Programmablaufpläne. Vorgehen zur Erstellung eines lauffähigen C-Programms

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1 Programmablaufpläne Vorgehen zur Erstellung eines lauffähigen C-Programms Dieser Leitfaden soll eine Einführung in das Erstellen von Programmablaufplänen (kurz: PAP) geben. PAP erleichtern das Erstellen von (C-)Prorammen und den Prozess von der Idee zum Code strukturierter machen. Programmablaufpläne dienen als Orientierung, sowohl beim Implementieren des Codes als auch bei dessen Debugging. Das Vorgehen zum Erstellen eines lauffähigen C- Programms mit Hilfe von PAP kann in vier Schritte gegliedert werden: 1.) Design des Programmablaufs mit Hilfe von PAP 2.) Implementierung des Programmablaufs in C-Code 3.) Test und Debugging 4.) (Gegebenenfalls) Anpassung des PAP (zurück zu Schritt 1) Sollte sich nach Schritt Nr. 3 herausgestellt haben, dass das Programm nicht wie konzipiert funktioniert, sollte zu Schritt 1 zurückgekehrt werden, um den Programmablauf anzupassen und anschließend die Verbesserungen erneut in Code zu implementieren. Dieser Ablauf zur Progammerstellung lässt sich nun selbst beispielhaft als PAP realisieren, wie in der folgenden Abbildung zu sehen ist.

2 Die Elemente eines Programmablaufplans Wie im vorherigen Beispiel zu sehen, bedient sich ein Programmablaufplan verschiedener grafischer Elemente. Diese Elemente sind in der DIN standardisiert. Start und Ende eines Programms Der Start und das Ende eines Programms wird mit einem Rechteck mit abgerundeten Ecken symbolisiert. Dieses Element wird auch Terminator genannt. Terminatoren werden sowohl in der main-routine, als auch in anderen Funktionen verwendet. In diesen Fällen symbolisieren sie den Anfang und das Ende der aufgerufenen Funktion. Verbindungen zwischen den Elementen Die Verbindung zwischen den Elementen geschieht mit Hilfe von Pfeilen. Ob hierbei Pfeile mit geschlossenem oder offenem Pfeil genutzt werden, ist dem Nutzer freigestellt. Ausführen einer Tätigkeit Das Ausführen einer Tätigkeit wird mit einem Rechteck symbolisiert. Dies beinhaltet einfache Tätigkeiten, jedoch nicht das Aufrufen einer Funktion. Dies kann beispielsweise das Prüfen eines vorher eingelesenen Wertes sein. Ebenso wird dieses Symbol beispielsweise zum Initialisieren von Variablen oder der Durchführung von Rechnungen genutzt.

3 Ein- und Ausgabe Um Ein- und Ausgaben klarer zu kennzeichnen, können diese mit abgeschrägten Rechtecken dargestellt werden. In diesem Fall werden in der linken unteren Ecke Eingaben mit E und Ausgaben mit A gekennzeichnet. Funktionsaufruf Innerhalb eines PAP können weitere Funktionen aufgerufen werden. Diese Funktionsaufrufe besitzen wiederum einen eigenen PAP. Um den Aufruf einer Funktion vom Ausführen einer Tätigkeit unterscheiden zu können, besitzt das Symbol doppelte vertikale Linien. Nach dem Wechsel in den PAP der aufgerufenen Funktion wird dessen Programmablauf durchlaufen. Ist diese beendet springt der Programmfluss zu dem aufrufenden PAP zurück. Zwischen den vertikalen Linien kann der Name oder die Beschreibung der aufzurufenden Funktion stehen. Diese Besonderheit dient der Übersichtlichkeit zwischen den verschiedenen Programmen.

4 Datenfluss im PAP anhand von Beispielen if-else-verzweigungen Eine Verzweigung wird mit Hilfe einer Raute modelliert werden. Von der Raute führen jeweils zwei Pfeile weg. Ein Pfeil, falls die Bedingung der Verzweigung zu true evaluiert wird und ein Zweiter für den Fall false. Es müssen immer beide Fälle modelliert werden müssen. Ein Beispiel für eine Verzweigung wäre beispielsweise die if-verzweigung. Der folgende PAP hat zudem ein Code Snippet angefügt, wie eine äquivalente Umsetzung in C-Code aussehen könnte.

5 else if-verzweigungen Die folgenden Grafiken zeigen den PAP im Falle einer else if-verzweigung. Anhand der Pfeile wird hier deutlich, dass im Falle einer erfolgreichen if-verzweigung die else if-verzweigung nicht mehr ausgewertet wird.

6 Verschachtelte if-verzweigung Das folgende Beispiel zeigt den Programmablauf bei dem Einsatz verschachtelter if-verzweigungen.

7 while-schleife Die while-schleife ist eine kopfgesteuerte Schleife. Nach der Prüfung der Bedingung wird der Schleifenrumpf entweder ausgeführt oder übersprungen. Im Falle einer erfolgreichen Evaluation kehrt das Programm nach dem Ausführen des Inhalts wieder zur Kopfbedingung zurück und evaluiert diese erneut.

8 do-while-schleife Bei der do-while-schleife wird der Schleifenrumpf ausgeführt bevor die Bedingung überprüft wird. Die do-while-schleife ist daher eine fußgesteuerte Schleife. Bei dieser Schleife wird somit der Rumpf in allen Fällen mindestens einmal ausgeführt.

9 for-schleife Die for-schleife ist eine kopfgesteuerte Schleife. Eine for-schleife nutzt eine Schleifenvariable. Nach Prüfung der Bedingung wird der Schleifenrumpf entweder ausgeführt oder übersprungen. Nach Durchlaufen des Schleifenrumpfs wird eine Schleifenvariable in- oder dekrementiert. Im Falle einer erfolgreichen Evaluation kehrt das Programm nach dem Ausführen des Inhalts wieder zur Kopfbedingung zurück und evaluiert diese erneut. Die Abbruchbedingung ist im Regelfall das Erreichen eines Grenzwertes der Schleifenvariable. Das folgende Code-Snippet zeigt den Code einer simplen for-schleife mit der äquivalenten Implementierung als while-schleife.

10 Inbetriebnahme PAP-Designer Das für die Erstellung der hier gezeigten PAP wurde der PapDesigner genutzt. Dieser ist für private Nutzung kostenlos unter folgender Adresse zu beziehen: Natürlich können PAP auch mit Hilfe von Tools wie Microsoft Visio oder Inkscape erstellt werden. Der PapDesigner bietet jedoch eine unkomplizierte Möglichkeit dies ohne größere Vorarbeiten zu tun.

11 Programmablaufpläne Übung Erstellen eines PAP Diese Übung basiert auf der Aufgabe A2 im Abschnitt 5.4 aus dem Buch Embedded Programming Basiswissen und Anwendungsbeispiele der Infineon XC800-Familie von Prof. Dr.-Ing. Reiner Kriesten. Aufgabe 1.) Erstellen Sie den PAP für die main-funktion.

12 Verteiltes Arbeiten mit mehreren Modulen und deren Ablaufpläne Übung: Stoppuhr Diese Übung basiert auf der Aufgabe A2 im Abschnitt 10.7 aus dem Buch Embedded Programming Basiswissen und Anwendungsbeispiele der Infineon XC800-Familie von Prof. Dr.-Ing. Reiner Kriesten. Aufgabe 1.) Lesen Sie die Aufgabenstellung und bestimmen Sie die Anzahl der notwendigen PAPs um das zu erstellende Programm zu modellieren. Nennen Sie zudem den Abschnitt des Programms, den der jeweilige PAP modelliert. Hinweis: Das Update der 7-Segment-Anzeige ist ein separater PAP und muss in dieser Übung nicht erstellt werden Aufgabe 2.) Was ist der Unterschied zwischen dem PAP einer Interrupt Service Routine (ISR) und der eines Funktionsaufrufs? Aufgabe 3.) Der folgende PAP zeigt die main-funktion der Stoppuhr. In ihm sind einige Blöcke des PAPs jedoch entfernt und mit Platzhaltern ersetzt. Zeichnen Sie die fehlenden Blöcke und nummerieren Sie diese.

13 Aufgabe 4.) Der folgende PAP zeigt das Skelett der ISR Timer 0. Vervollständigen Sie den PAP zwischen den Startund Endpunkten. Der benötigte Code zur Lösung der Aufgabe ist nebenan abgedruckt.