So erlernen Sie die Programmierung eingebetteter Systeme in 6 Schritten • BUOM

9. Dezember 2021

Das Erlernen neuer Fähigkeiten als Programmierer und Computeringenieur ist eine Möglichkeit für Fachkräfte in den Bereichen Informationstechnologie und Ingenieurwesen, sich weiterzuentwickeln. Die Programmierung eingebetteter Systeme ist eine der Möglichkeiten, mit denen sich Fachleute engagieren, um gute Kandidaten auf dem Arbeitsmarkt zu sein. Wenn Sie wissen, was eingebettete Systeme sind und wie man sie erlernt, können Sie Ihre nächsten Fähigkeiten weiterentwickeln. In diesem Artikel besprechen wir, wie man eingebettete Systeme erlernt, einschließlich ihrer Funktionsweise, ihrer Komponenten, wichtiger Fähigkeiten zum Erlernen und sechs Schritten, die Sie befolgen können, um Ihre Fähigkeiten als Programmierer eingebetteter Systeme zu entwickeln.

Was ist ein eingebettetes System?

Ein eingebettetes System ist ein Computerhardwaregerät, das Software enthält. Sie können das eingebettete System verwenden, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen. Typischerweise werden diese Systeme zur Steuerung von Maschinen und Elektronik eingesetzt, beispielsweise Montagehebel in der Fabrikproduktion, Computersysteme in Autos, Flugzeugen und Zügen sowie Geldautomaten. Eingebettete Systeme verfügen über einen Mikrocontroller, bei dem es sich meist um einen einzelnen integrierten Schaltkreis handelt, mit dem Nutzer ihre Prozesse steuern können. Es gibt vier Arten eingebetteter Systeme, die im Folgenden detailliert beschrieben werden:

1. Autonome eingebettete Systeme

Am einfachsten sind eigenständige eingebettete Systeme. Sie können sie so gestalten, dass sie ohne Eingaben von anderen Systemen funktionieren, sondern direkte Eingaben des Benutzers in analoger oder digitaler Form nutzen. Beispiele für autonome Systeme sind Türklingeln, Tachometer und Computer-LCD-Displays.

2. Eingebettete Echtzeitsysteme

Eingebettete Echtzeitsysteme führen eine bestimmte Aufgabe innerhalb eines bestimmten Zeitraums aus. Es gibt zwei Arten eingebetteter Echtzeitsysteme:

1. Eingebettete weiche Echtzeitsysteme: In diesen kann die Zeiteingabe für ein Gerät präzise oder innerhalb eines allgemeinen Bereichs erfolgen. Beispielsweise können Sie eine bestimmte Zeit zum Garen oder Aufwärmen von Speisen in der Mikrowelle eingeben, aber normalerweise runden Sie auf die nächsten 30 Sekunden auf, um sicherzustellen, dass Sie die Speisen vollständig gekocht oder aufgewärmt haben.

2. Eingebettete harte Echtzeitsysteme: Bei diesen ist die Zeiteingabe eine Frist, die das System priorisiert, um sicherzustellen, dass seine Aufgabe korrekt erledigt wird. Einige Autos verfügen beispielsweise über ein System, das Sie in Echtzeit und zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt warnt, wenn ein Fahrzeug seine Spur auf der Straße verlässt, um Sie und andere Fahrer auf dem Laufenden zu halten und zu schützen.

3. Vernetzte eingebettete Systeme

Vernetzte eingebettete Systeme sind Teil einer größeren Reihe von Systemen oder Vorgängen und können recht komplex sein. Viele Menschen nutzen diese Systeme in ihrem täglichen Leben und viele vernetzte eingebettete Systeme führen Hunderte oder Tausende derselben Funktionen gleichzeitig aus. Beispielsweise ist die Registrierkasse in einem Lebensmittelgeschäft mit mehreren anderen Systemen verbunden, darunter Systemen zur Zählung von Ladenverkäufen, Systemen zur Zählung von Bargeld bei Ladenschließungen und mehreren Banknetzwerken, um pünktliche Zahlungen sicherzustellen.

4. Mobile eingebettete Systeme

Mobile eingebettete Systeme verfügen über einen großen Funktionsumfang und sind zudem leicht zu transportieren. Ein Beispiel für ein mobiles eingebettetes System ist ein Smartphone. Viele Smartphones können neben vielen anderen Funktionen ein Mobiltelefon, eine drahtlose Digitalkamera, ein Notizgerät und ein persönlicher Assistent sein und bleiben dabei klein genug, um in einer Kleidertasche, Handtasche oder einem Rucksack getragen zu werden.

Aus welchen Komponenten bestehen eingebettete Systeme?

Das eingebettete System besteht aus vier Hauptkomponenten, die im Folgenden detailliert beschrieben werden:

1. Computerprozessor

Ein Computerprozessor ist der zentrale Teil einer elektronischen Schaltung, der die Anweisungen ausführt, die ein Computerprogramm bilden. Computerprozessoren können eine Reihe einfacher Funktionen ausführen, darunter arithmetische, logische Operationen, Eingabe- und Ausgabeoperationen sowie Steuerungen, die ihnen von einem bestimmten Computerprogramm bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Computer mithilfe einer vorprogrammierten Taschenrechnerfunktion mithilfe von Benutzereingaben einfache Berechnungen durchführen und auf der Grundlage dieser Eingabe einen Wert ausgeben.

2. Computerspeicher

Der Computerspeicher ist ein bestimmtes Gerät oder Programm, das Informationen zur sofortigen Verwendung durch ein Computerprogramm oder -system speichert. Für eingebettete Systeme sind zwei Arten von Speicher wichtig. Direktzugriffsspeicher oder Direktzugriffsspeicher ist temporärer Speicherplatz, den ein Computer in Echtzeit oder in den nächsten Augenblicken nach der Dateneingabe durch einen Benutzer oder ein Programm nutzt. Computerhersteller erstellen während der Computerherstellung ROMs oder Nur-Lese-Speicher, was bedeutet, dass sie nach der Herstellung des Computers durch den Hersteller nicht verändert werden. Beide Arten von Speicher sind für den Grundbetrieb von Computern von wesentlicher Bedeutung, da sie es ihnen ermöglichen, Funktionen auszuführen.

3. Eingabeperipheriegeräte

Eingabeperipheriegeräte sind Geräte, die Daten an den Computer senden. Beispiele für solche Geräte sind Tastaturen, Sensoren, Mikrofone und Computermäuse. Diese Geräte funktionieren, indem sie Eingaben vom Benutzer empfangen, beispielsweise das Drücken einer Taste auf einer Tastatur, und diese Informationen an den Computer senden. Der Computer stellt dann eine Ausgabe bereit, die er zur Verwendung mit Ausgabeperipheriegeräten anzeigen kann.

4. Peripheriegeräte ausgeben

Ausgabeperipheriegeräte sind Geräte, die Daten vom Computer empfangen. Beispiele für diese Geräte sind Monitore, Lautsprecher und Drucker. Diese Geräte funktionieren, indem sie Eingaben von einem Computerprogramm empfangen, beispielsweise eine bestimmte Aktion oder ein visuelles Element, und diese Informationen dem Benutzer in Form einer visuellen oder akustischen Anzeige anzeigen.

Welche Fähigkeiten sind für das Erlernen eingebetteter Systeme wichtig?

Programmierer erlernen ein breites Spektrum an Fähigkeiten, um bei potenziellen Karrieren gefragt zu bleiben und ihr Einkommen zu steigern. Zu den spezifischen Fähigkeiten, die Ihnen beim Erlernen eingebetteter Systeme helfen können, gehören:

• Kenntnisse in Programmiersprachen. Das Erlernen verschiedener Programmiersprachen kann Ihnen helfen, einfache Programme für Maschinen zu entwickeln und zu verstehen, wie Sie Code in Aktionen für eine physische Maschine übersetzen können. SQL, C++, Java und Python sind alles Programme, die zum Erlernen eingebetteter Systeme nützlich sein können.

• Mathematische Fähigkeiten. Viele Programmierer benötigen grundlegende mathematische Kenntnisse, um robuste Programme zu erstellen, die mehrere Funktionen ausführen können. Beim Studium eingebetteter Systeme kann das Erlernen der mathematischen Fähigkeiten im Zusammenhang mit Programmierung und Maschinenbau Ihnen helfen, die Fähigkeiten und Grenzen von Maschinen zu verstehen.

• Elektrotechnik: Ein Hintergrund in der Elektrotechnik kann Ihnen helfen, die physikalischen Komponenten zu verstehen, die für eingebettete Systeme erforderlich sind. Wenn Sie beispielsweise wissen, wie man die kleinste Komponente einer Maschine programmiert, können Sie effiziente Programme und Maschinen für die Ausführung bestimmter Aufgaben entwerfen.

• Resilienz: Resilienz kann Ihnen dabei helfen, alle Herausforderungen zu meistern, denen Sie in Ihrem Lernprozess begegnen, und sogar die Anzahl der kreativen Lösungen, die Sie entwickeln, zu erhöhen. Diese Fähigkeit kann Ihnen auch dabei helfen, Burnout zu vermeiden und Ihre Leidenschaft für Programmierung und eingebettete Systeme zu steigern.

So lernen Sie die Programmierung eingebetteter Systeme

Im Folgenden finden Sie sechs Schritte, mit denen Sie die Programmierung eingebetteter Systeme erlernen können:

1. Wählen Sie eine Programmiersprache

Der erste Schritt zum Erlernen der Programmierung eingebetteter Systeme besteht darin, eine Programmiersprache für Ihre ersten Projekte auszuwählen. Sie können eingebettete Systeme sowohl mit High-Level- als auch mit Low-Level-Programmiersprachen erstellen, und eine Kombination aus beiden kann Ihnen bei der Erstellung eines robusten eingebetteten Systemprogramms helfen. Die gebräuchlichste Programmiersprache für eingebettete Systeme ist C oder C++, da sie leicht zu erlernen ist, Anfänger sie leicht lesen können, die meisten Produkte C-Sprachen zum Programmieren verwenden und die Sprache in ihren Grundfunktionen Eingabe- und Ausgabeunterstützung bietet.

2. Erfahren Sie mehr über Mikroprozessoren

Das Studium von Mikroprozessoren kann Ihnen beim Entwurf eingebetteter Systemhardwarekomponenten helfen. Mikroprozessoren sind Steuerungen innerhalb von Hardware, wie z. B. elektronischen Schaltkreisen und anderen Geräten, die es Ihnen ermöglichen, grundlegende Funktionen in einer Maschine zu programmieren. Diese Geräte enthalten wichtige Aspekte eingebetteter Systeme, einschließlich RAM, ROM und Peripheriekomponenten wie Zähler, Timer und Rechenmaschinen. Wenn Sie bereit sind, sich für einen Mikroprozessor zu entscheiden, überlegen Sie, welche Hardware und Software Sie daran anschließen und wählen Sie einen, der alle benötigten Komponenten verarbeiten kann.

3. Kaufen Sie Ausrüstung und Werkzeuge

Während Sie die Programmierung eingebetteter Systeme erlernen, benötigen Sie neben einem Mikroprozessor noch viele andere Werkzeuge. Das beinhaltet:

• Jumper zum sofortigen Aufladen Ihrer Schaltkreise

• Leiterplatten zur Unterbringung Ihrer Prozessoren

• Batterien zur Gleichstromversorgung Ihrer Geräte

• Widerstände zur Steuerung des Stromflusses

• LEDs zum Testen des Stromflusses durch ein System und zum Erstellen von Anzeigen

• Lötkolben zum Verbinden von Drähten, Schaltkreisen und anderen Geräten

• Geräte zur Stromprüfung an mehreren Stellen in einem eingebetteten System

4. Wählen Sie Komponenten aus

Wenn Sie bereit sind, die Komponenten Ihres Systems auszuwählen, stehen Ihnen viele Optionen zur Auswahl. Jeder Option liegt ein Datenblatt bei, das Sie lesen können und anhand dessen Sie feststellen können, ob die Komponente die von Ihnen benötigte Funktion erfüllt. Während Datenblätter hilfreich sind, um festzustellen, ob eine Komponente eine bestimmte gewünschte Aufgabe ausführen kann, ist es wichtig zu verstehen, dass Sie einige Komponenten selbst testen können. Dies kann Ihnen dabei helfen, mehr über bestimmte Komponenten zu erfahren und Ihr eigenes Wissen über eingebettete Systeme, Komponenten und deren Interaktionen zu erweitern.

5. Üben Sie mit kleinen Projekten

Das Üben mit kleinen Projekten kann Ihnen dabei helfen, fundierte grundlegende Programmierkenntnisse für eingebettete Systeme zu entwickeln. Kleine Projekte leisten im Lernprozess drei Hauptaufgaben. Erstens helfen sie Ihnen, sich auf die Entwicklung spezifischer Fähigkeiten zu konzentrieren. Zweitens sorgen sie für eine stressarme Umgebung. Schließlich bieten sie eine relativ kostengünstige Möglichkeit, zu lernen und gleichzeitig Probleme anzugehen, auf die Sie möglicherweise stoßen.

6. Verwenden Sie Modellierungswerkzeuge

Eine der Best Practices, die Sie beim Entwurf eingebetteter Systeme anwenden können, besteht darin, ein Simulationstool oder -programm zu finden und zu verwenden. Diese Programme können Ihnen dabei helfen, Designs zu testen, wenn dies sonst unmöglich wäre. Sie bieten außerdem eine weitere kostengünstige Möglichkeit, Projekte zu erstellen, zu ändern und zu testen, ohne die Kosten für die möglicherweise auftretenden Probleme.

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