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

Lehrveranstaltungen:

• • Systemnahe Programmierung in C (SS 2021)
    (Vorlesung, 2 SWS, Volkmar Sieh, Weitere Informationen: https://www4.cs.fau.de/Lehre/SS21/V_SPIC/)
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2021)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels et al., Mi, 12:15 - 13:45, Zoom-Meeting)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2021 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels et al., Mo, 12:15 - 13:45, Zoom-Meeting; Di, Do, 10:15 - 11:45, 16:15 - 17:45, Zoom-Meeting; Mi, Fr, 8:15 - 9:45, Zoom-Meeting)
• Wiederholungsübungen im WS
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (für Wiederholer) (WS 2021/2022 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels et al.)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (WS 2021/2022 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels 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 2020/2021)

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. Energietechnik (Master of Science)
   (Po-Vers. 2015w | TechFak | Energietechnik (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlmodul aus den Modulen der technischen und naturwissenschaftlichen Fakultät | Systemnahe Programmierung in C)
2. International Production Engineering and Management (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2020s | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn SS 2020) | Gesamtkonto | Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
3. International Production Engineering and Management (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2020w | TechFak | International Production Engineering and Management (Bachelor of Science) | International Production Engineering and Management (Studienbeginn WS 2020/21) | Gesamtkonto | Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
4. Maschinenbau (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2009w | TechFak | Maschinenbau (Bachelor of Science) | Maschinenbau | Gesamtkonto | Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
5. Maschinenbau (Master of Science)
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Maschinenbau (Master of Science) | Studienrichtungen Allgemeiner Maschinenbau, Fertigungstechnik, und Rechnergestützte Produktentwicklung | Gesamtkonto | Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
6. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
7. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | Nebenfach Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
8. Mathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
   (Po-Vers. 2009 | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Nebenfach Informatik | Module im 1. Studienjahr | Systemnahe Programmierung in C)
9. Mathematik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2015w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Wahlbereich 2 | Systemnahe Programmierung in C)
10. Mathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2019w | NatFak | Mathematik (Bachelor of Science) | weitere Module der Bachelorprüfung | Module des Nebenfachs | Nebenfach Informatik | Wahlbereich 2 | Systemnahe Programmierung in C)
11. Mechatronik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2007 | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Mechatronik (Studienbeginn bis 30.09.2020) | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
12. Mechatronik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2009 | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Mechatronik (Studienbeginn bis 30.09.2020) | Gesamtkonto | weitere Pflichtmodule | Systemnahe Programmierung in C)
13. Mechatronik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2020w | TechFak | Mechatronik (Bachelor of Science) | Mechatronik (Studienbeginn ab 01.10.2020) | Gesamtkonto | weitere Pflichtmodule | Systemnahe Programmierung in C)
14. Mechatronik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2010 | TechFak | Mechatronik (Master of Science) | Gesamtkonto | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
15. Medizintechnik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Vertiefungsmodule ET/INF | Vertiefungsmodule aus dem Sockel beider Studienrichtungen | Systemnahe Programmierung in C)
16. Medizintechnik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Vertiefungsmodule aus dem Sockel beider Studienrichtungen | Systemnahe Programmierung in C)
17. Medizintechnik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Pflicht- und Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinelektronik, medizinische Bild- und Datenverarbeitung (Modulgruppen B5 und B8) | B8 Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinelektronik, medizinische Bild- und Datenverarbeitung | Vertiefungsmodule ET/INF | Systemnahe Programmierung in C)
18. Medizintechnik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Pflicht- und Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinische Gerätetechnik, Produktionstechnik und Prothetik (Modulpruppen B6 und B8) | B8 Wahlpflichtmodule der Studienrichtung Medizinische Gerätetechnik, Produktionstechnik und Prothetik | Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Systemnahe Programmierung in C)
19. Medizintechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2013 | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (BDV) | Systemnahe Programmierung in C)
20. Medizintechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (BDV) | Systemnahe Programmierung in C)
21. Medizintechnik (Master of Science)
    (Po-Vers. 2019w | TechFak | Medizintechnik (Master of Science) | Modulgruppen M1, M2, M3, M5, M7 nach Studienrichtungen | Studienrichtung Medizinische Bild- und Datenverarbeitung | M2 Ingenieurwissenschaftliche Kernmodule (BDV) | Systemnahe Programmierung in C)
22. Physik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
23. Physik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2010 | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Module des 1. und 2. Fachsemesters, Grundlagen- und Orientierungsprüfung | Nichtphysikalisches Wahlfach 1 | Informatik (Variante 12,5 ECTS) | Systemnahe Programmierung in C)
24. Physik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
25. Physik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
26. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
27. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2010 | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik (Variante 12,5 ECTS) | Systemnahe Programmierung in C)
28. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
29. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2020w | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
30. Technomathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2007 | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Systemnahe Programmierung in C)
31. Technomathematik (Bachelor of Science): 2. Semester
    (Po-Vers. 2009 | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Fachmodule Technik | Module im 1. Studienjahr | Systemnahe Programmierung in C)
32. Technomathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2015w | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Nebenfach Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
33. Technomathematik (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2019w | NatFak | Technomathematik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Nebenfach Informatik | Systemnahe Programmierung in C)
34. Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2009 | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science) | Studienrichtung Informations- und Kommunikationssysteme | weiterer Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | Technische Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
35. Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2009 | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science) | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | Technische Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
36. Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science) | Studienrichtung Maschinenbau (Studienbeginn ab 01.10.2018) | Gesamtkonto | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
37. Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science) | Studienrichtung Elektrotechnik (Studienbeginn ab 01.10.2018) | Gesamtkonto | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
38. Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2009 | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen (bis 30.09.2018) | Gesamtkonto | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Technische Wahlmodule | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
39. Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen (Studienbeginn ab 01.10.2018) | Gesamtkonto | Studienrichtung Maschinenbau | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
40. Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2018w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen (Studienbeginn ab 01.10.2018) | Gesamtkonto | Studienrichtung Elektrotechnik | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
41. Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2021w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen Studienrichtung Elektrotechnik (Studienbeginn ab 01.10.2021) | Studienrichtung Elektrotechnik | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)
42. Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
    (Po-Vers. 2021w | TechFak | Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) | Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen Studienrichtung Maschinenbau (Studienbeginn ab 01.10.2021) | Studienrichtung Maschinenbau | Technische Wahlmodule und Hochschulpraktikum | Technische Wahlmodule | Systemnahe Programmierung in C)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Systemnahe Programmierung in C (Prüfungsnummer: 31701)

(englischer Titel: Machine-oriented 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 2021, 1. Wdh.: WS 2021/2022

1. Prüfer:

Volkmar Sieh

Termin: 23.07.2021, 15:00 Uhr, Ort: Mensa-Süd
Termin: 06.04.2022, 10:00 Uhr, Ort: H 11
Termin: 05.08.2022
Termin: 05.08.2022Termin: 23.07.2021, 15:00 Uhr, Ort: Mensa-Süd
Termin: 06.04.2022, 10:00 Uhr, Ort: H 11
Termin: 05.08.2022
Termin: 05.08.2022