Mikrorechentechnik 1. Organisation. Professur für Prozessleittechnik Wintersemester 2013/2014

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1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Professur für Prozessleittechnik Mikrorechentechnik 1 Organisation Professur für Prozessleittechnik Wintersemester 2013/2014

2 Qualifikationsziele Sie können sich in neue hardware- und projektspezifische Befehlssatzarchitekturen und Werkzeugketten einarbeiten, Algorithmen, Datenstrukturen und Programme in 80x86 Assembler und C lesen, entwerfen, implementieren und debuggen, Projekte, die die Programmierung von Mikrocontrollern beinhalten, planen, bewerten und durchführen. MRT1 (c) Urbas Folie 2

3 Hypothetisches Beispiel: Anti-Blockier-System Mechatronische Komponenten: 1 = Steuereinheit, 2 = Druckmodulator, 3 = Induktionsgeber, 4 = Bremssattel, 5 = Hydraulikleitung Steuereinheit auf Microcontroller Ansteuerung der Aktoren, Erfassung des Sensorsignals Algorithmus zur Steuerung der Bremskraft Parameter zur Anpassung an verschiedene Konfigurationen Aufzeichnen der Geschichte Kommunikation für Parametrierung und Abfrage über CAN-Bus (Bildquelle: MRT1 (c) Urbas Folie 3

4 Java, C, C++ oder Assembler? Java: Hardwareunabhängig / Denken in Objekten / bequem Aber: Speicherabdruck des Laufzeitsystems Zeitlich nicht deterministische Speicherverwaltung (GC) C / C++: C = portable Sprache, hardwarenah einfache AT-Projekte C++ = C mit Objekten & deterministisches Verhalten & generische Programmierung komplexe AT-Projekte Assembler: Maschinennahe Sprache (für jede CPU-Familie 1..n) Ganz nahe an der Hardware MRT1 (c) Urbas Folie 4

5 Was muss ich für die hardwarenahe Programmierung eines µcontrollers wissen? Hardwarearchitektur CPU, Register, Speicher, Peripherie Befehlssatzarchitektur Operationen und Operanden, Register, Adressierung des Speichers Stapelspeicher, Interrupts Programmiersprache ( Assembler ) Syntax (Operanden, Variablen, Register, Adressangaben) Sprünge, Schleifen, Unterprogramme Makros (Textersetzung) Algorithmen und Datenstrukturen MRT1 (c) Urbas Folie 5

6 Lehrinhalte Mikrorechnerkonzepte Architekturen (Stack, Akkumulator, Register) Befehlssätze, Adressierungsarten Hardwarenahe Programmierung mit Assembler Intel 80x86 Prozessorfamilie x86-assembler (NASM) Datenstrukturen und Algorithmen Kopplung mit technischen Prozessen Hardwarenahe Programmierung mit C Portable Programmierung Datenstrukturen und Algorithmen, Echtzeitverarbeitung MRT1 (c) Urbas Folie 6

7 Organisation Vorlesung: Grundlagen (2 DS/Woche bis Anfang Dez) Folienvortrag und Tafelbilder Lauffähige Code-Beispiele Kontrollfragen Selbststudium: Vertiefung (30-60 Minuten/Woche) Folien und Code-Beispiele zur Vorlesung Kurzreferenz 80x86-Assembler, C Übungsbeispiele (mit Musterlösungen) 3 x Praktika (1 DS, 5-10 Std. Vorbereitung/Termin) Eingangstest, Implementierung, Protokoll MRT1 (c) Urbas Folie 7

8 Praktika (ab Mitte November) μp-simulator Modellprozessor mit Akkumulator-Architektur Visualisierung innerer Arbeitsabläufe Assembler Ansteuerung eines Matrix-Displays Hardwarenahe Programmierung C-Programmierung Portable Grafikausgabe in C mit einer Grafikbibliothek für Linux/Mac/Windows MRT1 (c) Urbas Folie 8

9 Zeiten und Termine Vorlesung bis Montag 5.DS Uhr, BAR/SCHÖ Mittwoch 5.DS Uhr, BAR/SCHÖ Sprechstunde: nach Vereinbarung, BAR/E24 Einschreibung Praktikumstermine per WWW Gruppen á 4 Personen (bitte jetzt schon zusammenfinden) Einweisung voraussichtlich KW45 durch Dr. Schingnitz WS08/09 Okt Nov Dez Jan Vorlesung PR Simulator PR Assembler PR C/Grafik MRT1 (c) Urbas Folie 9

10 Grobplanung Vorlesung Rechnerarchitekturen (Steuerwerke, v.neumann) Befehlssatzarchitektur 80x BMBF-Kongress Register, Speicheradressierung Felder, Strukturen, Bedingte Steuerung des Programmflusses Interrupts, Anbindung von Prozessperipherie Grundelemente der Programmiersprache C Namur Hauptsitzung ComVantage Review Felder, Strukturen Zeiger I Bußtag Zeiger II SPS/IPC/Drives Echtzeitverarbeitung: Scheduling TU Dresden, Echtzeitverarbeitung: Synchronisation MRT1 (c) Urbas Folie 10

11 Vorlesungsbegleitende Materialien Folien Übungsbeispiele Kurzreferenzen Software Bedienungs- und Installationshinweise MRT1 (c) Urbas Folie 11

12 Virtual Appliance für MRT 1 und 2 Virtual Appliance für 80x86 Rechner Linux (ubuntu Oneiric Ocelot 11.10) Lediglich Installation einer VirtualBox Unabhängig von Betriebssystem und persönlichem Customizing Integrierte Entwicklungsumgebung Eclipse/CDT gnu Werkzeugkette mit NASM-Assembler für Linux dosbox mit MASM (für zweiten Praktikumsversuch) Eclipse/CDT IDE für Erweiterbar OpenOffice, Spiele,... MRT1 (c) Urbas Folie 12

13 Voraussetzung Informatik für ET/MT Informatik 1 Zahlensysteme, Kodierung, Codes Boolsche Algebra, Einfache Schaltungen, Rechenwerke Architektur, Befehlssätze, Adressierung Informatik 2 Abstraktion und Modellierung Felder und Strukturen (in MRT1 werden diese mit Hilfe von einfachen Adressierungsarten hardwarenah implementiert ) MRT1 (c) Urbas Folie 13

14 Literatur Mikrorechentechnik Grundlagen Flik, T. (2001) Mikroprozessortechnik und Rechnerstrukturen. Berlin : Springer. Bähring, H. (2002) Mikrorechner-Technik. Berlin: Springer. Assembler Backer, R. (2003) Assembler. Maschinennahes Programmieren von Anfang an. Reinbeck : rororo (9.90 EUR) Carter, P.A. (2006) PC Assembly Tutorial. Deutsche Übersetzung von U. Bicheler. C-Programmierung Tondo, C.L. & Gimpel, S.E. (1990) Das C-Lösungsbuch. München: Hanser MRT1 (c) Urbas Folie 14

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