برنامه‌نویسی بدون سیستم‌عامل یا Bare-Metal، به معنای تعامل مستقیم و بدون واسطه با سخت‌افزار میکروکنترلر است. این رویکرد، درک عمیق‌تری از نحوه عملکرد اجزای داخلی، مدیریت حافظه، و بهینه‌سازی کد را به شما می‌بخشد. در بسیاری از کاربردهای حیاتی و زمان‌بندی دقیق، مانند دستگاه‌های پزشکی، سیستم‌های کنترل صنعتی و تجهیزات نظامی، برنامه‌نویسی Bare-Metal یک ضرورت است. این دوره با استفاده از میکروکنترلر TM4C123، که یک پلتفرم ایده‌آل برای شروع یادگیری Cortex-M است، به شما این فرصت را می‌دهد که مهارت‌های بنیادین و بسیار کاربردی را کسب کنید. برخلاف دوره‌هایی که تنها به استفاده از کتابخانه‌های سطح بالا می‌پردازند، این دوره شما را قادر می‌سازد تا رجیسترهای سخت‌افزار را به صورت دستی پیکربندی کنید و کنترل کامل بر عملکرد میکروکنترلر داشته باشید.

پس از اتمام این دوره، شما قادر خواهید بود تا:

• معماری هسته‌های ARM Cortex-M را به صورت عمیق درک کنید.
• نحوه پیکربندی و کنترل رجیسترهای داخلی میکروکنترلر را فرا بگیرید.
• پایه‌های ورودی/خروجی (GPIO) را برای کنترل LED، خواندن ورودی کلید و سنسورها برنامه‌نویسی کنید.
• مفهوم و پیاده‌سازی وقفه (Interrupt) را درک کرده و از آن برای واکنش به رویدادهای خارجی و داخلی استفاده نمایید.
• ارتباط سریال (UART) را برای تبادل داده با کامپیوتر یا سایر دستگاه‌ها پیاده‌سازی کنید.
• تایمرها را برای تولید تأخیرهای دقیق، شمارش رویدادها و تولید سیگنال PWM برنامه‌نویسی کنید.
• مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) را برای خواندن داده‌های آنالوگ از سنسورها به کار گیرید.
• مفهوم و کاربرد کنترلر دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) را درک کرده و برای انتقال داده‌های کارآمد از آن بهره ببرید.
• کدهای Bare-Metal بهینه و کارآمدی را توسعه دهید.
• با ابزارهای توسعه و اشکال‌زدایی (Debugging) برای میکروکنترلرهای ARM Cortex-M کار کنید.
• پروژه‌های عملی و واقعی را با میکروکنترلر TM4C123 پیاده‌سازی کنید.

برای بهره‌برداری حداکثری از محتوای این دوره، داشتن دانش و ابزارهای زیر توصیه می‌شود:

• آشنایی مقدماتی با زبان برنامه‌نویسی C: این دوره بر پایه زبان C آموزش داده می‌شود، بنابراین آشنایی با مفاهیم اصلی C مانند متغیرها، توابع، حلقه‌ها، شرط‌ها و اشاره‌گرها ضروری است.
• دانش پایه الکترونیک دیجیتال: درک مفاهیم اولیه مدارهای دیجیتال و نحوه عملکرد میکروکنترلرها مفید خواهد بود، اگرچه الزامی نیست.
• سخت‌افزار: ترجیحاً یک برد توسعه TM4C123 (مانند برد Tiva C LaunchPad از Texas Instruments) و کابل USB مورد نیاز.
• نرم‌افزار: نرم‌افزارهای Keil MDK-ARM (نسخه Evaluation)، TivaWare و درایورهای مربوطه که در ابتدای دوره نحوه نصب آن‌ها آموزش داده می‌شود.

این دوره به صورت جامع و گام به گام طراحی شده است تا شما را از مفاهیم اولیه تا پروژه‌های عملی همراهی کند:

۱. مقدمه و آماده‌سازی محیط توسعه

• آشنایی با معماری ARM Cortex-M و جایگاه آن در سیستم‌های نهفته.
• معرفی میکروکنترلر TM4C123 و ویژگی‌های آن.
• نصب و پیکربندی ابزارهای توسعه: Keil MDK-ARM، TivaWare و درایورها.
• اولین برنامه Bare-Metal: چشمک‌زن (LED Blinky) بدون استفاده از کتابخانه.

۲. برنامه‌نویسی ورودی/خروجی عمومی (GPIO)

• مبانی رجیسترهای GPIO و نحوه پیکربندی پورت‌ها.
• کنترل LED‌ها به عنوان خروجی دیجیتال.
• خواندن وضعیت کلیدها به عنوان ورودی دیجیتال و debounce کردن آن‌ها.
• پروژه‌های عملی با GPIO.

۳. مدیریت وقفه (Interrupt)

• مفاهیم وقفه‌ها و اهمیت آن‌ها در سیستم‌های بلادرنگ.
• کنترلر وقفه برداردار تودرتو (NVIC) و مدیریت اولویت‌ها.
• پیکربندی وقفه‌های خارجی (GPIO Interrupt).
• وقفه‌های تایمر و وقفه‌های نرم‌افزاری.

۴. ارتباط سریال UART

• مبانی ارتباط سریال و پروتکل UART.
• پیکربندی رجیسترهای UART برای ارسال و دریافت داده.
• ارسال و دریافت کاراکترها و رشته‌ها.
• پروژه عملی: ارتباط میکروکنترلر با کامپیوتر از طریق UART.

۵. تایمرها و تولید PWM

• مفاهیم تایمرها و کاربردهای آن‌ها (تأخیر، شمارش).
• حالت‌های مختلف کار با تایمرها: One-Shot، Periodic.
• تولید سیگنال PWM (Pulse Width Modulation) برای کنترل موتورها یا روشنایی LED.
• پروژه‌های عملی با تایمر و PWM.

۶. مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)

• مبانی تبدیل آنالوگ به دیجیتال و کاربردهای آن.
• پیکربندی رجیسترهای ADC در TM4C123.
• خواندن مقادیر از سنسورهای آنالوگ (مثلاً پتانسیومتر یا سنسور دما).
• نمایش مقادیر ADC از طریق UART.

۷. کنترلر دسترسی مستقیم به حافظه (DMA)

• مفهوم DMA و نقش آن در بهبود کارایی سیستم.
• نحوه پیکربندی کانال‌های DMA برای انتقال داده.
• انتقال داده بین پریفرال‌ها و حافظه با DMA.
• نمونه‌های عملی از کاربرد DMA.

۸. پروژه‌های عملی پیشرفته

• ترکیب مفاهیم آموخته شده در پروژه‌های پیچیده‌تر.
• مثال‌هایی از سیستم‌های کنترلی کوچک.
• تکنیک‌های اشکال‌زدایی پیشرفته.

این دوره جامع، مزایای بی‌نظیری را برای علاقه‌مندان به برنامه‌نویسی سیستم‌های نهفته به ارمغان می‌آورد:

• تمرکز بر Bare-Metal: درک عمیق از تعامل سخت‌افزار و نرم‌افزار، بدون وابستگی به کتابخانه‌های سطح بالا.
• رویکرد عملی: آموزش همراه با مثال‌های کدنویسی و پروژه‌های واقعی که یادگیری را ملموس می‌سازد.
• محتوای آفلاین: تمامی فیلم‌های آموزشی و فایل‌های پروژه بر روی فلش مموری ۳۲ گیگابایتی ارائه می‌شود. این ویژگی تضمین می‌کند که شما در هر زمان و مکانی، بدون نیاز به اینترنت، به محتوای دوره دسترسی کامل دارید و می‌توانید با سرعت دلخواه خود مطالعه کنید. (این دوره به صورت دانلودی در دسترس نیست).
• معماری پرکاربرد: تسلط بر ARM Cortex-M که اساس بسیاری از میکروکنترلرهای مدرن است.
• آماده‌سازی برای بازار کار: مهارت‌های کسب شده در این دوره، شما را برای ورود به بازار کار طراحی سیستم‌های نهفته آماده می‌کند.

این دوره برای طیف وسیعی از افراد طراحی شده است که قصد دارند دانش خود را در زمینه سیستم‌های نهفته افزایش دهند:

• دانشجویان مهندسی: دانشجویان رشته‌های برق، کامپیوتر، مکاترونیک و کنترل که می‌خواهند دانش عملی در زمینه میکروکنترلرها کسب کنند.
• مهندسان و طراحان سیستم‌های نهفته: افرادی که می‌خواهند از سطح کتابخانه‌ای فراتر رفته و کنترل عمیق‌تری بر سخت‌افزار داشته باشند.
• علاقه‌مندان به الکترونیک و برنامه‌نویسی: هر کسی که کنجکاو است تا با نحوه کارکرد داخلی میکروکنترلرها آشنا شود و پروژه‌های سخت‌افزاری خود را طراحی کند.
• توسعه‌دهندگان نرم‌افزار: کسانی که می‌خواهند از برنامه‌نویسی سطح بالا به دنیای سخت‌افزار ورود پیدا کنند.