Vorlesung

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Vorlesungsüberblick

Die Vorlesung soll aufbauend auf den Informatik-Kenntnissen aus GdI und ersten Programmiererfahrungen mit der Programmiersprache Java grundlegende Kenntnisse der systemnahen Programmierung vermitteln.

Während sich moderne Anwendungsprogrammierung primär an den Zusammenhängen und Begriffen des Anwendungsproblems orientiert und von den tatsächlichen Abläufen im Rechner weitgehend abstrahiert wird, sind bei systemnaher Programmierung gerade diese Abläufe im Rechner/Mikrocontroller das zu lösende Problem. Damit stehen die mächtigen Abstraktionen eines Betriebssystems, einer Middleware oder einer virtuellen Maschine nicht oder zumindest nur in geringerem Umfang zur Verfügung.

Eine in diesem Umfeld weit verbreitete Programmiersprache ist C, die im Rahmen der Lehrveranstaltung als Grundlage für Vorlesung und praktische Übungen dienen wird.

Obwohl C aus softwaretechnischer Sicht nicht mehr aktuell ist und für den Aufbau größerer Anwendungssoftwaresysteme äußerst kritisch gesehen werden muss, ist ein großer Teil der heute in Betrieb befindlichen Software in dieser Sprache geschrieben und man ist dadurch häufig mit der Wartung oder Weiterentwicklung solcher Software konfrontiert.

Vor allem im Bereich von eingebetten Systemen und allen anderen Arten von systemnaher Programmierung wird C auch heute noch häufig für Neuentwicklungen eingesetzt. Viele Entwicklungswerkzeuge sind auf diese Sprache ausgerichtet und in den Entwicklergruppen ist die Erfahrung mit der Programmiersprache und der damit verbundenen Art der systemnahen Programmierung nach wie vor sehr weit verbreitet.

Der Fokus der Lehrveranstaltung liegt einerseits auf der Architektur systemnaher Software und den Zusammenhängen zwischen den Abstraktionen der Programmiersprache und den tatsächlichen Strukturen und Abläufen in der Hardware (z.B. Zeiger in C, virtueller Speicher, Speicherzellen des Hauptspeichers).
Andererseits wird besprochen, wie man bei der gerade im ingenieurwissenschaftlichen Bereich wichtigen systemnahen Programmierung – z.B. für für eingebettete Systeme – vorgeht und diskutiert, wann und wo man eine sinnvolle Grenze zwischen systemnaher Software und der immer umfangreicher und komplexer werdenden Anwendungssoftware ziehen sollte.
Im Vergleich zu Java sollen dabei vor allem auch die aus programmiertechnischer Sicht problematischen Seiten von C und die daraus resultierenden Gefahren beleuchtet werden.

Übungen

Die ersten Übungsaufgaben sind „zum Warmwerden“ mit der Sprache und der Hardware gedacht.
Die Entwicklung findet unter Linux und unter Verwendung der SPiC IDE statt und programmiert wird das SPiCboard, das im Rahmen der Lötabende von den Studierenden selbst gelötet werden kann.
Ziel der Übungen ist es, dass die typischen Probleme und Lösungen für hardwarenahe Mikrocontrollerprogrammierung erkannt und verstanden werden.
Dazu gehört auch der effiziente Umgang mit Ressourcen (z.B. Speicher und Energie) und das Erstellen von korrekter und robuster Software.

Im zweiten Teil der Veranstaltung werden die Erfahrungen auf die systemnahe Programmierung unter Verwendung eines Betriebssystems (Linux) angewandt.
Es wird der Umgang mit Schnittstellen des Betriebssystemkerns geübt und Parallelen zur Entwicklung ohne Betriebssystem auf dem Mikrocontroller gezogen.

Folien der Vorlesung

Die Folien bilden den roten Faden durch die Vorlesung. Sie können (und sollen) eine ergänzende Vorlesungsmitschrift und die ausführliche Erläuterung der Themen in der Fachliteratur nicht ersetzen!

Für die komfortable Anzeige am Bildschirm und als Referenz stehen sowohl das Handout als auch die Präsentationsfolien (mit Einblendeanimationen) in einer Gesamtversion im PDF-Format zur Verfügung (durchsuchbar, mit klickbaren Querverweisen und Links).

Zur Zuordnung der Folien zu den einzelnen Vorlesungen (sowohl Planung im Voraus als auch Protokoll im Nachhinein) siehe „Terminübersicht (Semesterplanung)“ auf der SPiC-Hauptseite.

Wir behalten uns vor, das Skript regelmäßig zu verbessern und aktualisieren. Änderungen betreffen jedoch in der Regel nicht das gesamte Skript. Auf den Folien ist jeweils aufgeführt, wann sich das entsprechende Kapitel zuletzt geändert hat.

All slides are copyrighted © 2006–2023 by Daniel Lohmann, Jürgen Kleinöder, and Volkmar Sieh, University of Erlangen-Nürnberg, Germany. Use without prior written permission of the authors is not permitted!