Embedded C++: Objektorientierte Programmierung für Mikrocontroller mit C++/EC++ und UML - Seminar / Kurs von MicroConsult GmbH

Einführung in die objektorientierte Begriffswelt

• Klasse und Objekt
• Attribut, Operation, Methode
• Kapselung
• Relation (Beziehung) zwischen Klassen
• Nutzen und Vorteile der objektorientierten Softwareentwicklung
• Demonstration des objektorientierten Ansatzes an einem Hardwaretreiber-Beispiel

Objektorientiertes Programmieren in C

• Klassen, Attribute, Operationen und Objekte
• Möglichkeiten der Kapselung in C
• Assoziation, Aggregation, Komposition und Vererbung
• Praxistipps mit bewährten Umsetzungsmöglichkeiten

Einführung in die Programmiersprache C++ (EC++)

• Migration von objektorientierter Programmierung mit C zu C++/EC++
• Klasse, Attribute, Operationen und Objekte
• Möglichkeiten der Kapselung in C++
• Konstruktoren, Destruktor, Überladen
• Modifizierer für Daten, Operationen und Objekte
• Speichermanagement für Objekte
• Objekt-Initialisierung
• Namespaces
• Templates
• C++ New Style Casts
• Weitere C++ spezifische Mechanismen und Konstrukte
• Assembleranalysen von C++ Konstrukten
• Speicher- und laufzeitorientierte Einschätzung und Optimierung
• Vergleich zu C
• Verbesserung von Qualitätsmerkmalen wie Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit
• Risiken erkennen, Stolpersteine vermeiden
• Übung: Sie implementieren, instanziieren und testen eine Klasse

Relationen zwischen Klassen und deren Programmierung mit C++

• Assoziation
• Aggregation
• Komposition
• Vererbung
• Dependency
• Richtige Relationsauswahl im Design treffen
• Varianten der Implementierung mit C++
• Assembleranalysen von C++ Konstrukten
• Speicher- und laufzeitorientierte Einschätzung und Optimierung
• Verbesserung von Qualitätsmerkmalen wie Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit
• Übung: Sie implementieren die Relationen Assoziation, Vererbung und Komposition in der Applikation und bei der Anwendung des Builder-Patterns

Virtuelle Methoden und Interfaces mit C++

• Überschreiben von Funktionen / Operationen
• Dynamische (späte) Bindung
• Rein virtuelle Funktionen/ Operationen
• Polymorphismus
• Von der abstrakten Klasse zur Interface-Klasse
• Software-Architektur mit Interfaces
• Nutzen, Vorteile und Nachteile von Interface-Klassen
• Implementierung mit C++
• Assembleranalysen von C++ Konstrukten
• Speicher- und laufzeitorientierte Einschätzung und Optimierung
• Verbesserung von Qualitätsmerkmalen wie Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit
• Übung: Sie programmieren eine Interface-Klasse mit rein virtuellen Funktionen, implementieren diese und greifen darauf zu

C++ Klassenbibliotheken

• Statische versus dynamische Klassenbibliotheken
• Erzeugung und Einbindung von Klassenbibliotheken
• Vor- und Nachteile bei der Verwendung in Embedded-Software
• Demonstration eines Beispiels

Zustandsautomaten mit C++

• Prinzipielle Möglichkeiten der Implementierung
• Vorstellung der Tabellen-basierten Abarbeitung von Zustandsautomaten
• State-Pattern und objektorientiertes State-Pattern
• Demonstration eines Beispiels

Callback-Strukturen

• Typische Embedded-SW-Architekturen und deren Darstellung (Schichtenmodell, Interfaces)
• Architekturrichtlinien
• Kommunikationsmöglichkeiten zwischen Architekturelementen
• Objektorientiere Callback-Strukturen mit Callback-Objekten
• Demonstration eines Beispiels
• Übung: Sie programmieren eine Callback-Struktur mit Callback-Objekt-Registrierung in der Übungsapplikation

Hardwaretreiber und Interrupts mit C++

• Treiber- und Interrupt-Richtlinien
• Hardwaretreiber mit Peripherie-Registerzugriff objektorientiert in C++
• Interrupt-Konzepte und Interrupt-Service Routinen objektorientiert mit C++
• Verbesserung von Qualitätsmerkmalen wie Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit
• Übung: Sie wenden einen objektorientierten Timer-Treiber zusammen mit einem Timer-Interrupt in Ihrer Übungsapplikation an

Übersicht Embedded-Software-Test

• Software-Implementierung und -Test
• Testprozess
• Checkliste zum Test objektorientierter Software
• Demonstration eines Beispiels mit GoogleTest™

Grundlegende Notationen mit der UML (Unified Modeling Language)

• Darstellung von Klassen, Objekten und Relationen mit der UML
• Use-Case-, Sequenz-, Aktivitäten- und Zustandsfolge-Diagramm
• Demonstration der Übung im UML-Modell - Aspekt: Diagramme

Von der Projektplanung bis zur Implementierung

• Software-Entwicklungsprozess
• Qualität von Embedded-Softwaresystemen
• Praxisgerechte Modellierung einer Embedded-Applikation mit der UML
• Demonstration der Übung im UML-Modell - Aspekt: Modellentstehung und Aufbau

Ausblicke

• Historie und Weiterentwicklung von C++
• Übersicht zu fortgeschrittenen C++ Mechanismen
• Embedded- und generische C++ Codierrichtlinien
• Interessante Internet-Links
• C++ Idiome
• Clean Code Development

Praktische Übungen im Workshop

• Für die durchgängige Übung (Uhrenapplikation) verwenden Sie das Arm Keil MDK (Microcontroller Development Kit) zusammen mit einer realen Hardware basierend auf einem Arm Cortex® M3 oder M7 Mikrocontroller bzw. einem entsprechenden Simulator. Die Übung besteht sowohl aus dem Programmcode als auch dem zugehörigen UML-Modell.

MicroConsult Plus:

• Als Teilnehmer haben Sie die folgenden Möglichkeiten, um Ihre Übungen und die von MicroConsult entwickelten Lösungen aus dem Workshop mitzunehmen:
• Sie nehmen die Dateien direkt auf einem von MicroConsult bereitgestellten kostenfreien USB-Stick mit, oder …
• Sie senden sich die Dateien selbst per E-Mail zu, oder …
• Sie erhalten auf Anfrage Zugriff auf die Dateien per Download.
• Sie bekommen alle C- und C++ Beispiele in elektronischer Form und können diese sehr einfach für Ihr Entwicklungsenvironment anpassen.
• Sie erhalten zudem eine Tool- und Software-Komponentenübersicht für die Entwicklung von Embedded-Software.
• Sie bekommen hilfreiche Notationsübersichten für UML (Unified Modeling Language) und SysML (Systems Modeling Language) im A3 Format.

Sie kennen nach dem EC++ Workshop die Möglichkeiten, die ein objektorientierter Ansatz bietet, um auch in der Embedded-Welt in kürzerer Zeit qualitativ hochwertige Software zu entwickeln.

Der vermittelte Überblick über den gesamten Entwicklungsprozess von Embedded-Realtime-Systemen - Software-Analyse, Software-Design, Software-Implementierung und Unit-Test - gibt Ihnen das Rüstzeug, um Projekte mit EC++ zu erstellen.

Sie wissen, wie Sie das Design von Software-Systemen mithilfe der UML und der Implementierung in der Programmiersprache C++ gestalten.

Damit verfügen Sie über die Wissensbasis zur Erfüllung besonderer Anforderungen an die Software-Qualität von Embedded-Systemen, z.B. im Hinblick auf Laufzeit und Codeeffizienz.

Ferner vermeiden Sie mithilfe von Programmierrichtlinien, z.B. dem MISRA-C++ Standard, frühzeitig Programmierfehler.

Sie entwickeln mit modernen objektorientierten Techniken qualitativ hochwertige und komplexe Softwaresysteme und sparen dabei Zeit und Geld.