Grundlagen der systemnahen Programmierung in C (GSPiC)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Fundamentals of 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.)

Inhalt:

• Systemarchitekturen, Betriebssysteme, Mikrocontroller

• Einführung in die Programmiersprache C

• Vom C-Quellcode zum laufenden Programm

• Mikrocontroller-Programmierung am Beispiel AVR

• Zeiger, Felder und Strukturen in C

• Nebenläufigkeit und Interrupts

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.

• 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.

• 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 (Stackaufbau, Speicherklassen, Segmente, Heap).
  

Literatur:

• Brian W. Kernighan, Dennis M. Ritchie. The C Programming Language. Prentice Hall.

• Richard M. Stallman. Using GCC: The GNU Compiler Collection Manual. GNU Press.
  

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

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science): ab 2. Semester
   (Po-Vers. 2007 | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science) | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
2. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science): ab 2. Semester
   (Po-Vers. 2009 | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science) | Pflichtmodule | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
3. Physik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | alte Prüfungsordnungen | Gesamtkonto | Informatik | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
4. 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 10 ECTS) | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
5. Physik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2018w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
6. Physik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2020w | NatFak | Physik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Grundlagen- und Orientierungsprüfung (GOP) | Informatik | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
7. Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. | NatFak | Elitestudiengang Physik mit integriertem Doktorandenkolleg (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Informatik | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
8. 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 10 ECTS) | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
9. 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 | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)
10. 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 | Grundlagen der systemnahen Programmierung in C)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Grundlagen der systemnahen Programmierung in C (Prüfungsnummer: 31001)

(englischer Titel: Fundamentals of System-Level Programming in C)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 60, benotet, 2.5 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 und damit die Klausurnote verbessern können.

Erstablegung: SS 2021, 1. Wdh.: WS 2021/2022

1. Prüfer:

Volkmar Sieh

Termin: 23.07.2021, 15:00 Uhr, Ort: H 7 TechF
Termin: 06.04.2022, 10:00 Uhr, Ort: H 11
Termin: 05.08.2022
Termin: 05.08.2022