مشروع إيترون

كان مشروع ITRON [ ^{1 ] أول} مشروع فرعي من مشروع TRON . ^{[ 2 ]} وقد قام بصياغة وتحديد مواصفات نظام التشغيل الصناعي TRON (ITRON) لنواة نظام التشغيل المضمن في الوقت الحقيقي (RTOS) .

بدأ مشروع ITRON عام 1984، وهو معيار ياباني مفتوح لنظام تشغيل في الوقت الحقيقي، أُطلق تحت إشراف كين ساكامورا . يهدف هذا المشروع إلى توحيد معايير نظام التشغيل في الوقت الحقيقي والمواصفات ذات الصلة للأنظمة المدمجة ، وخاصةً الأنظمة المدمجة صغيرة الحجم. تستهدف مواصفات ITRON RTOS الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الفاكس . ويبيع العديد من الموردين تطبيقاتهم الخاصة لنظام التشغيل.

ITRON و μITRON (أو uITRON أو microITRON أحيانًا) هما اسمان لمواصفات أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) المشتقة من مشاريع ITRON. يشير الحرف "μ" إلى أن هذه المواصفات مخصصة لوحدات المعالجة المركزية الأصغر حجمًا (8 بت أو 16 بت). المواصفات متاحة مجانًا، كما تتوفر تطبيقات تجارية لها، وتُقدم بموجب تراخيص متعددة.

توجد بعض الأمثلة على تطبيقات المصدر لمواصفات ITRON، كما هو الحال مع العديد من عروض المصدر التجارية.

من أمثلة أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي مفتوحة المصدر التي تتضمن واجهة برمجة تطبيقات تستند إلى مواصفات μITRON هي eCos و RTEMS .

مواصفات ITRON مخصصة لأنظمة التشغيل المضمنة في الوقت الحقيقي الصارم.

يحظى بشعبية كبيرة في سوق الأنظمة المدمجة، حيث توجد العديد من التطبيقات له، أي الأجهزة التي تحتوي على نظام التشغيل المدمج بداخلها.

على سبيل المثال، توجد مقابلة منشورة في مجلة ACM Queue مع جيم ريدي، مؤسس شركة مونتافيستا (شركة أنظمة لينكس في الوقت الحقيقي)، بعنوان "مقابلة مع جيم ريدي"، أبريل 2003، ACM Queue. ^{[ 3 ]} يقول في المقابلة: "يُعدّ نظام التشغيل μITRON أنجح نظام تشغيل في الوقت الحقيقي في اليابان تاريخيًا. وهو نظام مفتوح المصدر محليًا بقيادة الدكتور كين ساكامورا من جامعة طوكيو، ويُعتبر معيارًا صناعيًا هناك". تستخدم العديد من الكاميرات الرقمية اليابانية، على سبيل المثال، نظام التشغيل μITRON. كما استخدمت شركة تويوتا للسيارات نظام التشغيل μITRON للتحكم في المحرك.

وفقًا لتقرير "استطلاع اتجاهات استخدام أنظمة التشغيل المدمجة في الوقت الحقيقي"، الذي يُجريه منتدى TRON سنويًا في مؤتمر التكنولوجيا المدمجة (ET، الذي تنظمه الجمعية اليابانية لتكنولوجيا الأنظمة المدمجة: JASA)، فقد تصدّر نظام التشغيل ITRON السوق في اليابان لفترة طويلة، ويُعتبر نظام التشغيل القياسي في هذا القطاع. فعلى سبيل المثال، في استطلاع السنة المالية 2016، ^{[ 4 ]} استحوذت أنظمة تشغيل TRON (بما في ذلك نظام التشغيل ITRON ونواة T) على حوالي 60% من سوق الأنظمة المدمجة. وبلغت حصة أنظمة تشغيل ITRON (بما في ذلك μITRON) وحدها 43% من السوق، متقدمةً بنسبة 20% على أنظمة التشغيل القائمة على UNIX (بما في ذلك POSIX)، التي حلت في المرتبة الثانية بعد أنظمة تشغيل TRON.

على الرغم من أن مواصفات ITRON قد لا تكون معروفة على نطاق واسع في الخارج، إلا أن أنظمة التشغيل المتوافقة معها تُستخدم في الأجهزة المنزلية اليابانية الصنع وتُصدّر إلى مختلف أنحاء العالم، مما يمنحها حصة سوقية كبيرة. في عام 2003، احتلت المرتبة الأولى عالميًا من حيث حصة سوق أنظمة التشغيل. ^{[ 5 ]} ونظرًا لسهولة الحصول على ترخيصها ومجانيتها، فقد شاع استخدامها في آسيا.

بدأت مواصفات μITRON (تُقرأ مايكرو إيترون، وليس "مو" إيترون) كجزء من مواصفات إيترون الأصلية. ولكن بعد ظهور الإصدار الثالث من مواصفات μITRON، ولأنها تغطي سوق وحدات المعالجة المركزية منخفضة التكلفة بالإضافة إلى الأنظمة واسعة النطاق، أصبح مصطلح إيترون يُشير غالبًا إلى μITRON.

المعالجات المركزية المدعومة عديدة. ARM و MIPS و x86 و SH و FR-V وغيرها الكثير بما في ذلك المعالجات المركزية المدعومة بواسطة أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر eCos و RTEMS ، وكلاهما يتضمن دعم واجهات برمجة التطبيقات المتوافقة مع μITRON.

بدأ مشروع TRON بتصميم بنية الكمبيوتر كبنية تحتية لتطبيقات الكمبيوتر المستقبلية، وقدم لمحة عامة عن التصميم الأساسي في المؤتمر الوطني التاسع والعشرين لجمعية معالجة المعلومات في اليابان عام 1984.

• حوالي عام 1984: بدأ تطوير μITRON كمشروع فرعي لمشروع TRON.

• 1987: نُشرت أول مقدمة شاملة لمشروع ترون باللغة الإنجليزية في مجلة IEEE Micro (المجلد: 7، العدد: 2، أبريل 1987). ^{[ 6 ]}
  • تم إصدار مواصفات ITRON1.

• 1989: تم إصدار مواصفات ITRON2، الإصدار 2 من ITRON، و μITRON2، وهي مجموعة فرعية من ITRON2.
  • صدرت ITRON2 بنسختين: ITRON، المصممة لأنظمة 32 بت واسعة النطاق، وμITRON، وهي مواصفات فرعية للمعالجات الدقيقة أحادية الشريحة صغيرة النطاق (8-16 بت). لا توجد نسخة أولى من μITRON، والنسخة الأولى هي μITRON2. من بين هاتين النسختين، استُخدمت μITRON2 في نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك جميع وحدات التحكم الدقيقة الرئيسية تقريبًا للأنظمة المدمجة، نظرًا لإمكانية استخدامها مع وحدات التحكم الدقيقة ذات الأداء المنخفض جدًا. أما μITRON، فقد اعتُمدت لأنظمة 32 بت واسعة النطاق، وطُوّرت مواصفات μITRON3 لتتوافق مع أنظمة 8-32 بت.

• 1993: تم إصدار مواصفات μITRON3.0.
  • يغطي معيار μITRON3 الأنظمة الصغيرة والكبيرة على حد سواء بمواصفات واحدة، وذلك بتقسيم استدعاءات النظام إلى مستويات مختلفة. وهو يُعرّف وظائف تُعادل تقريبًا المجموعة الكاملة لمعيار ITRON2.

• حوالي عام 1996: بدأت المرحلة الثانية من المشروع الفرعي ITRON.
  • مع ازدياد حجم وتعقيد الأنظمة المدمجة في ذلك الوقت، تزايد الطلب على قابلية نقل التطبيقات. ومع تحسن أداء هذه الأنظمة، أُضيفت وظائف لم تكن مُدرجة في مواصفات ITRON آنذاك بسبب استهلاكها الكبير للموارد. ووفقًا لاستطلاع رأي أجرته جمعية TRON، والمذكور في مواصفات μITRON4، لم تكن المخاوف الرئيسية آنذاك تتمحور حول استهلاك نظام التشغيل لموارد كثيرة، بل حول عدم قدرة المهندسين على استخدامه بالشكل الأمثل، وكبر حجم الاختلافات في المواصفات، مما جعل عملية التبديل صعبة.

• 1999: تم إصدار مواصفات μITRON4.
  • استند نظام التشغيل ITRON الأصلي إلى فكرة "التوحيد القياسي المرن" ليتوافق مع وحدات المعالجة المركزية ذات الأداء المنخفض. ومع ذلك، مع ازدياد استخدام البرمجيات الوسيطة على ITRON، برزت الحاجة إلى "توحيد قياسي قوي" لتحسين قابلية نقل البرمجيات، ما أدى إلى تحسين توافق المواصفات ودقتها.

• 2000: بدء مشروع محرك تي.
  • بدأ مشروع T-Kernel لتعزيز توحيد معايير ITRON وإنشاء نظام تشغيل في الوقت الحقيقي من الجيل التالي، T-Kernel، مع "توحيد معايير أقوى" من خلال إنشاء تطبيق مصدر واحد ونشره.
• 2010: أصبحت جمعية TRON، التي روجت لمشروع TRON من خلال نشر وثائق المواصفات وعقد الندوات الفنية وما إلى ذلك، جزءًا من منتدى T-Engine.
• 2015: قام منتدى T-Engine بتغيير اسمه إلى منتدى TRON.
• في 10 نوفمبر 2017، حصل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ( IEEE) على حقوق ملكية مشتركة لمواصفات μT -Kernel (تُقرأ micro T-Kernel) من منتدى TRON. ^{[ 7 ]} يُعدّ μT-Kernel امتدادًا منطقيًا لنظام التشغيل ITRON. أصبحت حقوق ملكية مواصفات μT-Kernel الآن مشتركة بين الطرفين. وقد ساهم ذلك في تسهيل إصدار معيار IEEE 2050-2018، وهو معيار IEEE لنظام تشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) للأنظمة المدمجة صغيرة الحجم، والمبني على مواصفات μT-Kernel.
• 2023: اعترفت IEEE بأنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي التي اقترحها مشروع TRON وأنشأها وأصدرها باعتبارها علامة فارقة من علامات IEEE من خلال الإشارة إليها باسم "عائلة أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي TRON، 1984"، وتم تركيب لوحة معتمدة في حرم جامعة طوكيو، حيث عمل قائد مشروع TRON كين ساكامورا كمساعد باحث في عام 1984. ^{[ 8 ]}

أحدث إصدار من مواصفات μITRON، حتى عام 2016، هو μITRON4، الذي صدر عام 1999، وأحدث إصدار من μITRON4 هو 4.03.03، الذي صدر في ديسمبر 2006. وتنص المواصفات على أن الخطة هي تصميم مواصفات تسمح بانتقال سلس من μITRON إلى T-Kernel في المستقبل. (المواصفات باللغة الإنجليزية متاحة على الرابط: μITRON 4.0 Specification Ver. 4.03.00 )

يقول ساكامورا أن μITRON كانت بالفعل "تقنية ناضجة" في عام 2000. ومن وجهة النظر القائلة بأنه ينبغي تركيز المزيد من الجهد على مشروع T-Kernel أكثر من مشروع ITRON في عصر الحوسبة المنتشرة، فقد تم توفير μT-Kernel للأنظمة صغيرة النطاق، والتي كان μITRON يستخدم لها تقليديًا، كما تم توفير μT-Kernel 2.0 لعصر إنترنت الأشياء.

تُستخدم T-Kernel بشكل أساسي في الأنظمة المدمجة التي تتطلب معالجة معلومات متقدمة، ولكن لا يزال يتم استخدام μITRON في الأنظمة التي لا تتطلب مثل هذه المعالجة المتقدمة.

هناك إنجازات تصميمية بارزة، مثل سيارة تويوتا برادو (2005) التي تستخدم نظام μITRON للتحكم في محركها، والمذكورة في صفحة الذكرى الثلاثين لمشروع ترون. ^{[ 9 ]} ومن الإنجازات التصميمية الأخرى التي ظهرت بعد ذلك التاريخ جهاز نينتندو سويتش، وهو جهاز ألعاب يستخدم نظام التشغيل FreeBSD كنظام تشغيل رئيسي للوحدة الرئيسية، ونظام μITRON 4.0 للتحكم اللاسلكي في وحدة التحكم (Joy-Con) (2017). ^{[ 10 ]}

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه خلال الفترة التي تم فيها توزيع نظام التشغيل ITRON specification، لم يطلب مشروع TRON من المستخدمين ذكر استخدامه في الدليل أو المنتج نفسه، وبالتالي فإن الإحصاء الدقيق لنجاحات التصميم غير موجود على الإطلاق.

يُستخدم نظام التشغيل μITRON في العالم غير المرئي للأجهزة مثل معدات الأعمال والأجهزة المنزلية وأجهزة التحكم عن بعد لوحدات ألعاب الفيديو.

يُستخدم أيضًا في أجهزة متطورة مثل خوادم تسجيل التلفزيون والسيارات، حيث يتم تثبيت وحدات تحكم دقيقة متعددة وأنظمة تشغيل متعددة للتحكم بها ضمن نظام التشغيل المتقدم الذي يتحكم بالنظام بأكمله. حتى لو كان نظام التشغيل الرئيسي يستخدم لينكس أو ويندوز مضمنين، فإن μITRON يعمل في الخفاء، مثل وحدة التحكم الدقيقة لكتابة الوسائط على خوادم التسجيل أو وحدة التحكم الدقيقة للتحكم بمحرك السيارات. يستخدم جهاز نينتندو سويتش، وهو جهاز ألعاب أصدرته نينتندو عام 2017، نظام تشغيل مخصصًا كنظام تشغيل رئيسي، ولكنه يستخدم نظام تشغيل في الوقت الحقيقي من eSOL متوافق مع مواصفات μITRON4.0 للتحكم في تقنية الاتصال قريب المدى (NFC) لوحدة التحكم (Joy-Con). ^{[ 10 ]} يستخدم جهاز نينتندو سويتش مجموعة متنوعة من المنصات، بما في ذلك أنظمة تشغيل TRON، مثل نظام الملفات "PrFILE2 exFAT" الخاص بوحدته الرئيسية، وهو جزء من منصة "eCROS" المبنية على نواة T من شركة eSOL، وحزمة بروتوكولات الاتصال "Libnfc-nci" لمعالجة تقنية NFC، وهي جزء من منصة أندرويد. إلى جانب أجهزة ألعاب نينتندو، تُجهز الأجهزة المتطورة الأخرى، مثل السيارات والهواتف الذكية، بأنظمة تشغيل متعددة، بما في ذلك أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS)، بالإضافة إلى نظام التشغيل الرئيسي.

باعتباره نظام تشغيل بواجهة مستخدم رسومية قريبة من المستخدم العادي، شاع استخدام نظام μITRON في الهواتف المحمولة عالية الأداء التي لاقت رواجًا في اليابان في أوائل العقد الأول من الألفية الثانية. وقد وفّرت شركات تصنيع المعالجات الدقيقة، مثل معالج SH-Mobile3 الذي أصدرته شركة رينيساس عام 2004 والذي استُخدم كمعالج رئيسي في العديد من الهواتف المحمولة عالية الأداء التي طُرحت في اليابان في منتصف العقد الأول من الألفية الثانية، أنظمة تشغيل بمواصفات ITRON كجزء من منصاتها. إلا أن نظام تشغيل ITRON لم يكن موحدًا بشكل جيد، حيث قامت كل شركة بتخصيص البرمجيات لكل هاتف محمول، مما أدى إلى توسع البرمجيات، وأصبح تخصيص نظام التشغيل مشكلةً بالنسبة لهواتف الجيل الثالث من الاتصالات المتنقلة (3G). ^{[ 11 ]} وفي عام 2003، أعلنت شركة NTT DoCoMo أنها ستوصي بنظامي التشغيل Symbian وLinux كأنظمة تشغيل لخدمة 3G FOMA. وهكذا، منذ حوالي عام 2005، بدأت الهواتف المحمولة "غالاباغوس" أيضًا في استخدام أنظمة تشغيل للأغراض العامة مثل لينكس بدلاً من أنظمة التشغيل في الوقت الحقيقي مثل ITRON.

حتى بعد توقف استخدام نظام التشغيل μITRON كنظام تشغيل رئيسي للهواتف المحمولة، قد يستمر تشغيله في المعالجات الدقيقة للتحكم بالكاميرات، وما إلى ذلك. على سبيل المثال، استخدمت شريحة معالجة الصور "Milbeaut Mobile"، التي أصدرتها شركة فوجيتسو عام 2003 واستُخدمت في العديد من الهواتف المحمولة عالية الأداء المزودة بكاميرات والتي لاقت رواجًا في اليابان في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، نظام التشغيل μITRON. ^{[ 12 ]} ولا تزال سلسلة Milbeaut تُباع حتى العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين كشريحة معالجة صور لكاميرات السيارات، والطائرات بدون طيار، وكاميرات المراقبة، وغيرها.

في أجهزة الوسائط المتعددة من تسعينيات القرن الماضي وحتى أوائل الألفية الجديدة، كان من الضروري استخدام نظام تشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) مثل ITRON لتحقيق وظائف متقدمة، مثل تعظيم أداء المعالجات منخفضة الأداء والتحكم في معالجة الفيديو والاتصالات الشبكية في الوقت الحقيقي بالتوازي. مع ذلك، كان العبء على المهندسين كبيرًا، ومنذ العقد الثاني من الألفية، ومع التحسن الكبير في أداء المعالجات الدقيقة، لم يعد يُنصح باستخدام نظام تشغيل في الوقت الحقيقي للتحكم في هذه الأجهزة عالية الأداء. في الغالب، يُستخدم نظام لينكس المدمج مثل أندرويد، ولا يُستخدم نظام تشغيل في الوقت الحقيقي إلا في الأجزاء التي تتطلب أداءً فوريًا. ولأن مواصفات نظام تشغيل ITRON غير موحدة بشكل جيد، يوصي منتدى TRON باستخدام T-Kernel كنظام تشغيل في الوقت الحقيقي للأنظمة المدمجة عالية الأداء. في الأجهزة المدمجة للمستهلكين العاديين في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، اعتمدت سلسلة طابعات Colorio من Seiko Epson على "eCROS"، وهي منصة برمجية تعتمد على T-Kernel من eSOL في عام 2008. ^{[ 13 ]}

تستمد ITRON شعبيتها من عوامل عديدة، من بينها مفهوم "التوحيد القياسي المرن": حيث تُحدد مواصفات واجهة برمجة التطبيقات (API) على مستوى الكود المصدري، دون تحديد توافقها الثنائي. وهذا يُتيح للمطورين الاستفادة من خصائص نموذج وحدة المعالجة المركزية (CPU) المُستهدف. بل ويتمتع المطور بحرية اختيار تمرير المعاملات باستخدام حزمة مُجمعة، أو معاملات منفصلة لواجهة برمجة التطبيقات (استدعاء النظام، استدعاء المكتبة، إلخ). وتُعد هذه الحرية ضرورية لتحقيق الاستخدام الأمثل لوحدات المعالجة المركزية ذات 8 بت أو 16 بت الأقل قوة. إلا أن هذا يجعل الحفاظ على التوافق الثنائي بين التطبيقات المختلفة أمرًا مستحيلاً. وقد أدى ذلك إلى تطوير T-Kernel في العقد الأول من الألفية الثانية لتعزيز التوافق الثنائي لتوزيع البرمجيات الوسيطة. يشير T-Kernel إلى كلٍ من المواصفات والتطبيق الوحيد المُستند إلى الكود المصدري المُرخص والمتاح مجانًا من منتدى TRON (المعروف سابقًا باسم منتدى T-Engine) بموجب ترخيص T. لذا، لا يُعاني T-Kernel من مشكلة عدم التوافق الثنائي لواجهة برمجة التطبيقات.

تم الترويج لمواصفات ITRON من قبل الشركات المختلفة التي تبيع التطبيقات التجارية. كما كانت هناك منظمة غير ربحية، جمعية TRON ^{[ 14 ]} ، التي روجت للمواصفات من خلال نشرها إلى جانب أنظمة تشغيل أخرى بمواصفات TRON. ولكن منذ الربع الأول من عام 2010، أصبحت جمعية TRON جزءًا من منتدى T-Engine ^{[ 15 ]} ، وهي منظمة غير ربحية أخرى تروج لأنظمة تشغيل أخرى مثل نظام التشغيل في الوقت الحقيقي من الجيل التالي، T-Kernel . وقد غيّر منتدى T-Engine اسمه إلى منتدى TRON في عام 2015.

JTRON ( Java TRON ) هو مشروع فرعي من ITRON للسماح له باستخدام منصة Java .

• إكسبيد - نيكون
• بيونز – سوني
• CxProcess – كونيكا مينولتا

• الموقع الرسمي ، ترون
• منتدى ترون على جيت هاب
• مختبر الدكتور كين ساكامورا، مؤرشف بتاريخ 13 يونيو 2021 على موقع Wayback Machine
• أرشيف مشروع ITRON
• معرض ترون، وهو معرض تكنولوجي، يُقام سنوياً باللغة الإنجليزية
• نظام التشغيل الأكثر شعبية في العالم