برنامه نویسی چند نخی یا Multi threading آردوینو DUE

برنامه نویسی چند نخی یا Multi threading  آردوینو DUE

مبحث thread   یک مبحث مهم در برنامه نویسی می‌باشد. بدون استفاده از Thread  معمولا برنامه‌ها عمل‌کرد بالایی را  پیدا نمی‌کنند.هنگامی که درون یک برنامه دو یا چند بخش نیاز به پردازش همزمان داشته باشند  می‌توانیم روی هر قسمت  Thread  جدا گانه اجرا  کنیم.چند نخی یا Multi Thrending  در واقع می‌تواند چند وظیفگی یا تقسیم پردازش یا برنامه به بخش‌های مجزا را منجر شود.با این سبک برنامه‌نویسی می‌توانیم چند پردازش را به صورت همزمان اجرا کنیم. مثلا می‌توانیم به صورت همزمان مقدار چند سنسور را خوانده و در همان حال چند بازوی رباتیک را کنترل نمود. آردوینو DUE نیز از  میان سایر آردوینو‌ها از برنامه نویسی چندنخی پشتیبانی می‌کند و با آن می‌توان برنامه‌هایی با چند پردازش همزمان اجرا نمود. در ادامه آموزش با مرجع تخصصی آردوینو ، دیجی اسپارک همراه باشید.

(توجه داشته باشید که این آموزش صرفا مخصوص آردوینو DUE می‌باشد)

کتابخانه‌ای به نام Scheduler  مختص آردوینو DUE وجود دارد که به وسیله آن می‌توانید چند تابع را به صورت همزمان در برنامه اجرا کنید. به عبارت دیگر برنامه شما می‌تواند دارای چند loop باشد که همگی بدون ایجاد وقفه در دیگری در حال پردازش می‌باشند. در واقع توسط این کتابخانه CPU  به چند بخش تقسیم می‌شود و هر بخش وظیفه اجرای یک loop را بر عهده می‌گیرد.

در ابتدای شروع کار با ین کتابخانه  باید  طبق دستور زیر کتابخانه Scheduler را به برنامه فرخوانی کنیم.

#include <Scheduler.h>

در مرحله‌ی بعدی می‌بایست برای هر قسمتی که می‌خواهیم عملیات چند نخی یا همان Thread را برا روی آن اجرا کنیم یک تابع بنویسیم.برای مثال در قطعه کد زیر ما ۳ عدد loop می‌خواهیم در برنامه ایجاد کنیم و عملیات Thread را بر روی آن‌ها اجرا کنیم به این معنی که این سه عدد loop به طور همزمان برنامه‌های داخلشان بدون تداخل با یکدیگر اجرا شوند.

#include <Scheduler.h>

void setup()
{

}

// حلقه ی اول
void loop()
{

}

// حلقه ی دوم
void loop2()
{

}

// حلقه ی سوم
void loop3()
{

}

سپس نوبت به استفاده از تابع زیر می‌رسد:

Scheduler.startLoop(loop name)

توسط این تابع درون setup برنامه ، loop‌های نوشته شده را به برنامه معرفی می‌کنیم. توجه داشته باشید که loop  شماره ۱ به طور پیش‌فرض معرفی می‌شود و loop های بعد از شماره ۱ را باید معرفی نمود .پس کد‌های ذکر شده در بالا را به صورت زیر توسعه می‌دهیم:

در مرحله بعدی باید در آخرین loop موجود در تابع  yield را صدا بزنیم تا cpu در بین loop ها عملیات سوئیچ را انجام دهد. در صورتی که تابع yield فراخوانی نشود ، برنامه قفل می‌کند و دیگر هیچ عملیاتی را انجام نمیدهد .پس مطابق کدهای فوق باید در پایان  loop3  تابع yield را فراخواند همانند کد زیر:

// حلقه ی سوم
void loop3()
{
yield();
}

چکیده: با استفاده از چندنخی در آردوینو DUE می‌توان پردازش‌های سنگین را دسته بندی کرد بدون اینکه در حین انجام یک پردازش سنگین قسمت‌های دیگر برنامه موقف شود. برای مثال طبق آموزش داده شد شما میتوانید حتی در loop شماره ۳ از با استفاده از delay یک ناخیر به میزان ۲۰ ثانیه ایجاد کنید بدون اینکه در loop شماره۱ و ۲  اینن تاخیر تاثیری ایجاد کند و loop شماره ۱ و ۲ به صورت طبیعی به کار خود ادامه می‌دهد.

پروژه برنامه نویسی چند نخی آردوینو

در این پروژه یک سه عدد LED را به پین‌های شماره ۸ ، ۹ و ۱۳ متصل می‌کنیم.سپس در loop شماره ۱ ، LED متصل به پین شماره۸ را با تاخیر ۱ ثانیه به صورت چشمک زن در می‌آوریم و همچنین در loop شماره ۲ ، LED متصل به پین شماره ۹ را با تاخیر ۱۰۰ میلی‌ثانیه به صورت چشمک زن در می‌آوریم و همچنین در loop شماره ۳ ، به وسیله ارتباطط سریال و دریافت دو کاراکتر ۰ و ۱ ، LED متصل به پین شماره ۳ را خاموش روشن می‌کنیم.در صورتی که کد‌های زیر را بر روی آردوینو DUE آپلود کنید مشاهده خواهید کرد که delay های موجود در loop ها بر روی هم تاثیری نمی‌گزارند و هر loop به صورت مستقل پردازش می‌شود.

// Include Scheduler since we want to manage multiple tasks.
#include <Scheduler.h>

int led1 = 8;
int led2 = 9;
int led3 = 13;

void setup ()
  {
  Serial.begin (9600);

  // Setup the 3 pins as OUTPUT
  pinMode (led1, OUTPUT);
  pinMode (led2, OUTPUT);
  pinMode (led3, OUTPUT);

  // اضافه کردن loop2 , loop3 به منظور ایجاد برنامه نویسی چند نخی
  // loop شماره ی ۱ به صورت پیش فرض به برنامه معرفی می شود
  Scheduler.startLoop (loop2);
  Scheduler.startLoop (loop3);
  }

// Task no.1: blink LED with 1 second delay.
void loop ()
  {
  digitalWrite (led1, HIGH);
  delay (1000);
  digitalWrite (led1, LOW);
  delay (1000);
  }

// Task no.2: blink LED with 0.1 second delay.
void loop2 ()
  {
  digitalWrite (led2, HIGH);
  delay (100);
  digitalWrite (led2, LOW);
  delay (100);
  }

// Task no.3: accept commands from Serial port
// '۰' turns off LED
// '۱' turns on LED
void loop3 ()
  {
  if ( Serial.available () ) {
    char c = Serial.read ();
    if ( c == '0' ) {
      digitalWrite (led3, LOW);
      Serial.println ("Led turned off!");
      }
    if ( c == '1' ) {
      digitalWrite (led3, HIGH);
      Serial.println ("Led turned on!");
      }
    }
  delay (10000);
  // IMPORTANT:
  // We must call 'yield' at a regular basis to pass
  // control to other tasks.
  yield ();
  }