Firmware-Entwicklung für Hardware Entwickler

Ziele der Schulung

In dieser 4-tägigen Schulung "Firmware-Entwicklung für Hardware Entwickler" lernen Sie Konzepte modernen Software-Engineerings. Sie sind in der Lage, gut les- und wartbaren Code zu schreiben. Sie können mit Versionierungssystemen umgehen und gute commit messages schreiben. Sie verstehen die grundlegenden Bausteine eines Mikrocontrollers sowie die Besonderheiten in der Firmware-Entwicklung und können Firmware für Mikrocontroller in C programmieren und debuggen.

Zielgruppe Seminar

• Hardware-Entwickler

Voraussetzungen

• Erfahrungen in der Hardware-Entwicklung
• Grundlagen Programmierung

Seminarinhalt

Grundlagen Software-Entwicklung

• Abstraktion
• Data & Implementation Hiding
• APIs
• Clean code
• Firmware-Testing
  • Unit Tests
  • Hardware in the loop tests
  • CI/CD
  • Testdriven development
• Grundlagen der Software-Architektur
• Grundlagen Versionierung und Repositories

Die Programmiersprache C

• Grundlagen
• Besonderheiten im Embedded Bereich
• Übungen am PC

Grundlagen Mikrocontroller

• Was ist ein Mikrocontroller?
• Adressraum eines Mikrocontrollers & memory mapped peripherals
• GPIOs
• SWD / JTAG und Kontroller flashen

Übung Board bring up und LED blinken lassen

• Mikrocontroller Dokumentation: Was findet sich wo?
• Clean code Praktiken in der Anwendung
• STM32CubeIDE & STM32CubeMX
• Firmware debuggen
• Bin, hex & elf Dateien: Was ist was und Unterschiede

Versionierungssystem benutzen und Schreiben guter commit messages

• Grundkonzepte von Versionierungssystemen
• Gängige Versionierungssysteme und ihre Unterschiede
• Schreiben guter commit messages
• Praktische Übung: LED dimmen via PWM
  Es wird eine kleine Firmware geschrieben, welche eine LED via PWM dimmt.
  Dabei werden fortwährend Anforderungsänderungen eingebracht, anhand derer
  die Verwendung eines Versionierungssystems geübt werden kann.

Ein C Modul entwickeln mit sauberer Abstraktion

• Theorieteil
  • Data- & Implementation hiding in C
  • API Design
  • Dependency injection
• Praktische Übung: Logging über UART
  Es wird ein Modul geschrieben, welches Log-Nachrichten über eine UART
  Schnittstelle versenden kann. Dabei wird das gelernte aus dem Theorieteil
  angewendet und vertieft.

Objektorientierte Programmierung in C

• Theorieteil
  • Objektorientiert Programmieren in einer nicht-objektorientierten Sprache: Geht das?
  • Interface & Implementation Inheritance mit Funktionszeigern
  • Mögliche Probleme bei objektorientierter Programmierung in C
• Praktische Übung: externen Bausteine via SPI oder I2C anbinden
  Das Gelernte wird vertieft, in dem ein Treiber für einen externen Baustein
  geschrieben wird, der sowohl über SPI als auch über I2C angesprochen werden
  kann.

ADC, DAC & DMA

• Theorieteil
  • Welche unterschiedlichen Möglichkeiten gibt es auf ADC & DAC zuzugreifen?
  • Welche Vor- und Nachteile gibt es dabei?
  • Interrupts und reentrance Probleme
  • Stolpersteine bei der Verwendung von DMA
• Praktische Übung: Soundeffekt
  Das Gelernte wird vertieft, in dem eine kleine Firmware geschrieben wird,
  die über das Mikrofon des Evalboards eine Sprachnotiz aufnimmt und
  mit Effekt wiedergibt.

Theorie: Daten persistent in EEPROM / FLASH speichern

• Welche Daten (Kundenparameter, Produktionsparameter, Firmware) sollten wo abgespeichert werden?
• Welche Patterns und Probleme gibt es dabei?
• Kleine Einführung in das Thema Bootloader

Firmware Architecture Grundlagen: bare metal vs. RTOS

• Grundkonzepte von RTOS
• Übersicht und Vergleich gängiger RTOS
• Vorteile und Nachteile beider Varianten
• Wann empfiehlt sich bare metal, wann RTOS

Advanced debugging

• Logging, asseertions & co
• Timing-Verhalten debuggen
• Exceptions debuggen
• Stack overflows
• Linker map file als Hilfe beim debuggen & optimieren
• Assembly lesen

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Übersicht: Embedded Systems Schulungen Portfolio

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