مبانی و مفاهیم
• 37. خواندن مقادیر آنالوگ با استفاده از ADC
• 38. مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) و کاربردهای آن
• 39. کنترلر دسترسی مستقیم به حافظه (DMA)
• 40. کاهش بار پردازنده با استفاده از DMA
• 41. مبانی ساختارهای داده برای سیستم‌های نهفته
• 42. بافرهای دایره‌ای (Circular Buffers) و کاربرد آن در ارتباط سریال
• 43. لیست‌های پیوندی (Linked Lists) در محیط‌های با حافظه محدود
• 44. جداول جستجو (Lookup Tables) برای بهینه‌سازی محاسبات
• 45. اصول طراحی ماژولار و کپسوله‌سازی
• 46. لایه انتزاع سخت‌افزار (HAL - Hardware Abstraction Layer)
• 47. طراحی درایورهای دستگاه (Device Drivers)
• 48. ماشین‌های حالت متناهی (Finite State Machines)
• 49. پیاده‌سازی ماشین حالت با استفاده از switch-case
• 50. پیاده‌سازی ماشین حالت با اشاره‌گر به تابع
• 51. مدیریت خطا و استثناها در سیستم‌های نهفته
• 52. استفاده از Assertions برای اعتبارسنجی در زمان توسعه
• 53. طراحی سیستم‌های مقاوم در برابر خطا (Fault-Tolerant)
• 54. بوت‌لودر (Bootloader) چیست و چرا به آن نیاز داریم؟
• 55. طراحی و پیاده‌سازی یک بوت‌لودر ساده
• 56. مقدمه‌ای بر مفاهیم بی‌درنگ (Real-Time)
• 57. سیستم‌های بی‌درنگ سخت، نرم و سفت (Hard, Soft, Firm)
• 58. طراحی مبتنی بر حلقه اصلی (Super-loop)
• 59. معایب و محدودیت‌های طراحی Super-loop
• 60. مقدمه‌ای بر سیستم‌عامل‌های بی‌درنگ (RTOS)
• 61. مفهوم وظیفه (Task) و وضعیت‌های آن
• 62. زمان‌بند (Scheduler) و انواع آن: انحصاری و قبضه‌ای
• 63. مفهوم تعویض زمینه (Context Switching)
• 64. ایجاد و مدیریت وظایف در یک RTOS
• 65. ارتباط بین وظایف (Inter-Task Communication)
• 66. صف‌ها (Queues) برای ارسال داده بین وظایف
• 67. سمافورها (Semaphores): سمافور باینری و شمارشی
• 68. میوتکس‌ها (Mutexes) برای حفاظت از منابع مشترک
• 69. مشکل وارونگی اولویت (Priority Inversion) و راه‌حل آن
• 70. Event Flags برای همگام‌سازی وظایف
• 71. مدیریت حافظه در RTOS: تخصیص حافظه استاتیک و دینامیک
• 72. تیک سیستم (System Tick) و مدیریت زمان
• 73. طراحی یک برنامه چندوظیفه‌ای ساده با RTOS
• 74. مقدمه‌ای بر بهینه‌سازی نرم‌افزار
• 75. بهینه‌سازی برای سرعت اجرا
• 76. بهینه‌سازی برای حجم کد (Code Size)
• 77. بهینه‌سازی برای مصرف توان
• 78. استفاده هوشمندانه از دستور inline
• 79. تکنیک‌های نوشتن کد C بهینه
• 80. استفاده از فلگ‌های بهینه‌سازی کامپایلر
• 81. تایمر نگهبان (Watchdog Timer) و کاربرد آن
• 82. حالت‌های کم‌مصرف (Low-Power Modes) در میکروکنترلرها
• 83. طراحی نرم‌افزار برای سیستم‌های با توان مصرفی پایین
• 84. مبانی دیباگ و عیب‌یابی
• 85. استفاده از دیباگر سخت‌افزاری: Breakpoint و Watchpoint
• 86. تکنیک‌های لاگ‌گیری و Tracing
• 87. تحلیل استاتیک کد (Static Code Analysis)
• 88. مقدمه‌ای بر تست نرم‌افزار نهفته
• 89. تست واحد (Unit Testing) برای کد C
• 90. تست یکپارچه‌سازی (Integration Testing) روی سخت‌افزار هدف
• 91. تست در حلقه سخت‌افزار (Hardware-in-the-Loop)
• 92. اصول کدنویسی ایمن و استانداردها (MISRA C)
• 93. مدیریت پیکربندی و تنظیمات در حافظه پایدار
• 94. طراحی رابط خط فرمان (CLI) برای دیباگ و پیکربندی
• 95. مقدمه‌ای بر سیستم‌های فایل برای حافظه‌های Flash
• 96. مبانی امنیت در سیستم‌های نهفته
• 97. مفاهیم رمزنگاری و حفاظت از داده‌ها
• 98. بوت امن (Secure Boot) و به‌روزرسانی امن (Secure OTA)
• 99. مروری بر معماری‌های پیشرفته: ARM Cortex-M
• 100. پایان‌بندی و جمع‌بندی دوره