فلش‌کارت‌های آموزشی از صفر تا صد سیستم‌های زمان-واقعی: یک راهنمای کاربردی بر اساس کتاب Handbook of Real-Time and Embedded Systems

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره از صفر تا صد سیستم‌های زمان-واقعی: یک راهنمای کاربردی بر اساس کتاب Handbook of Real-Time and Embedded Systems

موضوع کلی: سیستم‌های زمان-واقعی و تعبیه‌شده

موضوع میانی: مبانی و معماری سیستم‌های زمان-واقعی

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. در ادامه 100 سرفصل برای دوره آموزشی شما ارائه شده است:
• 2. مقدمات و مفاهیم بنیادی سیستم‌های تعبیه‌شده و زمان-واقعی
• 3. تعریف سیستم‌های تعبیه‌شده: ماهیت و کاربردها
• 4. ویژگی‌ها و محدودیت‌های سیستم‌های تعبیه‌شده
• 5. مروری بر دامنه‌های کاربردی سیستم‌های تعبیه‌شده
• 6. مقدمه‌ای بر سیستم‌های زمان-واقعی
• 7. دسته‌بندی سیستم‌های زمان-واقعی: سخت، نرم و فریم‌زمان
• 8. مفاهیم ددلاین (Deadline)، زمان پاسخ (Response Time) و زمان تأخیر (Latency)
• 9. معیارهای عملکرد در سیستم‌های زمان-واقعی
• 10. چالش‌های اساسی در طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌های زمان-واقعی
• 11. تفاوت سیستم‌های زمان-واقعی با سیستم‌های عامل عمومی
• 12. روندها و آینده سیستم‌های تعبیه‌شده و زمان-واقعی
• 13. چرخه عمر توسعه نرم‌افزار برای سیستم‌های تعبیه‌شده
• 14. مبانی سخت‌افزار سیستم‌های تعبیه‌شده
• 15. معماری کامپیوترهای ریزپردازنده و ریزکنترل‌کننده
• 16. ساختار داخلی یک میکروکنترلر: هسته، حافظه، جانبی
• 17. مقایسه میکروکنترلرها و میکروپروسسورها در سیستم‌های تعبیه‌شده
• 18. معماری‌های هسته پردازنده (مثال: ARM Cortex-M)
• 19. سلسله مراتب حافظه در سیستم‌های تعبیه‌شده
• 20. انواع حافظه‌ها: Flash, SRAM, DRAM, EEPROM و کاربردهای آن‌ها
• 21. نحوه انتخاب حافظه مناسب برای سیستم تعبیه‌شده
• 22. اصول کار پورت‌های ورودی/خروجی عمومی (GPIO)
• 23. سنسورها: اصول کار، انواع و واسط‌های ارتباطی
• 24. عملگرها (Actuators): اصول کار و انواع
• 25. مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و دیجیتال به آنالوگ (DAC)
• 26. اصول کار تایمرها، کانترها و PWM
• 27. مفهوم وقفه (Interrupt) و سیستم مدیریت وقفه
• 28. کنترل‌کننده‌های دسترسی مستقیم به حافظه (DMA)
• 29. Watchdog Timer و کاربرد آن در پایداری سیستم
• 30. منابع کلاک (Clock) و مدیریت انرژی (Power Management) اولیه
• 31. Reset و Startup Code در میکروکنترلرها
• 32. مبانی نرم‌افزار تعبیه‌شده و برنامه‌نویسی سطح پایین
• 33. زبان‌های برنامه‌نویسی C و C++ برای سیستم‌های تعبیه‌شده
• 34. استفاده از اشاره‌گرها و دسترسی مستقیم به آدرس‌ها در C
• 35. برنامه‌نویسی به زبان اسمبلی در موارد خاص
• 36. مدیریت پشته (Stack) و هیپ (Heap) در سیستم‌های تعبیه‌شده
• 37. کار با رجیسترهای سخت‌افزاری
• 38. اصول برنامه‌نویسی مبتنی بر وقفه (Interrupt Service Routines - ISR)
• 39. مدیریت مقادیر فرّار (Volatile variables) در C
• 40. ابزارهای Cross-Compiler و Linker
• 41. ساختار برنامه تعبیه‌شده: بخش‌های کد، داده، BSS
• 42. سیستم‌های Build و Makefile
• 43. شبیه‌سازها و Emulatorها
• 44. دیباگرها (On-chip Debuggers مانند JTAG/SWD)
• 45. تکنیک‌های بهینه‌سازی کد برای منابع محدود
• 46. الگوهای رایج طراحی نرم‌افزارهای تعبیه‌شده (سوپرلوپ، ماشین حالت)
• 47. سیستم‌عامل‌های زمان-واقعی (RTOS): مفاهیم پایه
• 48. نیاز به RTOS در سیستم‌های پیچیده
• 49. اهداف و مزایای استفاده از RTOS
• 50. ساختار کلی یک RTOS: هسته، سرویس‌ها، API
• 51. مفاهیم وظیفه (Task)، رشته (Thread) و فرآیند (Process)
• 52. بلوک کنترل وظیفه (Task Control Block - TCB)
• 53. وضعیت‌های یک وظیفه: Ready, Running, Blocked, Suspended
• 54. تعویض زمینه (Context Switching) و سربار آن
• 55. انواع هسته‌های RTOS: پیشگیرانه، غیرپیشگیرانه، میکروسنگین، یکپارچه
• 56. نمونه‌های RTOSهای رایج (FreeRTOS, uC/OS, Zephyr)
• 57. پیکربندی و پورتینگ RTOS به سخت‌افزار
• 58. مدیریت وظایف و زمان‌بندی در RTOS
• 59. ایجاد، حذف و مدیریت وظایف
• 60. اولویت‌بندی وظایف: مفهوم و اهمیت
• 61. زمان‌بندی (Scheduling): مقدمه و انواع
• 62. زمان‌بندی با اولویت ثابت (Fixed-Priority Scheduling)
• 63. زمان‌بندی نرخ یکنواخت (Rate Monotonic Scheduling - RMS)
• 64. تحلیل زمان‌بندی RMS: استفاده از CPU و تست Liouville/Liu & Layland
• 65. زمان‌بندی با اولویت پویا (Dynamic-Priority Scheduling)
• 66. زمان‌بندی نزدیک‌ترین ددلاین (Earliest Deadline First - EDF)
• 67. تحلیل زمان‌بندی EDF و مقایسه با RMS
• 68. زمان‌بندی مبتنی بر رویداد (Event-driven Scheduling)
• 69. زمان‌بندی مبتنی بر زمان (Time-triggered Scheduling)
• 70. زمان‌بندی در سیستم‌های با محدودیت‌های ترکیبی
• 71. سربار (Overhead) زمان‌بندی و Context Switching
• 72. زمان‌سنج‌های نرم‌افزاری (Software Timers) در RTOS
• 73. مدیریت زمان واقعی (Real-time Clock - RTC)
• 74. همگام‌سازی و ارتباطات بین وظایف در RTOS
• 75. چالش‌های همگام‌سازی و دسترسی به منابع مشترک
• 76. بخش بحرانی (Critical Section) و انحصار متقابل (Mutual Exclusion)
• 77. سمافورها (Semaphores): دودویی و شمارنده
• 78. موتوکس‌ها (Mutexes): کاربردها و تفاوت با سمافورها
• 79. مشکل وارونگی اولویت (Priority Inversion)
• 80. پروتکل‌های حل وارونگی اولویت: Ceiling Protocol (PCP) و Inheritance Protocol (PIP)
• 81. صف‌های پیام (Message Queues)
• 82. صندوق‌های پستی (Mailboxes)
• 83. رویدادها (Events) و فلگ‌های رویداد (Event Flags)
• 84. متغیرهای مشترک و دسترسی محافظت‌شده
• 85. لوله‌ها (Pipes) و فراخوانی رویه از راه دور (RPC) در RTOS
• 86. انتشار-اشتراک (Publish-Subscribe) در سیستم‌های تعبیه‌شده
• 87. کارایی و سربار مکانیزم‌های ارتباطی و همگام‌سازی
• 88. معماری سیستم‌های تعبیه‌شده و مدیریت منابع
• 89. معماری‌های تک-پردازنده‌ای و چند-پردازنده‌ای
• 90. سیستم‌های روی تراشه (System-on-Chip - SoC)
• 91. معماری‌های مبتنی بر گذرگاه (Bus-based Architectures)
• 92. مدیریت حافظه در RTOS: تخصیص، آزادسازی، حفاظت
• 93. واحد حفاظت حافظه (Memory Protection Unit - MPU)
• 94. مدیریت حافظه نهان (Cache Management) و تأثیر آن بر زمان-واقعی
• 95. مدیریت I/O و درایورهای دستگاه در RTOS
• 96. مفهوم Device Tree در سیستم‌های لینوکس تعبیه‌شده
• 97. مدیریت توان پیشرفته (Advanced Power Management)
• 98. حالت‌های خواب (Sleep Modes) و بیدار شدن از خواب
• 99. معماری‌های توزیع‌شده برای سیستم‌های تعبیه‌شده زمان-واقعی
• 100. ارتباطات و شبکه‌سازی در سیستم‌های تعبیه‌شده