آموزش برنامه نویسی با رزبری پای بدون سیستم عامل – قسمت اول

رزبری پای

بله درست است؛ اشتباهی پیش نیامده. تلفظ صحیح Raspberry Pi؛ رزبری پای است که متاسفانه به اشتباه در بیشتر وب‌های فارسی رسپبری پای خوانده می‌شود. در واقع تلفظ رسپبری پای اشتباه است و نباید رسپبری خوانده شود. مطابق فونوتیک -ˈrazˌberē ، رزبری پای صحیح است و از این پس به جای رسپبری پای، از رزبری پای استفاده می‌کنیم. رزبری پای در‌واقع یک کامپیوتر تک‌برد است که درعین حال که اندازه‌ی خیلی کوچکی دارد (در حدود یک کارت‌اعتباری مثل کارت‌بانکی)، قدرت پردازشی زیادی را ارائه می‌دهد به نحوی که در ورژن‌های جدید آن قادر به نصب سیستم‌عامل‌های ویندوز و لینوکس و بی‌اس‌دی هستیم.

قراره با رزبری پای چکار کنیم ؟

قصد نداریم وارد جزئیات توضیح رزبری پای بشیم چرا که قبلا تعداد زیادی از دوستان به خوبی خصوصیات و ویژگی‌ها و کاربردهای اونو توضیح دادن و در سطح اینترنت چه فارسی و چه انگلیسی سایت‌های زیادی به ساخت و انجام پروژه با این کامپیوتر کوچک پرداخته‌اند. در واقع من قصد ندارم که در این مقالات به این که چطور می‌تونید لینوکس یا ویندوز بر روی رزبری پای نصب کنید یا این که چطور با لینوکس کار کنید بپردازم. تعداد آموزش‌هایی که به این مفاهیم پرداختن خیلی زیاده و حتی این محتواها را متاسفانه عده‌ای سودجو به فروش می‌رسانند. اینکه چطور می‌شود با رزبری پای یک پورت را خروجی یا ورودی کرد، چطور می‌شود یک LED را کنترل کرد یا LCD را راه‌اندازی کرد بیشتر مباحث ساده‌ی نرم‌افزاری است و ما قصد نداریم که توضیح واضحات بدیم. کارکردن با لینوکس را امروزه بچه‌های دبستانی نیز می‌آموزند و با استفاده از لینوکس و رزبری پای چه ربات‌هایی که نمی‌سازند. من قصد دارم شما را با دنیایی جدید آشنا کنم، دنیایی که هیچ مقاله‌ای تا کنون در مورد آن نوشته نشده‌است، ما مهندسین الکترونیک هستیم و شایسته نیست که پروژه‌های خود را بر مبنای الگوهای نرم‌افزاری انجام بدیم، از نظر من رزبری پای یک پردازنده قوی است که حتی قادر است برنامه‌های پیچیده‌ای مثل سیستم‌عامل را نیز اجرا کند ولی در نهایت یک پردازنده ARM است که هر روزه با آن سروکله میزنیم. در این مقالات قصد دارم که آموزش بدم چطور بدون استفاده‌از سیستم عامل و هیچ رابط نرم‌افزاری سطح بالایی رزبری پای را تبدیل به یک پردازنده ARM سرعت بالا کنید که به صورت تمام کمال فرمانبردار شما باشد. بدون استفاده‌از هیچ سیستم عاملی و فقط با استفاده از زبان اسمبلی و سی.

چرا رزبری پای وحشی است؟

وقتی که صحبت از رزبری پای می‌شود ، خیلی‌ها تاکید و تایید می‌کنند که رزبری پای یک پروژه آموزشی است و فابلیت آن را ندارد که بتوان از آن در پروژه‌های نیمه صنعتی و صنعتی استفاده کرد. دلایل قابل قبولی هم در این خصوص وجود دارد که از مهم‌ترین آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. توان مصرفی بالا و ایجاد گرمای زیاد
2. ناپایدار بودن سیستم عامل های موجود
3. عدم قابلیت قفل گذاری بر روی برنامه نوشته‌شده
4. لینوکس یک سیستم عامل بلادرنگ نیست

موارد ذکرشده تا حدودی درست هستند ولی تاوقتی که از سیستم‌عامل‌های مثل لینوکس و ویندوز استفاده کنیم. در خصوص مورد اول تا مادامی که پردازنده با تمام توان پردازشی خود کار می‌کند ناچار به مصرف توان بالا و گرمای زیاد خواهد بود و ناپایداری سیستم عامل‌هایی مثل لینوکس صحت ندارد ولی به‌دلیل مشکل در پورت‌کردن(منطبق‌کردن) آن بر روی برد رزبری پای ممکن است حالاتی به وجود بیاید که پیش‌بینی نشده باشد و همین عامل باعث شود که سیستم ریست شود. در هنگام ریست نمی‌توان مطمئن بود که وضعیت پایه‌ها در چه‌حالتی خواهد بود و همین مساله ممکن است باعث شود که نتوان به کارکرد آن اطمینان کرد. وقتی که برنامه خود را در قالب زیر برنامه‌ای برای لینوکس یا هر سیستم عامل دیگری می‌نویسید نمی‌‌توان آن را به گونه‌ای محافظت کنید که قابل کپی‌شدن و کپی‌برداری نباشد. اما وقتی که سیستم عامل لینوکس یا مشابه آن را از معادلات حذف می کنیم، یک سخت‌افزار داریم که به خوبی طراحی شده‌است و داری پردازنده‌ای قوی و مقدار زیادی RAM و منابع دیگر است.

چند مدل رزبری پای داریم ؟

وقتی که قصد دارید لینوکس نصب کنید فرقی نمی‌کند چند مدل رزبری پای وجود دارد و یا این که قصد دارید از کدام مدل رزبری پای استفاده کنید چرا که تفاوت‌ها توسط خود لینوکس پوشش داده‌شده و تنها کاری‌که لازم‌است انجام دهید کپی فایل‌های موردنیاز برروی SD کارت است. وقتی‌که قصد داریم برنامه را نه برای سیستم عامل بلکه برای هسته سخت‌افزار بنویسیم، خیلی‌از موارد دارای اهمیت حیاتی می‌شوند، مسائلی مثل نوع پردازنده، فرکانس کاری، قابلیت‌ها، مقدارحافظه، آدرس قرارگیری حافظه، نحوه‌ی اتصال سخت‌افزارهای مختلف‌به پردازنده و مسائلی از این دست، تنها با دانستن ریزه‌کاری‌های سخت‌افزاری است که می‌شود برای بیس سخت‌افزار برنامه نوشت. پس قبل از هر اقدامی، به معرفی انواع مدل‌های موجود از برد رزبری پای می‌پردازیم. اگر بخواهیم بسته‌به نوع پردازنده مرکزی (CPU) بردهای رزبری پای را دسته‌بندی کنیم، سه دسته تفاوت وجود خواهد داشت.

• دسته اول پردازنده های ARMv6Z:

بردهای رزبری پای مدل A و 1B و 1B+ از پردازنده ARM1176JZ-F استفاده می‌کنند. همه برد‌های مذکور از چیپست BCM2835 که ساخت شرکت Broadcom است استفاده می‌کنند، چیپست مذکور قادر به پردازش اطلاعات با سرعتی بالغ بر ۷۰۰ مگاهرتز است.

• دسته دوم پردازنده های ARMv7-A:

تنها برد ارائه‌شده با این پردازنده از خانواده رزبری پای مدل 2B است که از چهارهسته‌ی پردازشی Cortex-A7 استفاده می‌کند. این چهارهسته در چیپستی با شماره BCM2836 که ساخت شرکت Broadcom است قرار گرفته‌اند و هرکدام قادر به انجام پردازش با سرعت بالغ بر ۹۰۰ مگاهرتز است.

• دسته سوم پردازنده های ARMv8-A:

آخرین محصول رزبری پای در زمان نگارش این مقاله مدل 3B است که از چهارهسته‌ی پردازشی Cortex-A53 استفاده میکند، این هسته‌ی پردازشی به صورت ۶۴ بیتی عمل می‌کند و قادر به انجام پردازش با سرعت بالغ بر ۱۲۰۰ مگاهرتز است.

منبع: سیسوگ