L71	Real time programming

La programmation embarquée et temps réel en C, C++ et Java^(TM).

Objectifs Découvrir les concepts de base du multi-tâches et du temps réel Apprendre à lire des diagrammes de conception temps-réel UML-RT Comprendre le fonctionnement d'une chaîne de compilation Analyser les options d'optimisation de code du compilateur Développer des applications pour accéder aux ports d'E/S et gérer les interruptions Interfacer C et assembleur pour mettre en œuvre des instructions spécifiques du processeur cible Maîtriser les difficultés de la programmation concurrente Connaitre les standards applicables Découvrir les contraintes temps réel (déterminisme, interruptions, préemption...) Comprendre les implications des architectures des processeurs en contexte temps-réel (cache, pipeline,...) Mettre au point des applications multi-tâches Utiliser le langages C pour implémenter un noyau temps-réel minimal A la demande des développeurs auxquels elle est particulièrement destinée cette formation met principalement l'accent sur de nombreux exercices pratiques allant jusqu'à la réalisation effective d'un système temps-réel embarqué. Les personnes désireuses d'un cours couvrant de façon plus large les problèmes d'utilisation d'UML/RT dans le contexte projet peuvent regarder également notre cours référence L70 - Les projets temps réel

Matériel Un PC et une carte ColdFire par binôme Chaîne de compilation croisée et sonde d'émulation BDM Machine virtuelle Java Manipulations et exercices en environnements natif et croisé Un support de cours ainsi que la disquette contenant les exemples

Pré-requis Connaissance de la programmation en C, C++ ou Java (niveau cours L2, L3 ou L4) Connaissance d'un microprocesseur souhaitée Connaissance de la programmation embarquée utile

Outline

Introduction au temps réel concepts temps réel de base contraintes particulières du temps réel programmation structurée et objet apports des techniques objets L'approche temps réel avec UML genèse d'UML modèles UML standards cycle de développement Objet contraintes liées à l'interprétation des diagrammes comment lire les diagrammes UML Analyse des éléments constitutifs d'une chaîne de compilation Explication des étapes du processus de génération de code en natif et en croisé Rôle du compilateur, de l'assembleur et du linker Paramétrage en fonction d'un mapping mémoire Structure d'un programme source C, distinction des parties essentielles : préprocesseur, déclaration des variables globales, fonctions Découpage d'une application en fichiers distincts Le préprocesseur Les instructions define et include Ecriture de macros Précautions à prendre dans les headers pour éviter les redéclarations de variables Notion de projet, réalisation de librairies Exercice : mise en œuvre de la chaîne de compilation et fabrication d'une librairie Particularités de la programmation dans le contexte embarqué Analyse d'une instruction de transfert assembleur pour comprendre l'accès à la mémoire Mise en évidence de la distinction adresse / contenu Calculs d'adresses, opérations mêlant pointeurs et adresses absolues Les tableaux de pointeurs Exercice : allocation d'un pointeur sur un port d'I/O Accès aux champs d'une structure Déclaration de variables et de pointeurs sur type structuré Explication du padding imposé par les règles d'alignement : options pack du compilateur Les formats big et little endian Les structures à champ de bits : modélisation des périphériques Les unions : une même zone mémoire peut être envisagée de différentes manières Exercice : modélisation de l'UART du ColdFire au moyen d'une union et d'une structure à champs de bits et communication avec un terminal Utilité des tableaux de pointeurs sur des fonctions Exercice : lancement d'une fonction à partir d'un tableau de pointeurs Distinction entre adressage absolu et adressage relatif pour la relogeabilité du code et des données Réentrance des handlers d'exception Cstart : initialisation du pointeur de pile et mise à 0 des variables non initialisées Inconvénients des fonctions Setjmp et Longjmp Gestion de la mémoire Algorithmes Gestion des fuites mémoire Mise en EPROM d'une application Exercice : mise en évidence et détection de fuites mémoire Principe de fonctionnement d'un système Temps réel et embarqué Notion de tâche Cadencement des tâches selon leur priorité, préemption Sauvegarde de contexte Nécessité d'un tick temps réel pour déclencher les commutations de tâches

Les traitements concurrents Recensement des champs d'un descripteur de tâche Réalisation d'une structure chaînée des tâches en attente d'exécution Insertion d'un nouveau descripteur lors du chargement d'une nouvelle tâche Exemple de règles d'ordonnancement: priorité évoluant en fonction du temps Réorganisation de la file lors de l'invocation de l'ordonnanceur: préemption Les interruptions Nécessité des interruptions dans un système embarqué Distinction entre déclenchement sur front et sur niveau Acquittement logiciel Ecriture d'un gestionnaire d'interruption : distinction des 3 étapes prologue / corps / épilogue Table de vecteurs Ecriture des fonctions d'installation et de lecture de vecteur Exercice : lancement d'une action suite à une interruption Mise au point Communication avec la cible Les différents niveaux de mise au point : C, assembleur Les fenêtres du debugger : source, mémoire, pile et variables Positionnement de points d'arrêt Analyse de la pile et extraction des stacks frames correspondant aux fonctions imbriquées Les procédés de mise au point sur les processeurs récents munis de cache : synchronisation avec un analyseur logique La programmation dans le contexte multi-tâches Structures de données: Listes simplement chaînées Listes doublement chaînées Listes circulaires Files d'attentes Piles Exercice : réalisation de listes chaînées utilisables en contexte multi-tâches Noyau temps-réel minimal descripteurs de tâches scheduling Exercice : réalisation d'un scheduler simple, "fair scheduling" Synchronisation entre tâches Modes de synchronisation Primitives de synchronisation Exercice : gestion d'un sémaphore, "fixed scheduling" Gestion des accès concurrents Variable simple Structure de données Entre tâches Entre tâches et routines d'interruption Exercice : synchronisation et communication entre tâches Gestion de la mémoire Algorithmes Gestion des fuites mémoire Exercice : mise en évidence et détection de fuites mémoire

 

Duration	Cost	Calendar
4 days	1850 €

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