Embedded Software Cursus

Les 1 • Kenmerken van embedded software

Identificeert eigenschappen die uniek zijn voor embedded software: determinisme, bare-metal uitvoering en nauwe koppeling aan hardware. Bepaalt de beperkingen die alle latere ontwerpkeuzes vormgeven.

Les 2 • Kernhardwarecomponenten

Overziet microcontrollers, processors, geheugentypen en randapparatuur. Verbindt hardwaremogelijkheden met softwareontwerpbeslissingen.

Les 3 • Overzicht van de ontwikkelings-toolchain

Introduceert cross-compilers, linkers, debuggers en flash-programmeurs. Studenten begrijpen hoe broncode uitvoerbare firmware wordt op een doelapparaat.

Les 4 • Een ontwikkelomgeving opzetten

Begeleidt studenten bij het installeren en configureren van een complete toolchain en IDE. Produceert een werkende bouw-en-flash-workflow voordat applicatiecode wordt geschreven.

Les 1 • Pointers en geheugentoegang

Legt pointer-rekenen, vluchtige kwalificaties en geheugen-geregistreerde registertoegang uit. Maakt directe hardware-registermanipulatie mogelijk die in latere hoofdstukken wordt behandeld.

Les 2 • Embedded C-coderingsnormen

Introduceert industriële coderingsrichtlijnen voor veiligheidskritische firmware, inclusief naamgevingsconventies en beperkte taalfuncties. Bereidt studenten voor op professionele codebeoordelingen.

Les 3 • Gegevenstypen en geheugenindeling

Behandelt integer-typen met vaste breedte, struct-packing en uitlijningsregels. Zorgt ervoor dat studenten de geheugenindeling op elke doelarchitectuur nauwkeurig kunnen beheersen.

Les 4 • Preprocessor- en compilerinstructies

Behandelt macro's, conditionele compilatie en inline functies voor draagbare firmware. Studenten leren hardware-abstractionsheaders te schrijven die in projecten worden gebruikt.

Les 1 • Seriële communicatie via UART

Behandelt baudrate-berekening, frame-indeling en registertoegang voor verzenden/ontvangen. Studenten implementeren een polling-gebaseerd UART-stuurprogramma dat gedurende de cursus wordt gebruikt voor debuggen.

Les 2 • Basisprincipes van ADC en DAC

Legt resolutie van analoog-digitaalomzetting, bemonsteringsfrequentie en referentiespanning uit. Studenten lezen sensorgegevens en begrijpen de vereisten voor signaalconditionering.

Les 3 • Timers en PWM-generatie

Configureert hardwaretimers voor periodieke gebeurtenissen, ingangscapture en PWM-uitvoer. Timer-kennis is een vereiste voor onderwerpen over realtime planning en motorregeling.

Les 4 • GPIO-configuratie en -besturing

Legt invoer-/uitvoermodi, pull-weerstanden en drive-sterkte-instellingen uit. GPIO is de eenvoudigste randapparatuur en vormt de basis voor alle volgende stuurprogrammaontwikkeling.

Les 1 • Interruptserviceroutines schrijven

Behandelt ISR-naamgevingsconventies, minimale uitvoeringstijd en vlagwistsequenties. Studenten schrijven GPIO- en timer-ISR's die integreren met de stuurprogramma's uit Hoofdstuk 3.

Les 2 • Interrupt-gestuurd UART-stuurprogramma

Refactort het polling-UART-stuurprogramma uit Hoofdstuk 3 naar een volledig interrupt-gestuurd ontwerp. Demonstreert meetbare verbetering van CPU-gebruik door middel van een praktische oefening.

Les 3 • DMA-ondersteunde gegevensoverdrachten

Introduceert DMA-controllers om bulkoverdrachten van de CPU over te nemen. Studenten configureren DMA voor UART en ADC, waardoor de interruptoverhead aanzienlijk wordt verminderd.

Les 4 • Gegevens delen tussen ISR's en taken

Behandelt vluchtige variabelen, atomische toegang en ringbuffers voor ISR-naar-hoofdcommunicatie. Voorkomt gegevenscorruptiebugs die veel voorkomen in interrupt-gestuurde ontwerpen.

Les 1 • Statische versus dynamische toewijzing

Vergelijkt statische toewijzing met malloc/free, waarbij fragmentatie en niet-determinisme risico's worden benadrukt. Leidt studenten naar toewijzingsstrategieën die geschikt zijn voor veiligheidskritische firmware.

Les 2 • Code- en gegevensvoetafdruk verkleinen

Past compiler flags, link-time optimalisatie en datacompressie toe om firmwaregrootte te verkleinen. Essentieel voor apparaten met beperkte flashcapaciteit.

Les 3 • Embedded geheugenarchitectuur

Wijst flash, SRAM, stack, heap en linkersecties toe aan fysieke geheugenregio's. Biedt het mentale model dat nodig is om linkerscripts en kaartbestanden te interpreteren.

Les 4 • Geheugenbeschermingseenheden

Configureert MPU-regio's om toegangsrechten af te dwingen en null-pointer-dereferenties tijdens runtime op te vangen. Voegt een hardware-veiligheidsnet toe aan firmware die zonder besturingssysteem draait.

Les 1 • RTOS-concepten en kerndiensten

Introduceert taken, scheduler-typen, contextwisseling en kernelobjecten. Stelt de RTOS-woordenschat en het mentale model vast voordat API's worden gebruikt.

Les 2 • Timers, idle hook en energiebeheer

Gebruikt softwaretimers en de idle hook om periodieke acties en energiezuinige slaapmodi te implementeren. Verbindt RTOS-planning met systeemenergieverbruikdoelen.

Les 3 • Inter-taakcommunicatie met wachtrijen

Implementeert berichtenwachtrijen voor het veilig doorgeven van gegevens tussen taken en ISR's. Vervangt de ringbufferpatronen uit Hoofdstuk 4 door RTOS-beheerde wachtrijen.

Les 4 • Deadline-analyse en planningscapaciteit

Past rate-monotone analyse en schatting van de slechtste uitvoeringstijd toe om te verifiëren dat alle taken hun deadlines halen. Biedt een formele methode voor het valideren van RTOS-ontwerpen.

Les 5 • Taak aanmaken en beheren

Behandelt het aanmaken van taken, prioriteitstoewijzing, stack dimensionering en verwijdering. Studenten zetten de bare-metal firmware uit eerdere hoofdstukken om naar een multitasking-applicatie.

Les 1 • Ethernet en TCP/IP op microcontrollers

Configureert een Ethernet MAC/PHY en integreert een lichtgewicht TCP/IP-stack. Studenten implementeren een eenvoudige HTTP-server om netwerkapparaten aan te tonen.

Les 2 • Modbus-protocolimplementatie

Legt Modbus-RTU-frame-opmaak, functiecodes en registertoewijzing via UART uit. Studenten bouwen een slave-apparaat dat reageert op master-lees- en schrijfverzoeken.

Les 3 • Overzicht van draadloze protocollen

Overziet Bluetooth Low Energy, Wi-Fi en sub-GHz-radio-opties voor embedded connectiviteit. Studenten evalueren protocolafwegingen voor vereisten op het gebied van vermogen, bereik en datasnelheid.

Les 4 • USB-apparaatbasisprincipes

Introduceert USB-enumeratie, descriptors en CDC-klasse voor virtuele seriële communicatie. Studenten configureren een USB-CDC-apparaat met behulp van een middleware-stack.

Les 1 • Integratie- en systeemtesten

Ontwerpt integratietests die randapparatuur-stuurprogramma's, protocol stacks en RTOS-taken samen verifiëren. Valideert het volledige firmwarebeeld tegen systeemvereisten.

Les 2 • Instrumentatie en tracing

Past printf-logging, SWO-trace en logic analyzers toe om runtime-gedrag niet-indringend te observeren. Vult breakpoint-debugging aan voor tijdgevoelige problemen.

Les 3 • Statische analyse en linting

Voert tools voor statische analyse uit om automatisch ongedefinieerd gedrag, onbereikbare code en MISRA-schendingen te detecteren. Integreert analyse in de build-pipeline voor continue feedback.

Les 4 • Hardware debugtechnieken

Gebruikt JTAG/SWD-debuggers, breakpoints, watchpoints en registerinspectie om firmwarefouten te diagnosticeren. Bouwt essentiële vaardigheden op voor alle volgende debugtaken.