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Hardwarenahe Programmierung

Modulbezeichnung: Hardwarenahe Programmierung
Modulbezeichnung (engl.): Embedded Programming
Studiengang: Fahrzeugtechnik, Master, ASPO 01.04.2021
Code: FTM-HPRG
SWS/Lehrform: 3V+1U+1P (5 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte: 6
Studiensemester: 1
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Erforderliche Studienleistungen (gemäß ASPO):
Unbenotete Studienleistung: Programmierübungen + Abschlussprojekt mit Testat
Prüfungsart:
Programmierübungen als Klausur (120 min)

[letzte Änderung 26.03.2020]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
FTM-HPRG Fahrzeugtechnik, Master, ASPO 01.04.2021, 1. Semester, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 75 Veranstaltungsstunden (= 56.25 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 6 Creditpoints 180 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 123.75 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Hans-Werner Groh
Dozent:
Prof. Dr. Hans-Werner Groh


[letzte Änderung 11.04.2021]
Lernziele:
- Die Studierenden verstehen die Arbeitsweise von Mikrocontrollern und sind dadurch in der Lage diese in Steuer- und
  Regelprozessen einzubinden. Ferner können sie sich spezifische Funktionen auch unbekannter Mikrocontroller über den
  erlernten Umgang mit den zugehörigen Datenblättern selbst aneignen.
- Das Beherrschen der Programmiersprache C zur Erstellung von Algorithmen versetzt Studierende in die Lage, die
  vorhandenen technischen Problemstellungen beim Einsatz von Mikrocontrollern zu lösen.
- Durch das Begreifen der Methodik der Hardware-in-the-Loop-Simulation ist es den Studierenden möglich, praktische
  Problemstellungen soweit zu abstrahieren, dass sie reale Problemstellungen auf Emulatoren nachbilden können.
- Das Aneignen von Tools zur automatischen Code-Erzeugung ermöglicht es Studierenden Mikrocontroller schnell und
  effizient über grafische Oberflächen zu programmieren.


[letzte Änderung 26.03.2020]
Inhalt:
- Funktionsweise von Mikrocontrollern, insbesondere der I/O, Register und Schnittstellen. Erklären des Umgangs mit
  Prozessor-Datenblättern zur Initialisierung von Controller-Funktionen.
- Vertiefung der Programmiersprache C, insbesondere bei Kontrollstrukturen, Funktionen, Pointern und Deklarationen.
- Arbeitsweise eines Compilers mit Darstellen von Compiler-Ergebnissen in Assembler-Code.
- Spezielle hardwarespezifische Programmiermethoden und -erfordernisse wie Festkommaarithmetik, Code-Effizienz, dem
  Auslagern auf Hardware-Funktionen, Interrupt-Steuerung und Ausfallsicherheit.
- Methoden zur Erfüllung von Echtzeitanforderungen wie Interrupt-Behandlung schneller externer Ereignisse,
  Programmierung zeitdeterministischer Routinen wie Regler, Filter.
- Möglichkeiten zur Integration einer Mikrocontroller-Hardware in einen technischen Prozess: Signalkonditionierung von
  Sensorik, Ansteuern von Aktorik (Leistungselektronik) sowie Aufzeichnen und Darstellen von Prozessgrößen.
  Darauf aufbauend Anwendung von C-programmierten Algorithmen zur Verarbeitung der verschiedenen I/O-Signale zeigen.
- Möglichkeiten der automatischen Codeerzeugung aus Matlab/Simulink für Dspace- und Arduino-Hardware zum Erstellen von
  Regelsystemen.
- Sinn und Systematik von Hardware-in-the-Loop-Simulationen. Erstellen von Emulatoren zum Einsatz in einer
  HiL-Umgebung.
- Anwendung des Erlernten in einem größeren Projekt zum Semesterende als Vorbereitung auf eine praktische Klausur.


[letzte Änderung 11.04.2021]
Lehrmethoden/Medien:
- Vorlesung mit begleitenden Programmierübungen
- Semesterarbeit als Abschlussprojekt

[letzte Änderung 26.03.2020]
Literatur:
- Datenblätter der verwendeten Prozessoren und Evaluation Boards (Arduino)
- User Manuals der verwendeten HiL-Systeme (dSPACE)

[letzte Änderung 26.03.2020]
[Thu Oct 21 11:05:46 CEST 2021, CKEY=fhp, BKEY=ftm, CID=FTM-HPRG, LANGUAGE=de, DATE=21.10.2021]