1 Einleitung

13

1.1 Embedded Systems

13

1.2 Was bietet das Buch

14

1.3 Die Software zum Buch

15

1.4 Verwendete Entwicklungstools

18

2 Hardware

19

2.1 Single-Chip

19

2.1.1 Entwicklung

19

2.1.2 Anwendungen

21

2.2 Mikrocontroller

21

2.2.1 ARM-based

22

2.2.2 STM32-Familie

23

2.2.3 STM32F412RET6

24

2.3 Breakout-Board

25

2.3.1 Pinout

26

2.3.2 Debugging

28

2.3.3 Connectivity

29

2.3.4 Erweiterungen

30

2.4 Schaltungsentwurf

30

2.4.1 Versorgung

31

2.4.2 Reset-Schaltung

33

2.4.3 Takterzeugung

34

2.4.4 Digitale I/O-Pins

35

2.4.5 Externe Interrupts

37

2.4.6 Analoge Eingabe

37

2.4.7 Analoge Ausgabe

40

2.4.8 SPI als Systembus

43

2.4.9 EEPROM-Speicher

44

2.4.10 UART-Schnittstellen

46

2.4.11 RS485-Kommunikation

48

2.4.12 ISP-/Debug-Schnittstelle

51

2.5 Leiterplattenlayout

54

2.5.1 Technologische Grundlagen

55

2.5.2 Aufteilung einer Leiterplatte

57

2.5.3 Routing eines SMD-Designs

60

2.5.4 Spannungs- und Masseflächen

62

2.5.5 Elektromagnetische Verträglichkeit

63

2.5.6 Erstellung der Fertigungsdaten

66

3 Bootloader

69

3.1 System-Startup

70

3.1.1 Start des Bootloaders

71

3.1.2 Mögliche Erweiterungen

75

3.2 Betriebssystem-Updates

76

3.2.1 FLASH-Speicher

76

3.2.2 Intel-Hex-Format

79

3.2.3 Download-Schnittstelle

81

3.2.4 Download-Protokoll

83

3.2.5 Prüfsumme

85

4 Betriebssystem

93

4.1 Initialisierung

94

4.1.1 PLL-Clock

95

4.1.2 GPIO-Setup

97

4.1.3 AD-Wandler

99

4.1.4 DA-Wandler

101

4.1.5 SPI-Systembus

104

4.1.6 NVI-Controller

107

4.1.7 UART-Interfaces

110

4.2 Abstraktionen

114

4.2.1 Port-Zugriffe

114

4.2.2 Analogwertmessung

120

4.2.3 Filtering

125

4.2.4 Analogwertausgabe

127

4.2.5 Zugriff auf Systembus

130

4.2.6 Remanente Speicherung

132

4.2.7 Serielle Datenübertragung

137

4.3 Multithreading

143

4.3.1 Cooperative vs. Preemptive

143

4.3.2 Betriebssystem-Threads

145

4.3.3 Time Slice Scheduling

146

4.4 Grafik-Display

151

4.4.1 Bildspeicher

151

4.4.2 Display-Treiber

152

4.4.3 Grafikfunktionen

157

4.4.4 Text und Zeichensätze

159

4.5 Modbus-Protokoll

160

4.5.1 Befehlsstruktur

161

4.5.2 Zugriffsverfahren

162

4.5.3 Protokollrahmen

163

4.5.4 Frames senden

165

4.5.5 Protokoll-Handler

168

4.5.6 Modbus-Thread

171

5 Embedded BASIC

177

5.1 Ansatz

177

5.1.1 Skriptsprache

178

5.1.2 Möglichkeiten

180

5.2 Sprache

183

5.2.1 Programmiermodell

183

5.2.2 Programmstruktur

185

5.2.3 Kontrollstrukturen

187

5.2.4 Literale und Symbole

193

5.2.5 Variablen und Typen

196

5.2.6 Ausdrücke und Priorität

199

5.2.7 Funktionen und Lokalität

201

5.2.8 Klassen und Instanzen

203

5.2.9 Präemptive Tasks

207

5.3 Anwendungen

210

5.3.1 Entwicklungstool

211

5.3.2 Drehzahlregelung

212

5.3.3 Roboterplattformen

219

5.3.4 NUCLEOs als Hardware

225

6 Interpreter

227

6.1 Laufzeitsystem

228

6.1.1 Token-Interpreter

229

6.1.2 Syntax-Tree-Interpreter

229

6.1.3 Abstrakter Bytecode-Interpreter

229

6.1.4 Token-Code

230

6.1.5 Codeformat

234

6.1.6 Speicherlayout

236

6.1.7 Lokale Variablen

239

6.1.8 Parameterübergabe

243

6.1.9 Prototypen für Klassen

247

6.1.10 Instanziieren von Objekten

255

6.1.11 Auflösen von Variablenbezügen

260

6.1.12 Arithmetische Ausdrücke

265

6.1.13 Bitweise und logische Ausdrücke

271

6.1.14 Anweisungen und Sprünge

276

6.1.15 Ausführen von Schleifen

284

6.1.16 Interpreter-Schleife

289

6.2 Multitasking

292

6.2.1 Skript-Tasks

292

6.2.2 Präemptiver Scheduler

294

6.2.3 Task-Wechsel und Ausführung

298

6.3 Hardwarezugriff

302

6.3.1 Property-Variablen

303

6.3.2 Geräte und Verbindungen

307

6.3.3 Protokolle und Messages

310

6.4 Emulation am PC

313

6.4.1 Interpreter als C-DLL

316

6.4.2 Unit-Tests für den Interpreter

322

7 Übersetzer

327

7.1 Lexikalische Analyse

327

7.1.1 Endliche Automaten

328

7.1.2 Entwicklung des Scanners

330

7.1.3 Zeilen- und Blockkommentare

333

7.1.4 Semikolon und Line Continuation

334

7.1.5 Implementierung eines Präprozessors

336

7.2 Syntaktische Prüfung

341

7.2.1 Grammatiken

342

7.2.2 Backus-Nauer-Form

345

7.2.3 Top-down-LL(1)-Parser

347

7.2.4 Links-Faktorisierung bei LL(2)

351

7.2.5 Backtracking- und LL(k)-Parser

354

7.2.6 Einfache Abstraktion der Syntax

357

7.3 Semantische Analyse

359

7.3.1 Symbole und Scopes

360

7.3.2 Datentypen als Kontext

366

7.3.3 Multi-Pass-Übersetzung

370

7.4 Code-Generator

372

7.4.1 Direkte Codeausgabe

373

7.4.2 Verzögerte Codeausgabe

375

8 Zusammenfassung

377

8.1 Themengebiete

378

8.2 Ausblick

379

C Grundlagen von Embedded BASIC

389

C.1 Grammatik

389

C.1.1 // Script…

389

C.1.2 // Declarations…

389

C.1.3 // Expressions…

390

C.1.4 // Literals…

390

C.1.5 // Statements…

390

C.1.6 // Repetitions…

391

C.1.7 // Selections…

391

C.1.8 // Branches…

392

C.2 Token-Liste

392