Embedded C++ für Fortgeschrittene: Objektorientierte Programmierung für Mikrocontroller mit C++/EC++ - Präsenz-Training

Embedded C++ für Fortgeschrittene: Objektorientierte Programmierung für Mikrocontroller mit C++/EC++ - Präsenz-Training

Inhalt

C++ für Embedded-Applikationen

• Historie
• Spezielle Qualitätsanforderungen an Embedded-Software
• Empfehlungen und Regelwerke (Codier-Richtlinien)
• C++ Compiler-Prinzipien
• Ausblicke: C++ Idiome und Clean Code Development
• Praxistipp mit wichtigen Referenzen

Zusammenfassung grundlegender C++ Konstrukte mit Effizienzbetrachtungen

• Klasse und Objekt
• Bestandteile von Klassen
• Modifizierer für Daten, Funktionen und Objekte
• Klassen-Funktionszeiger am Beispiel Zustandsfolgeautomaten-Implementierung
• Klassenrelationen (Assoziation, Aggregation, Komposition und Vererbung)
• Virtuelle Funktionen und Interfaces (Realisierung und Zugriff)
• Erweiterte C++ Konstrukte

Namespaces mit Effizienzbetrachtungen

• Verwendung von (verschachtelten) Namespaces im Programmcode
• Namespace Alias, anonymer Namespace, Koenig-Lookup, inline Namespace
• Abbildung der Software-Architektur im Programmcode
• C++ Standard-Namespace std
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Basierend auf der Architektur arbeiten Sie Namespaces in den bestehenden Programmcode ein

Einfachvererbung und Mehrfachvererbung mit Effizienzbetrachtungen

• Programmierung der Einfach- und Mehrfachvererbung (mit Interfaces)
• Problemsituationen und Lösungen bei der Mehrfachvererbung
• Virtuelle Vererbung
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie verwenden und programmieren die Mehrfachvererbung, wahlweise virtuell

Exception Handling mit Effizienzbetrachtungen

• Exception Handling - Erläuterung und Programmierung
• Exception-Klassen und -Hierarchien
• Benutzer-Exceptions
• C++ System-Exceptions
• Verschachteltes Exception Handling
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie binden Exception Handling in die bestehende Applikation ein

Speichermanagement mit Effizienzbetrachtungen

• Speichersegmente (BSS, Stack, Heap) für Objekte im Vergleich
• Dynamisches Speichermanagement mit new und delete mit und ohne Exception Handling
• Operatorüberladung von new und delete
• Pool-Allocation Pattern
• Placement new
• Risiken und Stolpersteine vermeiden
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie erzeugen und löschen Objekte dynamisch auf dem Heap

Runtime Type Identification (RTTI) mit Effizienzbetrachtungen

• Erläuterung und Programmierung von RTTI
• type_info Klasse
• Konsequenzen beim Einsatz
• Bezug zu Exception Handling und New Style Casts
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie verwenden RTTI zur Klassenidentifikation zur Laufzeit

Typkonvertierung mit New Style Casts mit Effizienzbetrachtungen

• Static, dynamic, const und reinterpret Cast
• Die richtige Wahl beim Einsatz
• Bezug zu RTTI und Exception Handling
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software

Templates mit Effizienzbetrachtungen

• Template-Funktionen
• Template-Klasse und -Objekt
• Template-Parameter und -Alias
• Vererbung und Interfaces mit Template-Klassen
• Praxistipps: Statische versus dynamische Polymorphie
• CRTP (Curiously Recurring Template Pattern)
• Template-Spezialisierung und (implizite versus explizite) -Instanziierung
• Type Traits und Concepts
• Variadische Template-Funktionen und -Klassen
• Perfekt Forward
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie programmieren eine Template-Klasse zur Anwendung im Observer-Pattern-Kontext der Applikation

Smart Pointer, sinnvoller Einsatz mit Effizienzbetrachtungen

• Besonderheiten und Varianten von Smart Pointer
• Programmierung eigener Smart Pointer
• C++ Smart Pointer
• Lambda-Funktionen
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software

C++ Standard-Bibliothek: Container, Iteratoren und Algorithmen, sinnvoller Einsatz und Effizienzbetrachtungen

• Grundlegende Konzeptübersicht
• Container, Iteratoren, Adapter, Algorithmen
• Differenzierung und Vorstellung unterschiedlicher Container
• Container für sequenzielle, sortierende und spezielle Anwendungsfälle
• Funktionsobjekte (Funktoren)
• Lambda-Funktionen
• Allocator-Klasse
• Assembler-, Speicher- und Laufzeit-Analysen und -Optimierungen
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie verwenden eine Container-Klasse im Observer-Pattern-Kontext der Applikation

Callback

• Embedded-Software-Architekturrichtlinien
• Embedded-Software-Qualitätsmerkmale
• Software-Layer-Pattern: Embedded-Software-Schichtenarchitektur
• Synchrone und asynchrone Software-Architektur
• Unidirektionale und bidirektionale Kommunikation
• Callback-Struktur mit und ohne Betriebsmittel eines Betriebssystems

Hardware-Treiber und Interrupts mit C++

• Objektorientierte Konzepte und Programmierung von Standard-Peripherietreibern
• Objektorientierte Konzepte und Programmierung von Interrupt-Behandlungen
• Registerbank-Zugriff
• Callback-Strukturen im Interrupt-Kontext
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software
• Übung: Sie binden einen Hardwaretreiber und Interrupt-Service in die Applikation ein

Ausgewählte C++ Bibliothekselemente

• std::string und std::string_view
• iosteam und iomanip
• std::stringstream
• std::function, std::optional, std::variant und std::any
• Anwendungsbeispiele und Empfehlungen zur Verwendung in Embedded-Software

Praktische Übungen im Workshop

• Für die durchgängige Übung (Uhrenapplikation) verwenden Sie die STM32CubeIDE Entwicklungsumgebung zusammen mit den STM32 NUCLEO-F746ZG Evaluation Board, basierend auf einem Arm Cortex®-M7 Mikrocontroller.

MicroConsult PLUS:

• Sie erhalten von uns Ihre Übungsverzeichnisse und Lösungsbeispiele für alle Übungsaufgaben.
• Sie erhalten alle C++ Beispiele in elektronischer Form und können diese sehr einfach für Ihre Entwicklungsumgebung anpassen.
• Sie erhalten eine Zusammenfassung von skalierbaren Empfehlungen zur Anwendung von C++ in Embedded-Software als Checkliste.
• Sie erhalten zudem eine Tool- und Software-Komponentenübersicht für die Entwicklung von Embedded-Software.
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