برمجة المتحكمات

برمجة المتحكمات الدقيقة هي عملية كتابة وتنزيل البرامج والبيانات في المتحكمات القابلة للبرمجة، والمتحكم-Microcontroller هو شريحة إلكترونية رقيقة تُبرمج عن طريق الحاسب بطرقٍ ولغات برمجة مختصة لأداء وظيفة محددة.

يمكن تشبيه المتحكم بأنه حاسب صغير لأنه يحتوي على بيئة تطوير متكاملة إذ يتألف من معالج لتنفيذ الأوامر والعمليات الحسابية، وذاكرة لتخزين البيانات، ومؤقت زمني، ووحدات إدخال وإخراج، ولكنه لا يحتوي مفاتيح لأنه لا يعمل منفردًا. وأشهر المتحكمات PIC من شركة Microchip وAVR من شركة ATMEL.

يساعدك مبرمج المتحكمات في كتابة شيفرة البرنامج اللازمة لتشغيل متحكم دقيق في أحد الأجهزة المنتشرة في منزلك وعملك والتي قد لا يلحظ عامة الناس أهمية تقنيات وتفاصيل عملها.

كما يمكنه اختبار وتصحيح الأخطاء في تشغيل المتحكمات وصيانتها، فالمتحكمات الصغرية تستخدم لأغراض متعددة في المجالات العلمية والصناعية والتجارية فعلى سبيل المثال:

• صناعة السيارات تحتاج إلى عدد كبير جدًا من المتحكمات في أنظمة المساعدة في القيادة وغيرها.
• استخدام المتحكمات هام في تصميم الطائرات وأنظمة الملاحة البحرية والحواسب والهواتف المحمولة والكاميرات والساعات الرقمية والروبوتات والتجهيزات المنزلية.
• المتحكمات ضرورية لعمل التجهيزات الطبية مثل أجهزة اختبار نسبة السكر في الدم وأجهزة تخطيط القلب والتصوير بالرنين المغناطيسي وغير ذلك.

تعود أهمية وانتشار استخدام المتحكمات الدقيقة إلى صغر حجمها وانخفاض تكلفتها واستهلاكها القليل للطاقة مما يتيح تشغيلها بالبطاريات.

يمكنك الاستعانة بمختص برمجة المتحكمات الدقيقة لتنفيذ ما تحتاج إليه وذلك بإدراج مشروعك على موقع مستقل لاستقطاب العروض من خبراء هذا المجال من خلال عدد من الخطوات:

• سجّل دخولك إلى الموقع ثم انتقل إلى صفحة إضافة المشاريع بالضغط على "أضف مشروع" لتظهر لك الحقول المخصصة للتعريف بمشروعك.
• اكتب عنوانًا للمشروع وأوجِزه وحاول تضمينه عبارة برمجة المتحكمات مثل مطلوب مختص ببرمجة المتحكمات الدقيقة أو أحتاج إلى إعادة برمجة متحكم لجهاز كذا وغير ذلك.
• املأ الحقل التالي بتفاصيل مشروعك، واشرح المشاكل التي تواجهك وتبحث عن حلّ لها، وأوضح المطلوب بدقة وعناية.
• اختر المهارات التي ترغب بتوفرها لدى المستقل لتنفيذ مشروعك مثل: الإلكترونيات وتطوير البرمجيات، ويمكنك تحديد لغة البرمجة إن كان مشروعك يحتاج إلى لغة محددة.
• اقترح الميزانية المنطقية لتنفيذ المطلوب من الخيارات المتاحة في القائمة المخصصة.
• حدّد عدد الأيام التي تراها مناسبة لتسليم المشروع.
• أضف بعض الملفات التي تفيد في توضيح مشروعك إن رغبت بذلك.
• اطرح بعض الأسئلة من الإعدادات المتقدمة لتساعدك على تقييم مهارات المبرمج ومؤهلاته وخبراته.
• انشر الآن ليدخل مشروعك في مرحلة تلقي العروض.

وظّف المبرمج الذي تقدّم بالعرض الأنسب على مشروعك وفق النقاط التالية:

• تابع العروض المقدمة بعناية واقرأ تفاصيل كل ما يطرحه العارض.
• ادخل إلى حساب المستقل الذي أعجبك عرضه واطلع على مؤهلاته وقيّم خبرته واحترافيته وشاهد ما أدرجَه في معرض أعماله، ولاحظ تقييم أصحاب المشاريع السابقة على ما نفّذه من مشاريع تتعلق ببرمجة المتحكمات على موقع مستقل.
• انتبه إلى التكلفة التي يطلبها المستقل في عرضه ومدة تسليمه للمشروع فالعروض المنطقية تدلّ على حُسن تقدير المستقل للعمل المطلوب وتحدّد خبرته.
• تواصل مع العارض الذي تراه مناسبًا من خلال الرسائل التي يتيحها موقع مستقل ولا تتواصل معه خارجه، فالمعنيون في الموقع سيتابعون تنفيذ المشروع وكل ما يُتفق عليه للحفاظ على حقوق الطرفين.
• اختر المختص المحترف ووظّفه وتابع معه خطوات عمله خلال مدة تنفيذ المشروع.

تتوفر عدة أنواع من المتحكمات الدقيقة ويمكن تصنيفها وفق عدد من المواصفات مثل:

• عرض الحزمة الناقلة والمسماة Bus-Width أي عدد الخطوط والأسلاك في المتحكم: فزيادة العرض تزيد من الدقة وتحسّن الأداء، ووفقًا لذلك تقسم المتحكمات إلى ثلاثة أنواع: 8 بت و16 بت و32 بت.
• الذاكرة: فمنها مدمجة وتكون ذاكرة أساسية محدودة داخل شريحة المتحكم وقد يكون للمتحكم ذاكرة خارجية يمكن توسيعها، أما وفقًا لهندسة الذاكرة فتتوفر:
  • متحكمات هارفارد التي تشبه بنية الحاسب أي أن ذاكرة البيانات فيها منفصلة فيزيائيًا عن ذاكرة التعليمات.
  • متحكمات فون نيومان أو برينستون إذ تُخزّن البيانات والتعليمات في نفس كتلة الذاكرة.
• التعليمات التي يمكن لوحدة المعالجة ضمن المتحكم تنفيذها، فهناك نوعان:
  • متحكمات التعليمات البسيطة RISC المعنية بتنفيذ أمر واحد.
  • متحكمات CISC التي تنفذ عمليات صعبة أي تنفذ أمرًا واحدًا معقدًا يتكوّن من خطوات متعددة.

تُبرمج المتحكمات الدقيقة بعدة لغات بدءًا من Assembly لغة التجميع منخفضة المستوى ووصولًا إلى لغات البرمجة عالية المستوى مثل:

• C: اللغة الأكثر استخدامًا وقوة وصعوبة وتستخدم بكثرة في برمجة المتحكمات الصّغرية وأيضًا في برمجة المعالجات وتطوير تطبيقات إنترنت الأشياء-IoT وتعني زرع المعالجات الدقيقة في التجهيزات لتتمكن من الاتصال بالإنترنت ومعالجة البيانات.
• ++C: وهي مطوّرة عن لغة سي وتدعم بعض الميزات كما يمكنها معالجة الأخطاء وتحتوي على مكاتب توفّر وقت المبرمجين.
• Python: مفتوحة المصدر وسهلة ومجانية، تستخدم في العديد من تطبيقات الذكاء الصناعي والتعلم الآلي.
• MicroPython: وهي نسخة محسّنة من البايثون، سهلة التعلم ولكن شيفرتها تستهلك ذاكرة أكبر.
• Java: لغة موثوقة تُستخدم على نطاق واسع في برمجة الأنظمة المضمنة.
• جافا سكريبت: وهي لغة برمجة نصية تعدّ خيارًا جيدًا للأنظمة المضمنة التي تعتمد على HTML5 وتتطلب جرافيك.
• Rust: عالية المستوى وما زالت غير منتشرة.
• Ada: تستخدم في المعدات العسكرية، وهي لغة فعالة وموثوقة ولكنها قليلة الاستخدام.
• Go: المطورة من شركة غوغل.

يتوجّه المطورون فورًا إلى برمجة المتحكمات بلغة سي أو سي بلس بلس، ولكن الأفضل هو دراسة احتياجات المشروع ووظائفه لتحديد اللغة الأنسب، فلكل لغة ميزات وعيوب أيضًا.

تحتاج عملية برمجة المتحكمات إلى بيئة تطوير متكاملة وقد تكون في برنامج واحد يضم معظم الأدوات اللازمة أو وفق مراحل منفصلة وتشمل:

• محرّر النصوص مثل الدوس-DOS وعليه تُكتب الشيفرة البرمجية باللغة المناسبة وتضم الأوامر والتعليمات اللازمة لعمل المتحكم فإن تمت كتابتها بلغة التجميع تكون لاحقة الملف asm وإن كتبت بلغة سي المدمجة تكون اللاحقة C.
• مجمّع: أداة برمجية تُحوّل الشيفرة من لغة منخفضة المستوى إلى مستوى الآلة التي تفهمها الإلكترونيات وتخزّن النتائج.
• مترجم-compiler: لتحويل الشيفرة من لغة عالية المستوى إلى لغة الآلة أي الأصفار والواحدات، فالمترجم ينشئ ملفًا سداسي عشري لاحقته hex يحتوي على تعليمات لغة الآلة التي يمكن للمتحكم فهمها.
• مصحّح: ويقوم بمتابعة تشغيل البرنامج خطوة بخطوة بهدف كشف نقاط التوقف وتتبع التنفيذ وضبط الأخطاء.
• محاكي-simulator: برنامج يستخدم لخلق بيئة مشابهة للبيئة الحقيقية على الحاسب أي محاكاة وتقليد عمل المتحكم.
• مربط-linker: برنامج يجمع العمليات وينتج عنه ملف واحد لاحقته exe.

يبدأ تنفيذ المشروع منذ لحظة توظيفك للمبرمج على منصة مستقل، كما يبدأ احتساب المدة المتفق عليها للتسليم، وبما أن لكل مشروع خصوصيته وتفاصيله فيمكن توضيح الخطوات العامة لتنفيذ أي مشروع يتعلق ببرمجة المتحكمات:

• زوّد المستقل بكافة الملفات والصور والمعلومات اللازمة للعمل، وقد تتضمن بعض التفاصيل مثل: تحديد اللغة البرمجية أو الأدوات المراد استخدامها للتنفيذ.
• يعمل المستقل على المشروع بكتابة الشيفرة البرمجية المناسبة لتشغيل المتحكم وفقًا للمهمة المطلوبة منه وذلك باستخدام اللغة وأدوات التطوير المناسبة.
• تابع مع المبرمج سير العمل على المشروع وأجبه عن استفساراته عند الحاجة وصولًا إلى إنهاء المشروع بنجاح.