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DE RTOS-Grundlagen und Anwendung: Mechanismen und deren Einsatz in Laufzeit-Architekturen für Embedded- und Echtzeitsysteme
Angesichts steigender Komplexität in Embedded-Software-Applikationen und immer leistungsfähigerer Hardware werden auch immer mehr Echtzeitbetriebssysteme in die Software mit eingebunden. Der Einsatz von Echtzeit-Betriebssystemen stellt neue Herausforderungen an die Entwicklung.
Allgemeine Einführung in Echtzeitbetriebssysteme
- Wichtige Grundbegriffe (Betriebssystem, Echtzeit, Task, Multitasking, Scheduler)
- Klassifikation von Embedded-Systemen
- Klassifikation von Betriebssystem-Arten
- Anforderungen an Betriebssystem, Hardware, Entwicklungstools
- Lizenzmodelle
- Betriebssystem-Abstraktionsschicht (OSAL Operating System Abstraction Layer)
- POSIX (pThread)
- Nutzen, Vorteile und Nachteile beim Betriebssystem-Einsatz
- Praxisbeispiel: Aufteilung einer Applikation in Tasks
- Differenzierung zwischen Prozess, Task und Thread
- Taskzustände und Übergänge
- Taskeigenschaften und Mehrfachinstanziierung
- Spezifische Tasks
- Task-Kontext-Umschaltung und Hook-Routinen
- Designaspekte für Tasks
- Scheduler und deren Algorithmen (Endless Loop, Time-triggerd, Priority, Time-slice, Round-Robin, EDF Earliest Deadline First)
- Scheduler-Funktionalität und Designaspekte
- Die richtige Scheduler-Auswahl treffen
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren eine Task, instanziieren diese zweimal mit unterschiedlichen Prioritätskombinationen und werten das Verhalten aus
- Interrupt-Bearbeitung mit und ohne Betriebssystem
- Interrupt-Latenzzeit und Interrupt-Blockierzeit
- Priorisierung
- Interrupt-Serviceroutinen
- Interrupt-Threads/Tasks
- Designhinweise
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren eine Interrupt-Service-Routine und eine Task, um einen AD-Wandler zu servicen
- Systemtick und Konfiguration
- Delay-, Timeout-, Intervall-, Software-Watchdog-, Alarm-Timer
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren eine Intervall-Timer-gesteuerte Taskausführung
- Events, Signals: global, local, einzeln, als Gruppe, mit / ohne Parameter
- Semaphore, Promise und Future
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren eine Synchronisation zwischen einer Interrupt-Service-Routine und einer Task
- Race Conditions
- Ressource: Definition, Granularität und Blockierzeiten
- Semaphore, Mutex, Critical Section, Condition Variable, Spinlock
- Problemsituationen: Deadlock und Priority Inversion
- Lösungen: Priority Inheritance, Priority Ceiling u.a.
- Reader/ Writer Patterns
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren einen geschützten Zugriff von zwei Tasks auf eine gemeinsam genutzte Ressource
- Nachrichtenkonzepte: System-lokal und System-übergreifend
- Shared-Memory, Mailbox, Queue, Message Buffer, Pipe, Message Based, Socket
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiele
- Übung: Sie programmieren die Kommunikation zwischen einer Interrupt-Service-Routine und einer Task sowie zwischen zwei Tasks mit dem Mailbox-Konzept
- Speichersegmente (BSS, Stack, Heap)
- Stack-Überwachung
- Dynamisches Speichermanagement
- Pool-Allocation-Pattern: Speicherpools und Speicherblöcke
- MPU (Memory Protection Unit) und MMP (Memory Management Unit) Unterstützung
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiel
- Risiken erkennen und Stolpersteine vermeiden
- Softwareschichten-Architektur
- Treiberkonzepte
- Beispiele mit serieller und Ethernet-Kommunikation
- Typische Anwendungen in Embedded-Software-Applikationen
- API (Application Programming Interface) Beispiel
- Trace auf Betriebsmittelebene
- Vorstellung und Bewertung verschiedener Trace-Möglichkeiten und Darstellungsformen
- Vorführung mit Logik-Analyzer und professionellen Trace Tools (Percepio Tracealyzer und ARM Keil MDK)
- Von der Idee zur fertigen Laufzeitarchitektur
- Laufzeitarchitektur-Pattern und deren Einsatz für konkrete Aufgabenstellungen
- Transformation einer bestehenden Software-Architektur ohne Betriebssystem auf eine mit Betriebssystem unter optimaler Ausnutzung der Betriebssystem-Mechanismen
- Vorstellung und Vergleich verschiedener Laufzeitarchitektur-Konzepte - mit, aber auch ohne Betriebssystem
- Vorhersagbarkeit und Berechenbarkeit der verschiedenen Laufzeitarchitektur-Konzepte
- Auswahlhilfen für das "richtige" Laufzeitarchitektur-Konzept
- Praxisbeispiel Messgeräte-Applikation
- Übung: Sie entwickeln auf Basis von ausformulierten Anforderungen und einer Software-Architektur eine dazu passende Laufzeitarchitektur für ein real existierendes Embedded-System
- Hardware- und Software-Architekturen
- Aufgabenverteilung
- Möglichkeiten des Betriebssystem-Einsatzes
- Virtualisierung und Hypervisor
- Interrupt- und Treiber-Konzepte
- Wichtige Designaspekte
- Die geeignete Darstellungsform einer Laufzeitarchitektur
- Auszüge aus der UML (Unified Modeling Language)
- Praxistipps
- Übung: Sie nutzen Notationen und Diagramme der UML zur Darstellung der Laufzeitarchitektur
- Nutzendarstellung, Vor- und Nachteile
- Programmierung
- Praxisbeispiel mit FreeRTOSTM
- Leitfaden zur Betriebssystem-Auswahl
- Praxistipps zum Vergleich von Betriebssystemen
- Aktuelle Produktübersicht für Embedded-Software
- Checkliste mit wichtigen Auswahlkriterien
- In der durchgängigen Programmierübung nutzen Sie Betriebssystem-Mechanismen, um Schritt für Schritt eine Messgeräte-Applikation zu entwickeln.
- Zur Übungsdurchführung verwenden Sie das Arm Keil MDK (Microcontroller Development Kit) zusammen mit einer realen Hardware basierend auf einem Arm Cortex® Mikrocontroller.
- Als Echtzeit-Betriebssystem wählen Sie zwischen FreeRTOS™ oder dem CMSIS-RTOS Standard als Betriebssystem-Abstraktion.
- Sie entwickeln und dokumentieren eine Laufzeitarchitektur für eine komfortable Elektromotor-Steuerung und setzen dazu Betriebssystem-Mechanismen ein.
- Zur Übungsdurchführung nutzen Sie wahlweise den Enterprise Architect von Sparx Systems oder Papier und Bleistift.
- Sie erhalten von uns Ihre Übungsverzeichnisse und Lösungsbeispiele für alle Übungsaufgaben.
- Sie erhalten zur Messgeräte-Applikation den Programmcode und ein UML-Modell sowie zur Elektromotor-Steuerung ebenfalls ein UML-Modell.
- Sie erhalten eine Tool- und Software-Komponentenübersicht inklusive einer aktuellen Betriebssystem-Übersicht.
- Sie erhalten zudem eine Checkliste mit Betriebssystem-Auswahlkriterien.
- Sie bekommen hilfreiche Notationsübersichten für UML (Unified Modeling Language) und SysML (Systems Modeling Language).
Sie kennen nach dem RTOS-Grundlagen-Training die Mechanismen moderner Echtzeit-Betriebssysteme und können damit neue Software-Laufzeitarchitekturen entwickeln und bestehende warten - unabhängig von dem konkreten Echtzeitbetriebssystem-Produkt.
Sie können Software-Laufzeitarchitekturen dokumentieren und kommunizieren und eine fundierte Betriebssystem-Auswahl treffen.
Mit dem Betriebssystem und zusätzlichen Kommunikationsstacks machen Sie Ihr System IoT-fähig.
Der RTOS-Kurs richtet sich an Programmierer, Software-Entwickler, Software-Designer und Software-Architekten, die aktuell oder zukünftig ein Echtzeitbetriebssystem in ihrer Embedded-Software-Applikation einsetzen.
Grundkenntnisse über Mikrocontroller sowie Programmierkenntnisse in C.
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In tailor-made workshops, we combine your specific project tasks with our training offerings. We take your requirements regarding content, time, location, duration, technical environment, and delivery method into account.
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One-day training: 08:30 – 17:00 h
Two-day training: Day 1: 9:30 – 17:30 h / Day 2: 8:30 – 17:00 h
Three-day training: Day 1: 9:30 – 17:30 h / Day 2-3: 8:30 – 17:00 h
Four-day training: Day 1: 9:30 – 17:30 h / Day 2-4: 8:30 – 17:00 h
4.5-day training: Day 1: 9:30 – 17:30 h / Day 2-4: 8:30 – 17:00 h / Last day: 8:30 – 13:00 h
Five-day training: Day 1: 9:30 – 17:30 h / Day 2-4: 8:30 – 17:00 h / Last day: 8:30 – 15:00 h
The structure of our live-online trainings is different to face-to-face trainings. Please refer to our registration confirmation for training times.
Training certificate
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Training environment
Our training rooms offer an open and friendly atmosphere and feature high-quality and modern training equipment.
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The MicroConsult training center is conveniently located and can be reached easily be public transport or by car. Several hotels are in close vicinity.
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The training bonus: Binding registration of a person for several training courses
Number of training sessions |
Amount of the discount |
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