Programmierung von Echtzeitsystemen: mit 15 Tabellen sowie 43 Aufgaben und Programmbeispielen
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Format: | Buch |
Sprache: | German |
Veröffentlicht: |
München
Hanser
2009
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Beschreibung: | 315 S. Ill. 25 cm |
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Inhaltsverzeichnis
Einführung.11
1.1 Eingebettete und dedizierte Systeme.11
1.2 Voraussetzungen und Übungsumgebung.13
1.3 Prozessdatenverarbeitung und Prozesslenkung.13
1.3.1 Abgrenzung Datenverarbeitung - Prozessdatenverarbeitung.13
1.3.2 Prozesslenkung und Prozessautomatisierung.15
1.4 Technischer Prozess und Prozessmodell.17
1.4.1 Beispielprozess Automobil.17
1.4.2 Merkmale von Prozessen.19
1.4.3 Prozessmodell.21
1.5 Kopplung Prozessrechner - Prozess.27
1.5.1 Prozesskopplung über Sternverdrahtung.28
1.5.2 Programmierte, kurze Ein-ZAusgabe.30
1.5.3 Alarme.35
1.5.4 Analog-Digital-Umsetzer, lange Ein-ZAusgabe.38
1.5.5 Prozesskopplung über Feldbus.40
Softwareentwicklung.44
2.1 Entwicklungs- und Zielumgebung.44
2.2 "Hello World" auf einem dedizierten System.46
2.2.1 Überblick zur Vorgehensweise.46
2.2.2 Anlegen des Projektes.47
2.2.3 Erstellen des Quellcodes.48
2.2.4 Kompilieren, linken und lokieren.49
2.2.5 Linker-Steuerdatei.51
2.2.6 Die Datei mit dem ausführbaren Maschinencode.53
2.2.7 Quellcode-Debugging auf dem Zielsystem.55
2.2.8 Zielsystem-Monitorprogramm.56
Echtzeitverhalten.58
3.1 Rechenprozesse und
Tasks
.58
3.1.1 Rechenprozesse.58
3.1.2
Tasks
und Taskkooperation.60
3.2 Zeitbegriffe.63
Inhaltsverzeichnis
3.2.1 Bedeutung der Zeit in der Prozesslenkung.63
3.2.2 Zeitdefinitionen und Zeitbedingungen.64
3.2.3 Rechtzeitigkeit und Gleichzeitigkeit.68
3.3 Ablaufsteuerung, zeitgerechtes
Scheduling
.70
3.3.1 Ereignisse, Arbeitsaufträge,
Tasks
und Ablaufpläne.70
3.3.2 Tasktypen und Zeitparameter.71
3.3.3 Präemptives, prioritätsgesteuertes
Scheduling
.71
Nebenläufige Prozesse.82
4.1 Nebenläufigkeit.82
4.1.1 Nebenläufige Aktivitäten.82
4.1.2 Nebenläufigkeit bei teilbaren Aktivitäten.84
4.2 Kooperation und Konkurrenz.87
4.2.1 Freiwillige Kooperation zwischen
Tasks
.87
4.2.2 Konkurrenz und Konflikt - die erzwungene Kooperation.91
4.3 Modellierung nebenläufiger Aktivitäten.92
4.3.1 Prozessfluss-Graphen.93
4.3.2 Petri-Netze.98
4.3.3 Aktivitätsdiagramme.115
Multitasking— Grundlagen und Programmierung.120
5.1 Eigenschaften des Multitasking.120
5.2 Bohrautomat als Beispiel eines Echtzeitsystems.123
5.2.1 Aufgabenstellung, Hardware.123
5.2.2 Software Bohrautomat.124
5.2.3 Ausführung und Zeitverlauf im
Multiprocessing
.128
5.2.4 Ausführung und Zeitverlauf im Multitasking.130
5.3 Die Rolle des Betriebssystems.134
5.3.1 Die Notwendigkeit eines Betriebssystems.134
5.3.2 RTOS - Schnittstelle zu Betriebsmitteln und Kernobjekten.135
5.3.3 Systemzustand und Anwenderzustand.137
5.4 Prioritätsgesteuertes
Scheduling:
Datenstrukturen und Mechanismen.138
5.4.1 Zustandswechsel, Zustandsdiagramm.138
5.4.2
Task Control
Block, Ablaufwarteschlange, Taskwechsel.142
5.4.3 Planung von Taskwechseln.146
5.4.4 Anwendungsbeispiel Wechselpuffer.149
5.5 Warten bei Systemaufrufen.154
5.5.1 Warteparameter
Wait
.154
5.5.2 Taskwartet,
Wait = WAIT.
155
5.5.3
Task
wird fortgesetzt,
Wait
= CONTQnue).155
5.5.4 Taskwartet mit
Time Out, Wait
= TimeOutWert.156
5.6 Programmierung des Multitaskingbetriebs.157
5.6.1 RTOS-Dienstleistungen für das Multitasking.157
5.6.2 Konventionen.158
Inhaltsverzeichnis
5.7
Taskverwaltung
.159
5.7.1
Tasks
erzeugen und löschen.159
5.7.2 Start und Ende.160
5.7.3 Warten und Fortsetzen.164
5.8 Betriebsmittelverwaltung,
Semaphore
.168
5.8.1 Einführung: exklusive Betriebsmittelnutzung.168
5.8.2 Implementierungen des gegenseitigen Ausschlusses.172
5.8.3 Betriebsmittelverwaltung mit Semaphoren.174
5.8.4 Probleme mit Semaphoren.193
5.8.5 Tasksynchronisation mit Semaphoren.199
5.9 Eventflags.203
5.9.1 Wirkungsweise von Eventflags.203
5.9.2 Tasksynchronisation mit Eventflags.205
5.10
Intertask-
Kommunikation.219
5.10.1
Mailboxes
.220
5.10.2 Nachbildung zählender
Semaphore
mit Mailbox.226
5.10.3 Statischer globaler Datenbereich.228
5.10.4 Dynamischer globaler Datenbereich.230
Speicherverwaltung.234
6.1 Statische Speicherallokation.234
6.2 Stack-basierte Speicherverwaltung.236
6.3 Heap-basierte Speicherverwaltung.237
6.3.1 Heap-Verwaltung mit Zeigern.238
6.3.2 Heap-Verwaltung mit vorkonflgurierten Blocktypen.240
6.3.3 Heap-Verwaltung mit
Bitmaps
.240
6.3.4 Heap-Verwaltung mit verketteten Listen.241
6.3.5 Heap-Verwaltung mit speziellen Funktionen.244
6.3.6 Probleme bei der Heap-Verwaltung.245
6.4 Weitergehende Mechanismen.248
6.4.1 Virtualisierung von Speicheradressen.249
6.4.2 Speicherschutz.249
6.4.3
Paging
.250
6.5 Zusammenfassung.250
Unterbrechungstechnik und
Ein-AAusgabesystem
.252
7.1 Übersicht.252
7.2 Unterbrechungsbehandlung.254
7.3 Struktur der Unterbrechungsprogramme.255
7.3.1 Struktur und Ablauf der Unterbrechungsroutine UBR.256
7.3.2 Struktur und Ablauf der Alarmtask PA.258
7.4 Installation einer Unterbrechungsroutine UBR.261
7.4.1 Default-Unterbrechungsroutine DEF_UBR.261
7.4.2 Systemaufrufe für Installation und De-Installation.261
10 Inhaltsverzeichnis
7.5 Beispiel: Alarmtask mit Unterbrechungsroutine.263
7.5.1 Unterbrechungsprogramme und ihre Aufgaben.263
7.5.2 Mehrere Alarme.266
7.5.3 Unterbrechung versus
Polling
.266
7.6 Ablauf einer Unterbrechung.267
7.6.1 Unterbrechung und Unterbrechungs-Verzweigung.268
7.6.2 Zusammenspiel Prozessor - Interrupt Controller.269
7.6.3 Mehrfachunterbrechung.274
7.6.4 Verlauf einer Mehrfachunterbrechung.277
7.6.5 Systematische Abarbeitung einer Mehrfachunterbrechung.281
7.6.6 Zustandsdiagramm des Echtzeitbetriebssystems RTOS.284
7.7 Einfachunterbrechung und
Supervisor-Call SVC.
285
7.8 Ein Blick auf die Hardware, die APIC-Technik.287
7.9 Ein-AAusgabesystem.290
7.9.1 Gerätetreiber.291
7.9.2 EhWAusgabesteuerung.295
Literaturverzeichnis.298
Abkürzungsverzeichnis.301
Index.303 |
adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Einführung.11
1.1 Eingebettete und dedizierte Systeme.11
1.2 Voraussetzungen und Übungsumgebung.13
1.3 Prozessdatenverarbeitung und Prozesslenkung.13
1.3.1 Abgrenzung Datenverarbeitung - Prozessdatenverarbeitung.13
1.3.2 Prozesslenkung und Prozessautomatisierung.15
1.4 Technischer Prozess und Prozessmodell.17
1.4.1 Beispielprozess Automobil.17
1.4.2 Merkmale von Prozessen.19
1.4.3 Prozessmodell.21
1.5 Kopplung Prozessrechner - Prozess.27
1.5.1 Prozesskopplung über Sternverdrahtung.28
1.5.2 Programmierte, kurze Ein-ZAusgabe.30
1.5.3 Alarme.35
1.5.4 Analog-Digital-Umsetzer, lange Ein-ZAusgabe.38
1.5.5 Prozesskopplung über Feldbus.40
Softwareentwicklung.44
2.1 Entwicklungs- und Zielumgebung.44
2.2 "Hello World" auf einem dedizierten System.46
2.2.1 Überblick zur Vorgehensweise.46
2.2.2 Anlegen des Projektes.47
2.2.3 Erstellen des Quellcodes.48
2.2.4 Kompilieren, linken und lokieren.49
2.2.5 Linker-Steuerdatei.51
2.2.6 Die Datei mit dem ausführbaren Maschinencode.53
2.2.7 Quellcode-Debugging auf dem Zielsystem.55
2.2.8 Zielsystem-Monitorprogramm.56
Echtzeitverhalten.58
3.1 Rechenprozesse und
Tasks
.58
3.1.1 Rechenprozesse.58
3.1.2
Tasks
und Taskkooperation.60
3.2 Zeitbegriffe.63
Inhaltsverzeichnis
3.2.1 Bedeutung der Zeit in der Prozesslenkung.63
3.2.2 Zeitdefinitionen und Zeitbedingungen.64
3.2.3 Rechtzeitigkeit und Gleichzeitigkeit.68
3.3 Ablaufsteuerung, zeitgerechtes
Scheduling
.70
3.3.1 Ereignisse, Arbeitsaufträge,
Tasks
und Ablaufpläne.70
3.3.2 Tasktypen und Zeitparameter.71
3.3.3 Präemptives, prioritätsgesteuertes
Scheduling
.71
Nebenläufige Prozesse.82
4.1 Nebenläufigkeit.82
4.1.1 Nebenläufige Aktivitäten.82
4.1.2 Nebenläufigkeit bei teilbaren Aktivitäten.84
4.2 Kooperation und Konkurrenz.87
4.2.1 Freiwillige Kooperation zwischen
Tasks
.87
4.2.2 Konkurrenz und Konflikt - die erzwungene Kooperation.91
4.3 Modellierung nebenläufiger Aktivitäten.92
4.3.1 Prozessfluss-Graphen.93
4.3.2 Petri-Netze.98
4.3.3 Aktivitätsdiagramme.115
Multitasking— Grundlagen und Programmierung.120
5.1 Eigenschaften des Multitasking.120
5.2 Bohrautomat als Beispiel eines Echtzeitsystems.123
5.2.1 Aufgabenstellung, Hardware.123
5.2.2 Software Bohrautomat.124
5.2.3 Ausführung und Zeitverlauf im
Multiprocessing
.128
5.2.4 Ausführung und Zeitverlauf im Multitasking.130
5.3 Die Rolle des Betriebssystems.134
5.3.1 Die Notwendigkeit eines Betriebssystems.134
5.3.2 RTOS - Schnittstelle zu Betriebsmitteln und Kernobjekten.135
5.3.3 Systemzustand und Anwenderzustand.137
5.4 Prioritätsgesteuertes
Scheduling:
Datenstrukturen und Mechanismen.138
5.4.1 Zustandswechsel, Zustandsdiagramm.138
5.4.2
Task Control
Block, Ablaufwarteschlange, Taskwechsel.142
5.4.3 Planung von Taskwechseln.146
5.4.4 Anwendungsbeispiel Wechselpuffer.149
5.5 Warten bei Systemaufrufen.154
5.5.1 Warteparameter
Wait
.154
5.5.2 Taskwartet,
Wait = WAIT.
155
5.5.3
Task
wird fortgesetzt,
Wait
= CONTQnue).155
5.5.4 Taskwartet mit
Time Out, Wait
= TimeOutWert.156
5.6 Programmierung des Multitaskingbetriebs.157
5.6.1 RTOS-Dienstleistungen für das Multitasking.157
5.6.2 Konventionen.158
Inhaltsverzeichnis
5.7
Taskverwaltung
.159
5.7.1
Tasks
erzeugen und löschen.159
5.7.2 Start und Ende.160
5.7.3 Warten und Fortsetzen.164
5.8 Betriebsmittelverwaltung,
Semaphore
.168
5.8.1 Einführung: exklusive Betriebsmittelnutzung.168
5.8.2 Implementierungen des gegenseitigen Ausschlusses.172
5.8.3 Betriebsmittelverwaltung mit Semaphoren.174
5.8.4 Probleme mit Semaphoren.193
5.8.5 Tasksynchronisation mit Semaphoren.199
5.9 Eventflags.203
5.9.1 Wirkungsweise von Eventflags.203
5.9.2 Tasksynchronisation mit Eventflags.205
5.10
Intertask-
Kommunikation.219
5.10.1
Mailboxes
.220
5.10.2 Nachbildung zählender
Semaphore
mit Mailbox.226
5.10.3 Statischer globaler Datenbereich.228
5.10.4 Dynamischer globaler Datenbereich.230
Speicherverwaltung.234
6.1 Statische Speicherallokation.234
6.2 Stack-basierte Speicherverwaltung.236
6.3 Heap-basierte Speicherverwaltung.237
6.3.1 Heap-Verwaltung mit Zeigern.238
6.3.2 Heap-Verwaltung mit vorkonflgurierten Blocktypen.240
6.3.3 Heap-Verwaltung mit
Bitmaps
.240
6.3.4 Heap-Verwaltung mit verketteten Listen.241
6.3.5 Heap-Verwaltung mit speziellen Funktionen.244
6.3.6 Probleme bei der Heap-Verwaltung.245
6.4 Weitergehende Mechanismen.248
6.4.1 Virtualisierung von Speicheradressen.249
6.4.2 Speicherschutz.249
6.4.3
Paging
.250
6.5 Zusammenfassung.250
Unterbrechungstechnik und
Ein-AAusgabesystem
.252
7.1 Übersicht.252
7.2 Unterbrechungsbehandlung.254
7.3 Struktur der Unterbrechungsprogramme.255
7.3.1 Struktur und Ablauf der Unterbrechungsroutine UBR.256
7.3.2 Struktur und Ablauf der Alarmtask PA.258
7.4 Installation einer Unterbrechungsroutine UBR.261
7.4.1 Default-Unterbrechungsroutine DEF_UBR.261
7.4.2 Systemaufrufe für Installation und De-Installation.261
10 Inhaltsverzeichnis
7.5 Beispiel: Alarmtask mit Unterbrechungsroutine.263
7.5.1 Unterbrechungsprogramme und ihre Aufgaben.263
7.5.2 Mehrere Alarme.266
7.5.3 Unterbrechung versus
Polling
.266
7.6 Ablauf einer Unterbrechung.267
7.6.1 Unterbrechung und Unterbrechungs-Verzweigung.268
7.6.2 Zusammenspiel Prozessor - Interrupt Controller.269
7.6.3 Mehrfachunterbrechung.274
7.6.4 Verlauf einer Mehrfachunterbrechung.277
7.6.5 Systematische Abarbeitung einer Mehrfachunterbrechung.281
7.6.6 Zustandsdiagramm des Echtzeitbetriebssystems RTOS.284
7.7 Einfachunterbrechung und
Supervisor-Call SVC.
285
7.8 Ein Blick auf die Hardware, die APIC-Technik.287
7.9 Ein-AAusgabesystem.290
7.9.1 Gerätetreiber.291
7.9.2 EhWAusgabesteuerung.295
Literaturverzeichnis.298
Abkürzungsverzeichnis.301
Index.303 |
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Beschreibung
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Signatur: |
2000 ST 234 K47 |
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