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KurseIT / ProgrammierungEmbedded- und Echtzeit-SoftwareentwicklungRTOS-Grundlagen und Anwendung: Mechanismen und deren Einsatz in Laufzeit-Architekturen für Embedded- und Echtzeitsysteme

RTOS-Grundlagen und Anwendung: Mechanismen und deren Einsatz in Laufzeit-Architekturen für Embedded- und Echtzeitsysteme

Vor Ort
Online
Inhouse
MicroConsult Academy GmbH logoMicroConsult Academy GmbH
StandorteOnline, München
Dauer32 Stunden
SpracheDeutsch
Kurstermine 2 Startdaten
Preis ab 3.094,00 € inkl. MwSt.

Beschreibung

  • Sie kennen nach dem RTOS-Grundlagen-Training die Mechanismen moderner Echtzeit-Betriebssysteme und können damit neue Software-Laufzeitarchitekturen entwickeln und bestehende warten - unabhängig von dem konkreten Echtzeitbetriebssystem-Produkt.
  • Sie können Software-Laufzeitarchitekturen dokumentieren und kommunizieren und eine fundierte Betriebssystem-Auswahl treffen.
  • Mit dem Betriebssystem und zusätzlichen Kommunikationsstacks machen Sie Ihr System IoT-fähig.

Inhalte

  • Allgemeine Einführung in Echtzeitbetriebssysteme
    • Wichtige Grundbegriffe (Betriebssystem, Echtzeit, Task, Multitasking, Scheduler)
    • Klassifikation von Embedded-Systemen
    • Klassifikation von Betriebssystem-Arten
    • Anforderungen an Betriebssystem, Hardware, Entwicklungstools
    • Lizenzmodelle
    • Betriebssystem-Abstraktionsschicht (OSAL Operating System Abstraction Layer)
    • POSIX (pThread)
    • Nutzen, Vorteile und Nachteile beim Betriebssystem-Einsatz
    • Praxisbeispiel: Aufteilung einer Applikation in Tasks
  • Prozess-/Thread-/Task-Management
    • Differenzierung zwischen Prozess, Task und Thread
    • Taskzustände und Übergänge
    • Taskeigenschaften und Mehrfachinstanziierung
    • Spezifische Tasks
    • Task-Kontext-Umschaltung und Hook-Routinen
    • Designaspekte für Tasks
    • Scheduler und deren Algorithmen (Endless Loop, Time-triggerd, Priority, Time-slice, Round-Robin, EDF Earliest Deadline First)
    • Scheduler-Funktionalität und Designaspekte
    • Die richtige Scheduler-Auswahl treffen
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren eine Task, instanziieren diese zweimal mit unterschiedlichen Prioritätskombinationen und werten das Verhalten aus
  • Interrupt Management
    • Interrupt-Bearbeitung mit und ohne Betriebssystem
    • Interrupt-Latenzzeit und Interrupt-Blockierzeit
    • Priorisierung
    • Interrupt-Serviceroutinen
    • Interrupt-Threads/Tasks
    • Designhinweise
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren eine Interrupt-Service-Routine und eine Task, um einen AD-Wandler zu servicen
  • Time Management
    • Systemtick und Konfiguration
    • Delay-, Timeout-, Intervall-, Software-Watchdog-, Alarm-Timer
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren eine Intervall-Timer-gesteuerte Taskausführung
  • Koordinationsmechanismen: Synchronisation
    • Events, Signals: global, local, einzeln, als Gruppe, mit / ohne Parameter
    • Semaphore, Promise und Future
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren eine Synchronisation zwischen einer Interrupt-Service-Routine und einer Task
  • Koordinationsmechanismen: Ressourcen-Management
    • Race Conditions
    • Ressource: Definition, Granularität und Blockierzeiten
    • Semaphore, Mutex, Critical Section, Condition Variable, Spinlock
    • Problemsituationen: Deadlock und Priority Inversion
    • Lösungen: Priority Inheritance, Priority Ceiling u.a.
    • Reader/ Writer Patterns
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren einen geschützten Zugriff von zwei Tasks auf eine gemeinsam genutzte Ressource
  • Kommunikationsmechanismen
    • Nachrichtenkonzepte: System-lokal und System-übergreifend
    • Shared-Memory, Mailbox, Queue, Message Buffer, Pipe, Message Based, Socket
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiele
    • Übung: Sie programmieren die Kommunikation zwischen einer Interrupt-Service-Routine und einer Task sowie zwischen zwei Tasks mit dem Mailbox-Konzept
  • Speichermanagement
    • Speichersegmente (BSS, Stack, Heap)
    • Stack-Überwachung
    • Dynamisches Speichermanagement
    • Pool-Allocation-Pattern: Speicherpools und Speicherblöcke
    • MPU (Memory Protection Unit) und MMP (Memory Management Unit) Unterstützung
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiel
    • Risiken erkennen und Stolpersteine vermeiden
  • Input/Output Management
    • Softwareschichten-Architektur
    • Treiberkonzepte
    • Beispiele mit serieller und Ethernet-Kommunikation
    • Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
    • API (Application Programming Interface) Beispiel
  • Debugging auf der Ebene von Betriebssystem-Mechanismen
    • Trace auf Betriebsmittelebene
    • Vorstellung und Bewertung verschiedener Trace-Möglichkeiten und Darstellungsformen
    • Vorführung mit Logik-Analyzer und professionellen Trace Tools (Percepio Tracealyzer und ARM Keil MDK)
  • Vorgehensweise beim Entwurf von Embedded- und Echtzeitsoftware
    • Von der Idee zur fertigen Laufzeitarchitektur
    • Laufzeitarchitektur-Pattern und deren Einsatz für konkrete Aufgabenstellungen
    • Transformation einer bestehenden Software-Architektur ohne Betriebssystem auf eine mit Betriebssystem unter optimaler Ausnutzung der Betriebssystem-Mechanismen
    • Vorstellung und Vergleich verschiedener Laufzeitarchitektur-Konzepte - mit, aber auch ohne Betriebssystem
    • Vorhersagbarkeit und Berechenbarkeit der verschiedenen Laufzeitarchitektur-Konzepte
    • Auswahlhilfen für das "richtige" Laufzeitarchitektur-Konzept
    • Praxisbeispiel Messgeräte-Applikation
    • Übung: Sie entwickeln auf Basis von ausformulierten Anforderungen und einer Software-Architektur eine dazu passende Laufzeitarchitektur für ein real existierendes Embedded-System
  • Multicore- und Multiprozessor-Aspekte
    • Hardware- und Software-Architekturen
    • Aufgabenverteilung
    • Möglichkeiten des Betriebssystem-Einsatzes
    • Virtualisierung und Hypervisor
    • Interrupt- und Treiber-Konzepte
    • Wichtige Designaspekte
  • Dokumentation und Kommunikation
    • Die geeignete Darstellungsform einer Laufzeitarchitektur
    • Auszüge aus der UML (Unified Modeling Language)
    • Praxistipps
    • Übung: Sie nutzen Notationen und Diagramme der UML zur Darstellung der Laufzeitarchitektur
  • Betriebssystem-Abstraktion (OSAL Operating System Abstraction Layer)
    • Nutzendarstellung, Vor- und Nachteile
    • Programmierung
    • Praxisbeispiel mit FreeRTOSTM
  • Betriebssystem-Auswahlhilfen und aktuelle Produktübersicht
    • Leitfaden zur Betriebssystem-Auswahl
    • Praxistipps zum Vergleich von Betriebssystemen
    • Aktuelle Produktübersicht für Embedded-Software
    • Checkliste mit wichtigen Auswahlkriterien
  • Praktische Übungen
    • In der durchgängigen Programmierübung nutzen Sie Betriebssystem-Mechanismen, um Schritt für Schritt eine Messgeräte-Applikation zu entwickeln.
    • Zur Übungsdurchführung verwenden Sie das Arm Keil MDK (Microcontroller Development Kit) zusammen mit einer realen Hardware basierend auf einem Arm Cortex® Mikrocontroller.
    • Als Echtzeit-Betriebssystem wählen Sie zwischen FreeRTOS™ oder dem CMSIS-RTOS Standard als Betriebssystem-Abstraktion.
    • Sie entwickeln und dokumentieren eine Laufzeitarchitektur für eine komfortable Elektromotor-Steuerung und setzen dazu Betriebssystem-Mechanismen ein.
    • Zur Übungsdurchführung nutzen Sie wahlweise den Enterprise Architect von Sparx Systems oder Papier und Bleistift.
  • MicroConsult Plus:
    • Sie erhalten von uns Ihre Übungsverzeichnisse und Lösungsbeispiele für alle Übungsaufgaben.
    • Sie erhalten zur Messgeräte-Applikation den Programmcode und ein UML-Modell sowie zur Elektromotor-Steuerung ebenfalls ein UML-Modell.
    • Sie erhalten eine Tool- und Software-Komponentenübersicht inklusive einer aktuellen Betriebssystem-Übersicht.
    • Sie erhalten zudem eine Checkliste mit Betriebssystem-Auswahlkriterien.
    • Sie bekommen hilfreiche Notationsübersichten für UML (Unified Modeling Language) und SysML (Systems Modeling Language).

Zielgruppe

  • Der RTOS-Kurs richtet sich an Programmierer, Software-Entwickler, Software-Designer und Software-Architekten, die aktuell oder zukünftig ein Echtzeitbetriebssystem in ihrer Embedded-Software-Applikation einsetzen.

Voraussetzungen

  • Grundkenntnisse über Mikrocontroller sowie Programmierkenntnisse in C.

Zertifikate

Unterschriebenes Teilnahmezertifikat

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