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

Lehrveranstaltungen:

• • Systemnahe Programmierung in C (SS 2022)
    (Vorlesung, 2 SWS, Volkmar Sieh, Di, 10:15 - 11:45, H7; Einzeltermin am 27.4.2022, 14:15 - 15:45, H7)
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2022)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels et al.)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (SS 2022 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Tim Rheinfels et al.)
• Wiederholungsübungen im WS
  • Übungen zu Systemnahe Programmierung in C (für Wiederholer) (WS 2022/2023 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Alexander von der Haar et al.)
  • Rechnerübungen zu Systemnahe Programmierung in C (WS 2022/2023 - optional)
    (Übung, 2 SWS, Maximilian Ott 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 2021/2022)

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:

1. 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)

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 2022, 1. Wdh.: WS 2022/2023

1. Prüfer:

Volkmar Sieh

Termin: 05.08.2022
Termin: 05.08.2022