Embedded Systems: RTOS Entwicklung mit C/C++ Grundlagen

Ziele der Schulung

In dieser 2-tägigen Schulung "Embedded Systems: RTOS Entwicklung mit C/C++ Grundlagen" erwerben Sie fundierte Kenntnisse zur Entwicklung von Embedded Systemen mit Echtzeitbetriebssystemen (RTOS). Der Fokus liegt darauf, die Funktionsweise und den praktischen Einsatz eines RTOS zu verstehen, um leistungsfähige und zuverlässige Echtzeitanwendungen zu entwickeln.

Die Schulung vermittelt ein tiefgehendes Verständnis für zentrale Konzepte wie Task/Threads, Scheduling, Synchronisation sowie der Speicherverwaltung im RTOS. Sie lernen, Echtzeitsysteme gezielt einzusetzen, Anwendungen effizient zu strukturieren und typische Herausforderungen zu bewältigen. Zudem werden Techniken zur Fehlersuche und Performance-Optimierung vermittelt, um die Stabilität und Effizienz von Echtzeitanwendungen sicherzustellen.

Nach Abschluss der Schulung sind Sie in der Lage, sowohl einfache als auch komplexe Echtzeitanwendungen auf Embedded-Plattformen zu entwickeln und effizient zu debuggen. Der Praxisteil beinhaltet die Umsetzung und Analyse von RTOS-basierten Anwendungen mit FreeRTOS und Zephyr OS, um die Unterschiede zwischen beiden Systemen in der praktischen Anwendung zu verdeutlichen.

Zielgruppe Seminar

• Software-Entwickler
• Software-Architekt
• Projektleiter
• Alle, die ein Echtzeitbetriebssystem (RTOS) einsetzen oder dies in Zukunft planen

Voraussetzungen

Für eine optimale Teilnahme am Kurs empfehlen wir folgende Vorkenntnisse:

• Kenntnisse in der Programmiersprache C
• Grundkenntnisse über Mikrocontroller
• C++ Kenntnisse sind hilfreich, aber nicht zwingend erforderlich

Seminarinhalt

Einführung in Embedded Systems

• Aufbau typischer Embedded-Architekturen
• Zusammenspiel von Hardware, Peripherie und Firmware
• Entwicklungs-Toolchain (Compiler, Linker, Debugger, west-Build)
• Bare-Metal vs. RTOS-basierte Systeme
• Beispiel: Analyse einer minimalen „Hello-LED“-Anwendung mit GPIO-Treiber

C/C++ für Embedded Systeme

• Speicherlayout (Stack, Heap, Data, BSS, Text)
• volatile, const, static — wann und warum
• Speicher- und Laufzeitoptimierung in Embedded C++
• Verwendung von Templates und constexpr ohne Overhead
• Beispiel: Implementierung einer constexpr-Tabelle zur ADC-Wert-Umrechnung

Echtzeitprinzipien

• Definition von Echtzeit, deterministische Reaktionszeiten
• Scheduling-Strategien: kooperativ vs. präemptiv
• Interrupt-Latenz, Prioritäten, Deadlocks, Race-Conditions
• Beispiel: Simulation zweier Threads mit unterschiedlicher Priorität

Hands-on – Bare-Metal zu RTOS-Übergang

• Von der Endlosschleife zum Multithreading
• Nutzung von APIs für GPIO, Timer, Thread-Erstellung
• Logging-Subsystem
• Beispiel: LED-Blink-Projekt zuerst ohne RTOS, danach mit Thread

Einführung in RTOS-Konzepte

• Aufgaben (Tasks/Threads), Scheduler, TCB
• Queues, Semaphoren, Mutex, Event Flags
• Speicherverwaltung im RTOS
• Lebenszyklus eines Threads
• Beispiel: Implementierung einer Sensor-/Logger-Kommunikation über eine Message Queue

Arbeiten mit einem RTOS

• Aufbau des RTOS-Projekts
• Task-Erstellung und Scheduling
• Kommunikation über Queues
• Synchronisation mit Semaphore/Mutex
• Beispiel: Aufbau eines kleinen Sensordaten-Loggers mit Shell-Befehl

Systementwurf und Architektur

• Designprinzipien für sichere Echtzeitsysteme
• Modularisierung: HAL, OSAL, Service Layer
• Fehlerbehandlung, Watchdog, State Machine
• RTOS getützte Security-Mechanismen
• Beispiel: Implementierung eines Watchdog-überwachten Tasks mit automatischem System-Reset

Hands-on – Mini-Projekt

• Aufbau eines vollständigen Zephyr-Systems mit mehreren Threads
• Ereignissteuerung über Queues, Safety-Überwachung über Watchdog
• Analyse von Systemressourcen (Stack-Usage, CPU-Load, Logging)
• Diskussion: Architektur, Robustheit, Optimierung
• Beispiel: Entwicklung eines Mini-Monitoring-Systems mit Sensor-Task, Logger-Task und Safety-Watchdog-Task

Open Badge für dieses Seminar - Ihr digitaler Kompetenznachweis

Durch die erfolgreiche Teilnahme an einem Kurs bei IT-Schulungen.com erhalten Sie zusätzlich zu Ihrem Teilnehmerzertifikat ein digitales Open Badge (Zertifikat) – Ihren modernen Nachweis für erworbene Kompetenzen.

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