[F.Abdelaziz]

كتاب ودورة جديدة Embedded C Programming PIC والمترجم CCS PIC C

عام :
الميكروكونترولر المدمج هو كومبيوتر دقيق والذى يحتوى على معظم أجهزته المحيطة والذاكرة المطلوبة بداخل دائرة متكاملة واحدة مع وحدة المعالجة المركزية CPU . فهو بالفعل "كومبيوتر دقيق فى شريحة" .

[F.Abdelaziz]

الفصل الأول :

لغة السى المدمجة Embedded C Language :

1-1 الهدف:




عند نهاية هذا الفصل , يجب أن تكون قادرا على ما يلى :

• تعريف , ووصف , ووتحديد أنواع المتغير variable والثابت , ومجالها واستخداماتها .
• بناء إعلانات المتغير والثابت لجميع حجوم البيانات العددية numeric والسلاسل النصية strings.
• تطبيق قوائم السرد الإحصائية enumeration على إعلانات المتغير .
• تخصيص assign قيم للمتغيرات والثوابت عن طريق "عامل التخصيص" .
• تقييم نتائج جميع "العوامل" المستخدمة فى لغة السى .
• شرح النتائج التى تمتلكها "عبارات التحكم" عند سريان البرنامج .
• إنشاء "دوال" functions والتى تشتمل على متغيرات , وعوامل , وعبارات تحكم لمهام كاملة .
• تطبيق "المؤشرات" pointers , و"المصفوفات" arrays و "الهياكل" structures و "الاتحادات" unions كمتغيرات للدالة .
• إنشاء برامج بلغة السى لمهام كاملة باستخدام مفاهيم هذا الفصل .

1-2 مقدمة :

هذا الفصل يغطى الدورة الأساسية فى البرمجة بلفة السى عند تطبيقها على تطبيقات الميكروكونترولر المدمج. سوف تتقدم من المفاهيم الأولية وحتى كتابة البرامج الكاملة , مع أمثلة يمكن تنفيذها على الميكروكونترولر .




يتم تقديم المعلومات بالترتيب الذى يحتاجه المبرمج :

• إعلان declaring المتغيرات والثوابت .
• المداخل / المخارج I/O البسيطة , بحيث يمكن عمل برامج للمنافذ المتوازية للميكروكونترولر .
• تخصيص قيم إلى المتغيرات والثوابت وعمل عمليات حسابية مع المتغيرات .
• عبارات البناء والتحكم بلغة السى لتشكيل برامج كاملة بلغة السى .

الأقسام الأخيرة تغطى المواضيع المتقدمة مثل المؤشرات , والمصفوفات , والهياكل , والاتحادات , واستخدامها فى برامج لغة السى . المفاهيم المتقدمة مثل برمجة "الزمن – الحقيقى" real time والمقاطعات تكمل الفصل .

[F.Abdelaziz]

1-3 المفاهيم الأساسية :
كتابة برنامج بلغة السى يشبه بناء منزل من الطوب البلوك : يتم وضع الأساس , يستخدم الرمل والأسمنت لعمل الطوب , يتم ترتيب هذا الطوب لعمل صف ( مدماك – طبقة) من البلوكات ثم يتم تكديس الصفوف لإنشاء البناء . فى برامج السى المدمجة , يتم وضع مجموعات من التعليمات معا لتشكيل "دوال" functions , يتم معاملة تلك الدوال كعمليات " مستوى – مرتفع " , والتى بعد ذلك يتم تجميعها لتشكيل البرنامج .
كل برنامج بلغة السى يجب أن يمتلك دالة واحدة على الأقل , هذه الدالة تسمى "الدالة الرئيسية" main() .
الدالة main() هى "الأساس" لبرنامج لغة السى , وهى نقطة البداية عند تنفيذ كود البرنامج . جميع الدوالت يتم إطلاقها عن طريق الدالة الرئيسية main() سواء مباشرة أو غير مباشرة . على الرغم من أن الدوال يمكن أن تكون كاملة وخاصة بذاتها , إلا أن المتغيرات والبارامترات يمكن أن تستخدم لريط تلك الدوال مع بعضعا البعض .
الدالة الرئيسية main() تعتبر مهمة "المستوى – المنخفض" , لأنها الدالة الأولى التى تستدعى من نظام بدء البرنامج . فى الكثير من الحالات , سوف تحتوى الدالة الرئيسية main() على قليل من العبارات فقط والتى لا تعمل شىء سوى أعداد وقيادة عمل البرنامج من أحد الدوال إلى الأخرى .
برنامج لغة السى المدمجة فى أبسط شكل له يبدو كما يلى :

void main( )
{
         While(1)         //do forever….
                     ;
}

البرنامج الموضع بأعلاه سوف يتم ترجمته ويعمل على نحو تام , ولكنك لن تتأكد من ذلك لعدم وجود بيان لنشاط من أى نوع .

#include <stdio.h>
void main( 0
{
         printf("HELLO WORLD");            /* the classic C test program..  */
         while(1)                                              //do forever..
                     ;
}

هذا البرنامج سوف يطبع الكلمات "HELLO WORLD" إلى الخرج القياسى , وهو فى الغالب المنفذ التسلسلى . الميكروكونترولر سوف يجلس وينتظر إلى الأبد أو حتى يتم إعادتة reset . وهذا يعرض واحد من أهم الاختلافات الرئيسية بين برنامج الكومبيوتر الشخصى والبرنامج المصمم للميكروكونترولر المدمج , وهو , أن تطبيقات الميكروكونترولر المدمج تحتوى على حلقة لا نهائية .الكومبيوتر الشخصى يمتلك نظام تشغيل , ونجرد تنفيذ البرنامج , يعود التحكم إلى نظام التشغيل . الميكروكونترولر المدمج لا يمتلك نظام تشغيل لذلك لا يمكن السماح بالخروج من البرنامج فى أى وقت . لذلك فإن كل تطبيق للميكروكونترولر المدمج يمتلك حلقة لا نهائية فى بنائه الداخلى فى مكان ما , مثل while(1) فى المثال أعلاه . هذا يمنع البرنامج من الهروب من الأشياء التى يقوم بفعلها ويفعل أشياء عشوائية والتى قد تكون غير مرغوب فيها . سوف يت شرح بناء while فيما بعد .
يحتوى برنامج المثال أيضا على أول "موجه" شائع الاستخدام للمترجم . الموجه #include يخبر المترجم بضم ملف يسمى stdio.h ليكون كجزء من هذا البرنامج .
الدالة printf() متوفرة من أجل المكتبة الخارجية وتكون متاحة لنا لأن تعريفها يقع بالملف stdio .



هناك بعض العناصر التى يجب تعريفها فى المثال السابق :

• ; فاصلة بنقطة تستخدم لبيان نهاية التعبير . التعبير فى أبسط أشكاله هو فاصلة بنقطة منفردة .
• { } تستخم هذه الأقواس لاحتواء (تطويق) بداية ونهاية محتويات الدالة . تستخدم هذه الأقواس أيضا عندما يتم معالجة سلسلة من العبارات كمجموعة (بلوك) واحدة .
• "text" تستخدم علامات الاقتباس المزدوجة كعلامة على بداية ونهاية سلسلة نصية .
• // أو /*….*/ تستخدم شرطة – شرطة أو شرطة – نجمة ... نجمة – شرطة للتعليقات . التعليقات هى مجرد ملاحظات المبرمج . التعليقات مهمة للغاية للقدرة على قراءة وفهم البرنامج . هذه حقيقة سواء عند قراءة البرنامج بالمبرمج نفسه فى وقت لاحق أو بشخص آخر . التعليقات المبينة بهذا النص تستخدم لشرح وظيفة كل سطر فى البرنامج .

يستخدم الرمز /*….*/ لإنشاء مجموعة (بلوك) تعليقات . بمجرد أن يجد المترجم (/*) فسوف يتجاهل النص الذى يليه , حتى إذا كانت مجموعة التعليقات فى سطور عديدة , حتى يجد (*/) .

عندما يجد المترجم الرمز (//) فسوف يتجاهل نص التعليق حتى يصل نهاية السطر فقط .

[F.Abdelaziz]

بعض التعاريف :

• "معرف أو محدد الهوية" identifier : هو اسم لمتغير أولدالة يتكون من حرف أو الشرطة التحتية ( _ ) , متبوعا بتسلسل من الحروف و /أو الأرقام و / أو الشرط التحتية .
• معرفات الهوية عامة تكون حساسة للحالة . يستخدم الموجه #case للتحكم فى حساسية الحالة فى المترجم CCS-PICC .
• يمكن أن تكون معرفات الهوية بأى طول , لكن بعض المترجمات قد يتعرف على عدد محدود من الحروف .
• الكلمات المحجوزة : يوجد كلمات معينة لها معنى خاص للمترجم وتعتبر "كلمات محجوزة" . هذه الكلمات المحجوزة يجب إدخالها فى الحالة الصغيرة ويجب عدم استخدامها بتاتا كمعرفات للهوية . الجدول التالى يبين قائمة بالكلمات المحجوزة .

• المسافة البيضاء : لأن لغة السى لغة " حرة الشكل" فإن "المسافة البيضاء spaceيتم تجاهلها ما لم يتم تطويقها بأقواس . وهذ يشمل الفراغات , والتبويبات tab والسطر الجديد .

[F.Abdelaziz]

1-4 المتغيرات والثوابت :
حان وقت البحث فى البيانات المخزنة فى شكل متغيرات وثوابت . المتغيرات variables , كما فى الجبر, هى "قيم يمكن أن تتغير" . الثوابت constants ثابتة القيمة . تأتى المتغيرات والثوابت فى أشكال وأحجام كثيرة , ويتم تخزينها قى ذاكرة البرنامج فى أشكال مختلفة والتى سوف نتعرف عليها تباعا .
1-4-1 أنواع المتغير variable types :
يتم إعلات (تعريف) المتغير عن طريق "الكلمة المحجوزة الدالة على نوعه وحجمه" يتبعها معرف الهوية (الاسم) :

unsigned char Peabody;
int dogs , cats ;
long int total_dogs_and_cats ;

يتم تخزين المتغيرات والثوابت فى الذاكرة المحدودة للميكروكونترولر , ويحتاج المترجم معرفة مقدار الذاكرة التى يحددها لكل متغير دون استهلاك حيز الذاكرة دون داع . وبالتالى يجب على المبرمج إعلان المتغيرات , وتحديد كل من حجم المتغير ونوع المتغير . من المهم فهم حجم كل نوع من البيانات للمترجم الذى تستخدمه لأنه ليست كل المترجمات سواء . الخطأ الرياضى سوف يقل لأدنى حد طالما أنك تفهم حجم وإشارة الذى تعلن عنه . الجدول التالى يبين قائمة بأنواع المتغير القياسية وحجمها المناظر .

الأنواع الافتراضية من أجل المترجم CCS-PICC للأحجام المعطاة , مدونة بالعامود "Size" بالجدول . الأنواع int1,int8,int16,int32 مخصصة للمترجم CCS-PICC .

[F.Abdelaziz]

1-4-2 مجال المتغير :
لعلك لاحظت أنه يجب إعلان الثوابت والمتغيرات قبل استخدامها . "مجال" المتغير هو مدى القدرة على الوصول إليه داخل البرنامج . يمكن إعلان المتغير بحيث يكون مجاله إما "محلى" local أو "عمومى" global .
المتغيرات المحلية Local Variables :
المتغيرات المحلية هى مواقع بالذاكرة مخصصة عن طريق "دالة" . هذه المتغيرات لا يمكن الوصول إليها من أى دالة أخرى , بمعنى أن مجالها محدد بالدوال التى أعلنتها . يمكن استخدام إعلان متغير محلى فى دوال عديدة بدون تعارض لأن المترجم يرى كل من هذه المتغيرات كما لو كانت جزء من من هذه الدالة فقط .

المتغيرات العمومية Global Variables :
المتغير العمومى أو الخارجى هو موقع بالذاكرة مخصص عن طريق المترجم ويمكن الوصول إليه عن طريق جميع دوال البرنامج ( مجال غير محدود) . يمكن تعديل المتغير العمومى عن طريق أى دالة وسوف يحتفظ بقيمته لكى يستخدمها عن طريق الدوال الأخرى . عادة يتم مسح ( تحديدها بصفر) المتغيرات العمومية عند بدء الدالة الرئيسية main( ) . هذه العملية غالبا يتم تنفيذها عن طريق كود البداية المتولد بواسطة المترجم ولا يراه المبرمج .
قطعة الكود التالية تبين مجال المتغيرات :

unsigned char globey ;            // a global variable 
void function_z (void)             //this is a function called from main( )
{
         unsigned int tween;               //a local variable
         tween = 12 ; //OK because tween is local
         globey = 47 ; // OK because globey is global 
         main_loc =12 ; //.This line will generate an error
                                 //because main_loc is local to main
}
 
void main( )
{
         unsigned char main_loc; // a variable local to main( ) 
         globey = 34 ; // OK because globey is global 
            tween = 12 ; // will cause an error – tween is locat to function function_z
while(1)//do forever..
{
;
}
}

عندما يتم استخدام متغيرات داخل دالة , إذا كان متغير محلى يمتلك نفس اسم المتغير العمومى , فإن المتغير المحلى سوف يستخدم عن طريق الدالة . قيمة المتغير العمومى , فى هذه الحالة , سوف لا يسمح بالوصول إليها من الدالة وسوف تظل على ما هى عليه ولن تمس .

1-4-3 الثوابت Constants :

[ميكرومان]

اللهم اكثر من امثالك اخي

[Semmoor]

جميل جدا وفقك الله