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

• 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 inEmbedded-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 inEmbedded-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 das Arm Keil MDK (Microcontroller Development Kit) zusammen mit einer realen oder simulierten Hardware basierend auf einem Arm Cortex-M3 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.
  • Sie bekommen hilfreiche Notationsübersichten für UML und SysML.

Lernziele

• Sie kennen die Anwendung und die Effizienz fortgeschrittener C++ Konstrukte (Namespaces, Templates, Exception Handling, Runtime Type Identification, New Style Casts, Mehrfachvererbung, Speichermanagement).
• Sie sind in der Lage, über die Verwendung dieser Konstrukte in Ihrer Applikation fundiert zu entscheiden.
• Sie haben einen Überblick über die Elemente und Mechanismen der STL (Standard Template Library) und können diese bereits einsetzen.
• Sie können Patterns (State-Pattern, Singleton-Pattern, Observer-Pattern, Smart-Pointer-Pattern und Layer-Pattern) auf Ihre Applikationen hin adaptieren und dort implementieren.

Zielgruppe

• Der EC++ Kurs für Fortgeschrittene richtet sich an Programmierer, Software-Entwickler, Software-Designer und Software-Architekten, die fortgeschrittene C++ Konstrukte in der Embedded-Softwareentwicklung einsetzen.

Voraussetzungen

• Objektorientierte C++ Grundlagen sind zwingend erforderlich, UML-Grundlagen von Vorteil.