Kursüberblick & Quellenverzeichnis
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1. Organisation des Kurses [Q: ORG]
| Punkt | Angabe |
|---|---|
| Modul | Eingebettete Systeme / Mikroprozessorsysteme |
| Umfang | 3 SWS Vorlesung + 1 SWS Praktikum + begleitende Tutorien |
| Voraussetzung | PG1 bestanden, PG2 angetreten (SPO 2014) bzw. PG1 + RA bestanden (SPO 2021) |
| Leistungsnachweis | Praktikums-Testat (Prüfungsvorleistung, PVL) + schriftliche Klausur |
| Literatur | Originalskript Mikroprozessorsysteme (Th. Horsch / G. Raffius); S. Furber, ARM Rechnerarchitekturen; Beierlein/Hagenbruch, Taschenbuch Mikroprozessortechnik |
Praktikum: „Eingebetteter Distanz-Assistent (EDA)"
Arduino Due (SAM3X8E) + Onboard-LED + LED-Matrixdisplay + Ultraschallsensor + Gleichstrommotor. Ziel: „Vor die Wand fahren" - ein motorisiertes Fahrzeug auf einen vorgegebenen Abstand zur Wand fahren und regeln (PD/PID-Regler), Abstand auf LED-Matrix anzeigen. Ablauf: Entwicklungsumgebung → LED blinken (PM+PIO) → I²C für LED-Matrix → Timer für Ultraschall → Motoransteuerung + Messwertbildung s(t)/v(t) → Abnahme.
2. Klausurformat [Q: ORG, KL20]
- Dauer: 90 Minuten
- Hilfsmittel: 1 doppelseitig handbeschriebenes DIN-A4-Blatt (keine Kopie, kein Druck)
- Kein Taschenrechner! → Alle Rechnungen müssen „per Hand" aufgehen (Zweierpotenzen, glatte Zahlen).
- Prüfungsumfang: alle Vorlesungsinhalte
Aufbau der Musterklausur SS 2020 (Referenz für die Probeklausuren)
| Nr. | Thema | Punkte | Aufgabentyp |
|---|---|---|---|
| 1 | Mikroprozessorsysteme (Grundlagen) | 18 | Multiple-Choice (richtig ankreuzen) |
| 2 | Timer-Bausteine | 24 | Rechnen: Frequenz, Tastverhältnis, Prescaler, RA/RB/RC, ACPA/ACPC |
| 3 | Parallele I/O mit 7-Segment | 16 | Code lesen → angezeigte Zahl bestimmen |
| 4 | Signalverarbeitung | 17 | Fourier-Komponenten, Abtastung/Aliasing, Datenmenge |
| 5 | Cyclic Redundancy Check (CRC) | 12 | Polynom binär, Prüfsumme, HW, Gültigkeit, Iterationen |
| 6 | Serielle Schnittstelle + Leitungscodes | 15 | Wahr/Falsch USART, Manchester dekodieren |
| 7 | Hardware-Interrupts | 12 | Ablauf-Schritte zuordnen |
| Summe | ~114 |
Beobachtung: Der rechenintensive Kern der Klausur ist immer Timer + Signalverarbeitung + CRC. Diese drei Themen zusammen machen ~50 % der Punkte aus und lassen sich sicher üben. Die Grundlagen-/Interrupt-/USART-Teile sind meist Multiple-Choice bzw. Wahr/Falsch.
Altklausur-Muster (2009–2017) [Q: ALT]
Wiederkehrende Aufgabentypen über die Jahre:
- Timer Wave-Mode: Initialisierungscode (
TC_CMR,TC_RA,TC_RC) gegeben → Signal skizzieren + Frequenz; oder Init für symmetrisches Rechteck / 1 kHz umschreiben. - CRC: Generatorpolynom + Nachricht gegeben → Prüfbits per Polynomdivision (mod 2).
- Signalverarbeitung: Frequenzspektrum → Zeitfunktion f(t); Signal abtasten und als Treppenfunktion skizzieren.
- Codierung: Bitfolge in NRZ und Manchester einzeichnen; selbsttaktend?
- Serielle Schnittstelle: Leitungen, sync/async, „9600 8N1" erklären.
3. Kursgliederung (Vorlesung) [Q: ORG, EI]
- Einleitung
- Power Management
- Parallele I/O
- Serielle Schnittstelle → 4.1 I²C, 4.2 USART
- Timer
- Interrupt Handling
- Signalverarbeitung
- Regelungen → Software Interrupt
- Leitungscodes
- Weiterführende Themen
In dieser KB sind Software Interrupt als Kapitel 9 und Leitungscodes+CRC als Kapitel 10 geführt (entspricht der Zusammenfassung ZF und dem tatsächlichen Klausurstoff).
4. Verwendete Laborhardware im Vergleich [Q: EI S. 17-18, ZF §5]
| Merkmal | AT91M63200 (AT91EB63) | SAM3X8E (Arduino Due) | RP2040 (Pi Pico) |
|---|---|---|---|
| Architektur / Familie | ARMv4 / ARM7TDMI | ARMv7 / Cortex-M3 | ARMv6-M / Cortex-M0+ (2×) |
| Spannung | 5 V | 3,3 V | 3,3 V |
| Takt (max.) | 25 MHz | 84 MHz | 133 MHz |
| Befehlssatz | 32-Bit ARM + 16-Bit Thumb-1 | Thumb-2 (16/32-Bit) | Thumb-1 + -2 |
| PIO-Ports | 2 × 32-Bit | 4 (A–D) | GPIO m. SIO |
| Timer/Counter | 6 × 16-Bit (2 Blöcke × 3) | 9 × 32-Bit | 8 PWM-Slices + 64-Bit-Timer |
| Seriell | 3 × USART, SPI | 3 USART + 1 UART, 2 TWI (I²C), SPI | 2 UART, 2 I²C, 2 SPI |
| Interrupt-Controller | AIC (8 Prioritäten, FIQ) | NVIC (16 Prio., nested) | NVIC |
| I²C | Nein keine | Ja 2× TWI | Ja 2× I²C |
| Power Management | PMU (ein/aus) | PMU + PID + Taktwahl | - |
| Foliensatz-Kürzel | „A" | „B" | „C" |
Merkhilfe: AT91 = alt & einfach (ARM7, 16-Bit, AIC), SAM3X = Praktikums-Board (Cortex-M3, 32-Bit, NVIC), RP2040 = modern (Dual-Core).
5. Bekannte Lücken & Annahmen
Damit die Qualität überprüfbar bleibt, hier transparent, was nicht als Original-Folien vorlag und woraus es rekonstruiert wurde:
| Thema | Status | Quelle der Rekonstruktion |
|---|---|---|
| 4.2 USART (Register US_CR/US_MR/US_CSR/US_BRGR, Baudrate, PDC/DMA) | Keine eigenen Folien | ZF §5/§5a + KL20 Aufg. 6 |
| 8 Regelungen (PID, Hysterese, Windup) | Keine eigenen Folien | ZF §9 |
| 10 Leitungscodes (NRZ/NRZI/RZ/Manchester) & Fehlererkennung/CRC | Keine eigenen Folien | ZF §11/§11a + KL20 Aufg. 5/6 + ALT |
| 11 Weiterführende Themen (Thumb, Remapping, Assembler) | Keine eigenen Folien | ZF §12 |
| Detail-Bitlayouts einiger Register (z. B. exakte ACPA/ACPC-Codierung) | Teils nur als Grafik in Folien | aus Klausurkontext + Atmel-Datenblattlogik abgeleitet; als Annahme gekennzeichnet |
Grundannahme zur Notation: Umlaute in den PDF-Textextrakten waren teils zerstört; alle Fachbegriffe wurden auf die korrekte deutsche Schreibweise normalisiert. Zahlenbeispiele wurden nachgerechnet und stimmen mit den Klausurlösungen überein.