Modulhandbuch BaTIN2012_RechneraufbauHardwarenaheProgrammierung

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Unterrichtssprache

Modulprüfung

anerkennbare LV

• F07 RHP

Prüfungselemente

Vorlesung / Übung

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

• Grundlagen der C-Programmierung angeben, erklären, einsetzen (PFK.2, PFK.6, PFK.9). Diese sind ...
  • Konstanten, Variablen, Datentypen
  • Ausdrücke, Anweisungen, Kontrollstrukturen
  • Präprozessoranweisungen
  • Zeiger und Zeigerarithmetik
  • Strukturierte Datentypen (Felder, Strukturen)
  • Funktionen
  • Standardbibliotheken
  • Aufbau von Mehrdateienprogrammen mit Zugriff auf Bibliotheken
• Prinzipien der hardwarenahe I/O-Programmierung in C analysieren, klassifizieren (PFK.1, PFK.2, PFK.4)
  • Aufbau digitaler I/O-Ports analysieren und verstehen
  • Erreichbarkeit von I/O-Ports klassifizieren
    • Memory-Mapped-I/O
    • seperater I/O-Adressbereich
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Zeiger verstehen und implementieren
  • Zugriff auf I/O-Ports mittels Treiberbibliotheken verstehen und erläutern
• Prinzip der Automatenimplementierung unter C kennen und erläutern (PFK.2)
• Aufbau und Funktionsweise eines Kleinrechnersystems mit verschiedenen I/O-Schnittstellen analysieren und beschreiben (PFK.1, PFK.4, PFK.10)
  • Analysieren der Gesamt-Architektur (Register, Rechenwerk, Steuerwerk, Speicher, Busstruktur, I/O-Schnittstellen) und beschreiben der Wechselwirkung der Komponenten
  • Funktionsweise, d.h. Ablauf einer Programmabarbeitung auf Basis von Registertransfers verstehen und erläutern
  • Elementare Grundlagen zur Programmierung des Kleinrechners in Assembler verstehn und beschreiben
  • Aufbau, Arbeitsweise der I/O-Schnittstellen verstehen und erläutern
    • digitale Ports (siehe oben)
    • Timer/Counter (inkl. Digital-Analog-Wandlung mittel Pulsweitenmodulation)
    • Analog-Digital-Wandler
    • serielle Schnittstelle
• Prinzipien des Interrupts klassifizieren, erläutern, bewerten (PFK.1, PFK.4)
  • Interrupt-Quellen und -Arten klassifizieren
  • Prinzip der Interruptbearbeitung verstehen und erläutern
    • Interupt-Vektor-Tabelle
    • Interrupts-Service-Routine
    • zeitlicher Ablauf der Interruptsbearbeitung
  • Mechanismen zur Bearbeitung konkurrierender Interrupts verstehen, bewerten
  • Funktionsweise und Aufgabe des Interrupts bei den verschiedenen I/O-Schnittstellen kennen und erläutern

Fertigkeiten

• Grundlagen der C-Programmierung programmiertechnisch anwenden (PFK.5, PFK.6)
• Prinzipien der hardwarenahe I/O-Programmierung in C programmiertechnisch anwenden (PFK.5, PFK6)
  • Implementierung von Treiberbibliotheken in C
  • Implementierung bitbasierte Ein-Ausgabe und Auswertung von Daten mittels C
• Elementare Grundlagen der Assembler-Programmierung in Form von Inline-Assembler in C-Programmen programmiertechnisch anwenden (PFK.5, PFK.6)
• Detaillierten technischen Spezifikationen von I/O-Schnittstellen interpretieren, so dass zielgerichtete sinnvolle Konfigurationen erstellt werden können (PFK.1, PFK.4, PFK.10)
• Erstellen von Treiberbibliotheken in C für verschiedene I/O-Schnittstellen mit Unterstützung ihrer Interruptfähigkeit (PFK.1, PFK.2, PFK.5, PFK.6)
• Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten (PFK.3, PFK.4, PFK.1, PFK10, PFK.2)
  • technische Texte erfassen
  • implizite Angaben erkennen und verstehen
  • fehlende Angaben
    • erkennen
    • ableiten
    • erfragen
• Erarbeitung von Problemlösungen aus dem Bereich Messen-Steuern-Regeln, die sich mit C-Programmen realisieren lassen (PFK.1, PFK.2, PFK.3, PFK.4, PFK.5, PFK.6, PFK.9, PFK.10)
  • Systemverhalten aus spezifizierenden Text herleiten
  • Auswahl und Konfiguration der benötigten I/O-Schnittstellen
  • Erarbeitung eines Interruptskonzeptes
  • Aufstellen des Zustandsüberführungsdiagramms
    • Auswahl der geeigneten Spezifikationsform (Moore versus Mealy)
    • Bewertung der Spezifikation
      • Vollständigkeit
      • Determiniertheit
      • Lebendigkeit
  • Implementierung mittels C unter Verwendung von Treiberbibliotheken
• Prinzipien der Laufzeitsystem für C-Programme analysieren und erläutern (PFK.4, PFK.9)
  • Art der C-Funktions-Parameterübergabe mittels Stack klassifizieren (call by value/reference)
  • Verwaltung lokalen C-Variablen mittels Stack erläutern
  • dynamischer Stackauf und -abbau bei geschachtelten C-Funktionsaufrufen ermitteln und beschreiben
  • dynamischen Stackaufbau mittels Debugger analysieren und beschreiben
• zielgerichtetes Handhaben der Software-Entwicklungsumgebung (PFK.9)
  • Compiler
  • Linker
  • Debugger
  • Simulator

Handlungskompetenz demonstrieren

• komplexere Aufgaben in einem Kleinteam bewältigen (PSK.3, PSK.4)
• Erarbeitung von komplexeren Problemlösungen aus dem Bereich Messen-Steuern-Regeln, die sich mit C-Programmen realisieren lassen
  • komplexeren Problemstellungen verstehen und analysieren (PFK.1, PFK10, PFK.2, PFK.4, PFK.3, PSK.3, PSK.4, PFK.8)
    • Systemverhalten aus spezifizierenden Texten herleiten
    • System strukturiert analysieren
      • sinnvolle Teilsysteme erkennen
      • Schnittstellen zwischen Teilsystemen erfassen
  • Gesamtsystem auf Basis von Teilsystemes modellieren (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.10)
  • Teilsysteme modellieren. Hierbei soweit möglich auf zur Vefürgung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen) abbilden, d.h. Komponentenauswahl und Konfiguration. (PFK.1, PFK.2, PFK.4, PFK.5, PFK.10)
  • Problemlösung mittels Software-Entwicklungsumgebung in C implementieren, testen und am Zielsystem in Betrieb nehmen (PFK.1, PFK.5, PFK.6, PFK.7, PFK.9, PSK.3)
    • Spezifiation von Teilsystemen in C
      • Treiberfunktion für zur Verfügung stehende Komponenten (I/O-Schnittstellen)
      • Interrupt-Service-Funktionen
      • Funktionen zur Implementierung von Zustandübergangsdiagrammen
      • Funktionen zur Systembedienung
      • ...
    • Compilieren der Teilsysteme
      • Finden syntaktischer Fehler und deren Behebung
    • Simulation und Debuggen von Teilsystemen
      • Erstellen von Teststimuli
      • Finden semantischer Fehler und deren Behebung
    • Spezifikation des Gesamtsystems in C
    • Simulation und Debuggen des Gesamtsystems
      • Erstellen von Teststimuli
      • Finden semantischer Fehler und deren Behebung
    • Gesamtsystem am Zielsystem in Betrieb nehmen

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung

Praktikum

Spezifische Lernziele

Kenntnisse

Fertigkeiten

Handlungskompetenz demonstrieren

Exemplarische inhaltliche Operationalisierung