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Eine grundsätzliche Einführung in die Mikrocontrollertechnik*

*: Literaturangaben und Bildquellen im Buch Embedded Electronics 3.

Wie ein Prozessor funktioniert - einfacher geht's nicht...

Wir konzentrieren uns zunächst auf die Mikrocontrollerfamilie Atmel AVR.

Atmel AVR als Lehrbeispiel - weshalb?

Die Anfangsgründe der maschinennahen Programmierung und der Rechnerarchitektur gehören zusammen. Beide Wissensgebiete sind keine exakten Wissenschaften. Zwar versucht man sich immer wieder an formalisierten Theorien, aber es ist nach wie vor üblich, in der Lehre mit dem grundsätzlichen Aufbau des Universalrechners und dessen Nutzung zu beginnen. Dabei bezieht man sich meistens auf konkrete Beispiele. Rechnerarchitekturen werden (auch in Hochschullehrbüchern) zumeist ähnlich beschrieben wie Tier- oderPflanzenarten in der Biologie. Wir verpassen also nicht viel, wenn wir uns tiefgründige Theorien schenken und sofort beginnen, uns in eine bestimmte Architektur einzuarbeiten. Es sollte eine richtige, in der Anwendungspraxis verbreitete Architektur sein; also keine, die eigens zu Lehrzwecken entwickelt wurde. Nur so kann man praxistypische  Beschränkungen und Spitzfindigkeiten (Gotchas) am konkreten Beispiel kennenlernen. Die Architektur soll aber auch überschaubar sein; es muß möglich sein, sich in kurzer Zeit einzuarbeiten und nach wenigen Stunden erste Erfolge zu erzielen.

Die AVR-Mikrocontroller der Fa. Atmel haben sich als sehr zweckmäßiger Kompromiß erwiesen. Wichtig ist, wieviel Zeit der Lernende braucht, um vom Zustand der vollkommenen Kenntnislosigkeit bis zum ersten Verständnis und zu ersten Erfolgserlebnissen zu kommen, also zu Programmen, die wirklich laufen. Es gibt einfachere Architekturen. Diese weisen aber stärkere Einschränkungen auf. Man muß zwar weniger Befehle lernen, es sind aber viel mehr Besonderheiten und Spitzfindigkeiten zu beachten. Nun ist auch AVR von Einschränkungen nicht frei. Einige sind sogar SEHR ärgerlich. Es ist aber nicht grundsätzlich schwierig, sich zu behelfen. Andere Mikrocontrollertypen haben ein beträchtlich höheres Leistungsvermögen und eine bei weitem umfangreichere Ausstattung. Sie sind aber auch viel komplizierter. Die Einarbeitung vom Stand Null an ist nicht in wenigen Stunden zu schaffen. Sie kostet mehrere Wochen am Stück (Richt- und Erfahrungswert: wenigstens vier). Um die E-A-Ports eines modernen Hochleistungsprozessors auch nur zu initalisieren, braucht man bereits mehrere Seiten Programmtext. Die E-A-Ports der AVR-Mikrocontroller sind hingegen vergleichsweise einfach. Ihre Wirkungsweise ist leicht zu verstehen, und es genügen einige Programmzeilen, um sie zu initialisieren. Vor allem aber haben sie nicht die häßlichen Nebeneffekte, die die E-A-Ports anderer herkömmlicher Mikrocontrollerfamilien aufweisen.

 

 

 

 

 

 

 

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 13. 8. 2103

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