Systemnahe Programmierung in C (SPiC)5 ECTS
(englische Bezeichnung: System-Level Programming in C)

Lehrveranstaltungen:

• • Systemnahe Programmierung in C (SS 2017)
    (Vorlesung, 2 SWS, Volkmar Sieh et al., Do, 8:15 - 9:45, H7; Einzeltermin am 25.4.2017, 12:15 - 13:45, H8; ACHTUNG: Zusätzlicher, einmaliger Vorlesungstermin in der ersten Semesterwoche!)
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2017)
    (Übung, 2 SWS, Sebastian Maier)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2017)
    (Übung, 2 SWS, Sebastian Maier)
• Wiederholungsübungen im WS
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (für Wiederholer) (WS 2017/2018 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Sophia Herzog et al.)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (WS 2017/2018 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Bernhard Heinloth et al.)

Empfohlene Voraussetzungen:

Grundlegende Kenntnisse der Programmierung (unabhängig von der Programmiersprache)

Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

Grundlagen der Informatik (als Prüfungsleistung) (WS 2016/2017)

Inhalt:

• Grundlegende Konzepte der systemnahen Programmierung

• Einführung in die Programmiersprache C (Unterschiede zu Java, Modulkonzept, Zeiger und Zeigerarithmetik)

• Softwareentwicklung auf „der nackten Hardware“ (ATmega-&#956;C) (Abbildung Speicher <> Sprachkonstrukte, Unterbrechungen (interrupts) und Nebenläufigkeit)

• Softwareentwicklung auf „einem Betriebssystem“ (Linux) (Betriebssystem als Ausführungsumgebung für Programme)

• Abstraktionen und Dienste eines Betriebssystems (Dateisysteme, Programme und Prozesse, Signale, Threads, Koordinierung)

Lernziele und Kompetenzen:

Studierende, die das Modul erfolgreich abgeschlossen haben:

• erläutern die grundlegenden Elemente der Programmiersprache C: Datentypen, Operatoren, Ausdrücke, Kontrollstrukturen, Funktionen, Variablen, Präprozessor.

• bewerten C im Vergleich zu Java im Bezug auf Syntax, Idiomatik und Philosophie.

• nennen wesentliche Unterschiede der Softwareentwicklung für eine Mikrocontrollerplattform versus einer Betriebssystemplattform.

• beschreiben die Funktionsweise von Zeigern.

• beschreiben die Realisierung von Strings und Stringoperationen in C

  • verwenden spezifische Sprachmerkmale von C für die hardwarenahe Softwareentwicklung und den nebenläufigen Registerzugriff.

  • entwickeln einfache Programme in C für eine Mikrocontroller-Plattform (AVR ATmega) sowohl mit als auch ohne Bibliotheksunterstützung.

• entwickeln einfache Programme für eine Betriebssystemplatform (Linux) unter Verwendung von POSIX Systemaufrufen.

  • erläutern Techniken der Abstraktion, funktionalen Dekomposition und Modularisierung in C.

  • beschreiben den Weg vom C-Programm zum ausführbaren Binärcode.

  • reproduzieren die grundlegende Funktionsweise eines Prozessors mit und ohne Unterbrechungsbearbeitung.

  • erläutern Varianten der Ereignisbehandlung auf eingebetteten Systemen.

  • verwenden Unterbrechungen und Energiesparzustände bei der Implementierung einfacher Steuergeräte.

  • erläutern dabei auftretende Synchronisationsprobleme (lost update, lost wakeup) und setzen geeignete Gegenmaßnahmen um.

  • beschreiben Grundzüge der Speicherverwaltung auf einer Mikrocontrollerplattform und einer Betriebssystemplattform (Stackaufbau, Speicherklassen, Segmente, Heap).
    

• erläutern die Funktionsweise eines Dateisystems.

• verwenden die grundlegende Ein-/Ausgabeoperationen aus der C-Standardbibliothek.

• unterscheiden die Konzepte Programm und Prozess und nennen Prozesszustände.

• verwenden grundlegende Prozessoperationen (fork, exec, signal) aus der C-Standardbibliothek.

• erklären die Unterschiede zwischen Prozessen und Fäden und beschreiben Strategien zur Fadenimplementierung auf einem Betriebssystem.

• erläutern Koordnierungsprobleme auf Prozess-/Fadenebene und grundlegende Synchronisationsabstraktionen /(Semaphore, Mutex).

• verwenden die POSIX Fadenabstraktionen zur Implementierung mehrfädiger Programme.
  

Literatur:

• Manfred Dausmann, Ulrich Bröckl, Dominic Schoop, et al. C als erste Programmiersprache: Vom Einsteiger zum Fortgeschrittenen. Vieweg+Teubner, 2010. ISBN: 978-3834812216. URL: http://www.springerlink.com/content/978-3-8348-1221-6/#section=813748&page=1

• Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie. The C Programming Language. Englewood Cliffs, NJ, USA: Prentice Hall PTR, 1988. ISBN: 978-8120305960

Weitere Informationen:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:

1. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
2. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Nebenfach Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
3. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2009 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Nebenfach Informatik | Module im 1. Studienjahr | Systemnahe Programmierung in C)
4. Mathematik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Wahlbereich 2 | Systemnahe Programmierung in C)
5. Mechatronik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
6. Mechatronik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2009 | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | weitere Pflichtmodule | Systemnahe Programmierung in C)
7. Medizintechnik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Kern- und Vertiefungsmodule der Kompetenzfelder | Studienrichtung Bildgebende Verfahren | B8 Vertiefungsmodule ET/INF | Vertiefungsmodule aus dem Sockel beider Studienrichtungen)
8. Medizintechnik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Kern- und Vertiefungsmodule der Kompetenzfelder | Studienrichtung Gerätetechnik | B8 Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Vertiefungsmodule aus dem Sockel beider Studienrichtungen)
9. Medizintechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (BDV))
10. Physik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
11. Physik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Regulärer Bachelorstudiengang | Module des 1. und 2. Fachsemesters, Grundlagen- und Orientierungsprüfung | Nichtphysikalisches Wahlfach 1 | Informatik (Variante 1, 12,5 ECTS) | Systemnahe Programmierung in C)
12. Technomathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2007 | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
13. Technomathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2009 | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Bachelorprüfung | Fachmodule Technik | Module im 1. Studienjahr | Systemnahe Programmierung in C)
14. Technomathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Nebenfach Informatik | Systemnahe Programmierung in C)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Systemnahe Programmierung in C (Prüfungsnummer: 31701)

(englischer Titel: System-Level Programming in C)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 90, benotet, 5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Die Rahmen der Übungen gestellten Übungsaufgaben können abgegeben werden und werden in diesem Fall bewertet. Auf Basis des Ergebnisses dieser Bewertungen können bis zu 10 % Bonuspunkte erworben werden, die zu dem Ergebnis einer bestandenen Klausur hinzugerechnet werden.

Erstablegung: SS 2017, 1. Wdh.: WS 2017/2018

1. Prüfer:

Volkmar Sieh

Termin: 04.08.2017, 08:00 Uhr, Ort: Tentoria
Termin: 21.03.2018, 11:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 04.04.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 8 TechFTermin: 04.08.2017, 08:00 Uhr, Ort: Tentoria
Termin: 21.03.2018, 11:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 04.04.2019, 08:00 Uhr, Ort: H 8 TechF