Embedded-Software-Design und Patterns mit C (Seminar)

10.03.2017

16.12.2019 - 19.12.2019

Veranstaltungsort: München, MicroConsult

Embedded-Software-Design und Patterns mit C (Seminar)

Sie kennen u.a. die für die Embedded-SW-Etwicklung wichtigen Programmierprinzipien und Design Pattern, können diese in C programmieren und in Ihren Projekten anwenden. Sie beherrschen die objektorientierte Programmierung & Implementierung von Zustandsautomaten in C uvm.

Die heutigen Embedded-Systeme mit komplexen Mikrocontroller- und Prozessorarchitekturen enthalten immer mehr Software, die aber in immer kürzerer Zeit geplant und realisiert werden muss. Immer mehr Systemfunktionalität verlagert sich in die Software. In der Konsequenz muss die Software aus Architektur und Design entstehen. Die VHIT- (vom Hirn ins Terminal) Methode ist längst nicht mehr anwendbar. Stattdessen wenden Sie erfolgreiche Methoden für das Software-Design mit C-Programmierung an. Häufig sind Vorgaben zu erfüllen, in denen Normen und sicherheitskritische Aspekte berücksichtigt werden müssen. Echtzeitfähigkeit, Wiederverwendbarkeit, Anpassbarkeit an veränderte Rahmenbedingungen und leichte Lesbarkeit der Software spielen eine immer größere Rolle.

 

Inhalt

Themeneinleitung Embedded-Software-Design

  • Definition Software-Design
  • Einordnung in den gesamten Entwicklungsprozess
  • Die Rolle des Software-Designers

 

Objektorientierung in C

  • Klassen und Objekte
  • Relationen: Dependency, Assoziation, Aggregation, Komposition, Vererbung
  • Interfaces und virtuelle Funktionen
  • Übung: Sie designen und implementieren Klassen sowie Objekte mit verschiedenen Relationen, führen diese auf einem Embedded-Target aus und testen sie. Mit jeder Übung wächst Schritt für Schritt eine Messgeräte-Applikation.

 

Ausgewählte Design-Prinzipien mit C umgesetzt

  • DRY, KISS, Vorsicht vor Optimierungen
  • SLA, SRP, Dependency Inversion
  • Prinzip der geringsten Überraschungen
  • Open/Closed-Prinzip, Law of Demeter, YAGNI
  • Source-Code-Konventionen, MISRA

 

Ausgewählte Design Patterns

  • Softwarearchitektur-Pattern: Layer, Blackboard, Pipes and Filters, Client Server, Model View Controller (MVC), Microkernel .
  • Softwaredesign-Pattern: Builder/Manager, Facade, Strategy
  • Hardwarezugriff-Pattern: HW Proxy, HW Adapter, Mediator, Observer, Debouncing, Interrupt, Polling
  • Safety and Reliability One's Complement, CRC, Smart Data, Channel, Protected Single Channel, Multi-Channel (Dual, Triple), Sanity Check, Monitor Actuator
  • Übung: Sie wenden in der Messgeräte-Applikation die o.a. Pattern teilweise an

 

Zustandsautomaten

  • Entwurf
  • Implementierungsvarianten: Switch-Case, Tabelle, State-Pattern
  • Übung: Sie designen und implementieren den objektorientierten Zustandsautomaten der Messgeräte-Applikation

 

Betriebssystem

  • Mechanismen in der Übersicht: Task-Management, Scheduler, Synchronisation, Kommunikation, Ressourcen-Managament, Zeit-Management, Interrupt-Management, Speichermanagement
  • Praxisbeispiel: Anwendungen der Mechanismen in der Messgeräte-Applikation

 

Callback Strukturen

  • Kommunikation zwischen Architekturelementen
  • Designregeln
  • Synchron, asynchron
  • Callback-Struktur prozedural und objektorientiert
  • Callback-Struktur mit und ohne Betriebssystem
  • Variationsmöglichkeiten
  • Qualitativ hochwertige Software-Architektur mit Callback-Strukturen
  • Übung: Sie designen und implementieren eine objektorientierte Callback-Struktur in der Messgeräte-Applikation.

 

Hardware-Treiberkonzepte und Interrupts

  • Architekturrichtlinien
  • Software Layer Pattern
  • Praxisbeispiele von Softwareschichten-Architekturen
  • Objektorientierte Treiberkonzepte
  • Interrupt-Handling
  • Praxistipps: Standards und Quellen zu Treiberkonzepten Übung: Sie designen und implementieren einen Treiber und den dazugehörigen Treiberzugriff in der Messgeräte-Applikation.

 

Ausgewählte Refactorings in C

  • Randbedingungen für erfolgreiches Refactoring
  • Kleine und große Schritte
  • Smells
  • Refactoring Patterns

 

Praktische Übungen

  • Für die durchgängige Übung (Messgeräte-Applikation) verwenden Sie das ARM Keil MDK (Microcontroller Development Kit) zusammen mit einer realen Hardware, basierend auf einem ARM CortexTM M3 Mikrocontroller.

 

MicroConsult Plus

  • Als Teilnehmer haben Sie die folgenden Möglichkeiten, um Ihre Übungen und die Lösungen aus dem Workshop mitzunehmen:
  • Sie nehmen eine Kopie Ihrer Übungen und die von MicroConsult entwickelten Lösungen direkt auf einem von MicroConsult bereitgestellten kostenfreien USB-Stick mit, oder …
  • Sie senden sich die Dateien selbst per E-Mail zu, oder …
  • Sie erhalten auf Anfrage Zugriff auf die Dateien per Download.
  • Sie erhalten alle C-Beispiele und UML-Modelle in elektronischer Form und können diese sehr einfach für Ihr Entwicklungsenvironment anpassen.
  • Ferner erhalten Sie eine Tool- und Software-Komponentenübersicht für die Entwicklung von Embedded-Software.
  • Sie bekommen zudem die Notationsübersicht für UML (Unified Modeling Language) im A3-Format.