Proseminar Rechnerarchitektur

Di, 16:00 , Raum 05 (F) 300

Titel:

Die Architektur eingebetteter Steuerungen am Beispiel der Mikrocontrollerfamilie MCS-51

Marktanalyse:

 Enorm wachsender Bedarf nach Mikroprozessoren zum Einsatz in Steuerungsaufgaben aller Art

Konsequenz:

Die mit weitem Abstand größte Verbreitung haben Rechner heute nicht in Form von PC`s, Arbeits-, Groß- oder Prozessrechnern gefunden, sondern als eingebettete Steuerungen in unzähligen Geräten des täglichen Gebrauchs

Beispiele:

Gerade in Deutschland findet der allergrößte Teil der industriellen HW- und SW-Entwicklung in diesem Bereich eingebetteter Systeme statt, da diese oft für einzelne Gerätebaureihen (Maschinen, Gebrauchsgüter, Autos, Roboter) optimiert werden müssen und die Entwicklung deshalb anderen Anforderungen unterliegt als z.B.bei Massenprodukten des PC-Marktes.

Was sind Mikrocontroller:

Rechner auf einem Chip. Dabei sind (im Gegensatz zum Mikroprozessor) neben dem Prozessor alle die insbesondere für Steuerungsaufgaben interessanten Komponenten wie Arbeits- und Programmspeicher (RAM, ROM), Takterzeugung, Timer und E/A-Leitungen (Serielle Schnittstelle, Interrupts) auf einem Chip integriert.

Worum geht es in diesem Proseminar:

Exemplarisch wird in diesem Proseminar eine typische Familie von Microcontrollern betrachtet, die MCS-51- Familie mit ihrem häufigsten Vertreter, dem Intel 8031. Dabei werden die verschiedenen Aspekte behandelt, die als Grundlage für eine eigene Systementwicklung unerläßlich sind, angefangen von der Hardwarearchitektur über die typischen I/O Elementen, die Programmierung bis hin zur einfachen Kommunikation, Betriebssystemaspekte und den Umgang mit einem industriellen Entwicklungssystem.

In der Lehre der AG Echtzeitsysteme und Kommunikation kann das in diesem Proseminar erworbene Wissen vertieft werden, wenn es in zukünftigen Veranstaltungen darum geht, einfache Robotersysteme mit einer eingebetteten Steuerung auf Microcontroller-Basis autonom (also ohne eine PC-Verbindung) agieren zu lassen. Darüberhinaus ist ein Verständnis der Technologie Voraussetzung für die Implementierung komplexerer autonomer Systeme, wie sie im Rahmen der konkreten Forschungsarbeiten der AG anfallen wird. Die geplante mobilen Roboter der AG werden selbst, jeder für sich, bereits ein verteiltes System darstellen. Bestandteil dieses Systems sind u.a. intelligenten Sensoren und Aktuatoren, die typischerweise auf Microcontroller-Basis implementiert sind. Um diese Knoten hardware- und software-mäßig über einen Feldbus in korrekt die Echtzeitsteuerung des Gesamtsystems einbinden zu können, ist es wichtig auch deren internen Aufbau zu kennen, wenngleich auch hier das Abstraktionsprizip greift und i.d.R. die Sensoren und Aktuatoren als vorgefertigte Komponenten hinzugefügt werden sollen.

Vortragsthemen

  1. Architektur der MCS-51 Familie (Ausarbeitung, Folien)
  2. MCS-51 Maschinensprache (Ausarbeitung, Folien)
  3. Timer und Interrupts (Ausarbeitung, Folien)
  4. Typische Anwendungsbeispiele (Hardware) (Ausarbeitung, Folien)
  5. Kommunikation über die serielle Schnittstelle (Ausarbeitung, Folien)
  6. MCS-51 Familienderivate, speziell 80535 (Ausarbeitung, Folien)
  7. Der I2C-Bus (Ausarbeitung, Folien)
  8. Der CAN-Bus (ausgefallen)
  9. Globale Zeit über den CAN-Bus (Ausarbeitung, Folien)
  10. C-Entwicklungsumgebung - Vom Entwurf zum lauffähigen System  (Folien)

Referenzen:

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