diff --git a/20210114/hp-20210114.pdf b/20210114/hp-20210114.pdf
index 1f457a7b9e76aaa6ff5fb042f3ee01b8dabcd37a..824d098f2359839823b13ad1bd3ce351c47c9c64 100644
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index 81466728852b1e65e1d23af0a5bb577e4627a432..541b512919bbf446bfd43f4c1a1aeed8fccfa8d8 100644
--- a/20210114/hp-20210114.tex
+++ b/20210114/hp-20210114.tex
@@ -20,7 +20,7 @@
% Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License along with this
% document. If not, see <http://creativecommons.org/licenses/>.
-% README: Hardwarenahe Programmierung
+% README: Hardwarenahe Programmierung: Bit-Operationen, I/O-Ports
\documentclass[10pt,t]{beamer}
@@ -68,6 +68,7 @@
\color{red}
\item[4.1] Bit-Operationen
\item[4.2] I/O-Ports
+ \color{black}
\item[4.3] Interrupts
\item[4.4] volatile-Variable
\item[4.6] Byte-Reihenfolge -- Endianness
@@ -475,6 +476,7 @@
\color{red}
\item[4.1] Bit-Operationen
\item[4.2] I/O-Ports
+ \color{black}
\item[4.3] Interrupts
\item[4.4] volatile-Variable
\item[4.6] Byte-Reihenfolge -- Endianness
@@ -757,467 +759,4 @@
\end{frame}
-\subsection{volatile-Variable}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- Externes Gerät ruft (per Stromsignal) Unterprogramm auf
-
- Zeiger hinterlegen: "`Interrupt-Vektor"'
-
- Beispiel: Taster
-
- \vspace*{-2.5pt}
-
- \begin{minipage}[t]{5cm}
- \begin{onlyenv}<1>
- \begin{lstlisting}[gobble=8]
- ¡#include <avr/interrupt.h>
- ...
-
- uint8_t key_pressed = 0;
-
- ISR (INT0_vect)
- {
- key_pressed = 1;
- }¿
- \end{lstlisting}
- \end{onlyenv}
- \begin{onlyenv}<2>
- \begin{lstlisting}[gobble=8]
- ¡#include <avr/interrupt.h>
- ...
-
- volatile uint8_t key_pressed = 0;
-
- ISR (INT0_vect)
- {
- key_pressed = 1;
- }¿
- \end{lstlisting}
- \end{onlyenv}
- \end{minipage}\hfill
- \begin{minipage}[t]{6cm}
- \begin{lstlisting}[gobble=6]
- ¡int main (void)
- {
- ...
-
- while (1)
- {
- while (!key_pressed)
- ; /* just wait */
- PORTD ^= 0x40;
- key_pressed = 0;
- }
- return 0;
- }¿
- \end{lstlisting}
- \end{minipage}
-
- \pause
- \begin{picture}(0,0)
- \color{red}
- \put(10.3,4.0){\makebox(0,0)[b]{\begin{minipage}{6cm}
- \begin{center}
- \textbf{volatile}:\\
- Speicherzugriff\\
- nicht wegoptimieren
- \end{center}
- \end{minipage}}}
- \put(10.3,3.95){\makebox(0,0)[tr]{\tikz{\draw[-latex](0,0)--(-0.5,-0.9);}}}
- \end{picture}
-
-\end{frame}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- Was ist eigentlich \lstinline{PORTD}?
-
- \bigskip
- \pause
-
- \lstinline[style=cmd]{avr-gcc -Wall -Os -mmcu=atmega328p blink-3.c -E}
-
- \bigskip
- \pause
- \lstinline{PORTD = 0x01;}\\
- \textarrow\quad
- \lstinline[style=terminal]{(*(volatile uint8_t *)((0x0B) + 0x20)) = 0x01;}\\
- \pause
- \begin{picture}(0,2)(0,-1.7)
- \color{red}
- \put(5.75,0.3){$\underbrace{\rule{2.95cm}{0pt}}_{\mbox{Zahl: \lstinline|0x2B|}}$}
- \pause
- \put(1.55,0.3){$\underbrace{\rule{4.0cm}{0pt}}_{\mbox{\shortstack[t]{Umwandlung in Zeiger\\
- auf \lstinline|volatile uint8_t|}}}$}
- \pause
- \put(1.32,-1){\makebox(0,0)[b]{\tikz{\draw[-latex](0,0)--(0,1.3)}}}
- \put(1.12,-1.1){\makebox(0,0)[tl]{Dereferenzierung des Zeigers}}
- \end{picture}
-
- \pause
- \textarrow\quad
- \lstinline|volatile uint8_t|-Variable an Speicheradresse \lstinline|0x2B|
-
- \pause
- \bigskip
- \bigskip
-
- \textarrow\quad
- \lstinline|PORTA = PORTB = PORTC = PORTD = 0| ist eine schlechte Idee.
-
-\end{frame}
-
-\subsection{Byte-Reihenfolge -- Endianness}
-\subsubsection{Konzept}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
- \showsubsubsection
-
- Eine Zahl geht über mehrere Speicherzellen.\\
- Beispiel: 16-Bit-Zahl in 2 8-Bit-Speicherzellen
-
- \smallskip
-
- Welche Bits liegen wo?
-
- \pause
- \bigskip
-
- $1027 = 1024 + 2 + 1 = 0000\,0100\,0000\,0011_2 = 0403_{16}$
-
- \pause
- \bigskip
- Speicherzellen:
-
- \medskip
- \begin{tabular}{|c|c|l}\cline{1-2}
- \raisebox{-0.25ex}{04} & \raisebox{-0.25ex}{03} & \strut Big-Endian "`großes Ende zuerst"' \\\cline{1-2}
- \multicolumn{2}{c}{} & \pause für Menschen leichter lesbar \pause \\
- \multicolumn{3}{c}{} \\[-5pt]\cline{1-2}
- \raisebox{-0.25ex}{03} & \raisebox{-0.25ex}{04} & \strut Little-Endian "`kleines Ende zuerst"' \\\cline{1-2}
- \multicolumn{2}{c}{} & \pause bei Additionen effizienter
- \end{tabular}
-
- \pause
- \medskip
- \textarrow\ Geschmackssache
- \pause\\
- \quad\textbf{\dots\ außer bei Datenaustausch!}
-
-% \pause
-% \bigskip
-%
-% Aber: nicht verwechseln! \qquad $0304_{16} = 772$
-
-\end{frame}
-
-\begin{frame}
-
- \showsubsection
- \showsubsubsection
-
- Eine Zahl geht über mehrere Speicherzellen.\\
- Beispiel: 16-Bit-Zahl in 2 8-Bit-Speicherzellen
-
- \smallskip
-
- Welche Bits liegen wo?
-
- \medskip
-
- \textarrow\ Geschmackssache\\
- \textbf{\dots\ außer bei Datenaustausch!}
-
- \begin{itemize}
- \item
- Dateiformate
- \item
- Datenübertragung
- \end{itemize}
-
-\end{frame}
-
-\subsubsection{Dateiformate}
-
-\begin{frame}
-
- \showsubsection
- \showsubsubsection
-
- Audio-Formate: Reihenfolge der Bytes in 16- und 32-Bit-Zahlen
- \begin{itemize}
- \item
- RIFF-WAVE-Dateien (\file{.wav}): Little-Endian
- \item
- Au-Dateien (\file{.au}): Big-Endian
- \pause
- \item
- ältere AIFF-Dateien (\file{.aiff}): Big-Endian
- \item
- neuere AIFF-Dateien (\file{.aiff}): Little-Endian
- \end{itemize}
-
- \pause
- \bigskip
-
- Grafik-Formate: Reihenfolge der Bits in den Bytes
- \begin{itemize}
- \item
- PBM-Dateien: Big-Endian\only<4->{, MSB first}
- \item
- XBM-Dateien: Little-Endian\only<4->{, LSB first}
- \end{itemize}
- \only<4->{MSB/LSB = most/least significant bit}
-
-\end{frame}
-
-\subsubsection{Datenübertragung}
-
-\begin{frame}
-
- \showsubsection
- \showsubsubsection
-
- \begin{itemize}
- \item
- RS-232 (serielle Schnittstelle): LSB first
- \item
- I$^2$C: MSB first
- \item
- USB: beides
- \pause
- \medskip
- \item
- Ethernet: LSB first
- \item
- TCP/IP (Internet): Big-Endian
- \end{itemize}
-
-\end{frame}
-
-\subsection{Binärdarstellung negativer Zahlen}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- Speicher ist begrenzt!\\
- \textarrow\ feste Anzahl von Bits
-
- \medskip
-
- 8-Bit-Zahlen ohne Vorzeichen: \lstinline{uint8_t}\\
- \textarrow\ Zahlenwerte von \lstinline{0x00} bis \lstinline{0xff} = 0 bis 255\\
- \pause
- \textarrow\ 255 + 1 = 0
-
- \pause
- \medskip
-
- 8-Bit-Zahlen mit Vorzeichen: \lstinline{int8_t}\\
- \lstinline{0xff} = 255 ist die "`natürliche"' Schreibweise für $-1$.\\
- \pause
- \textarrow\ Zweierkomplement
-
- \pause
- \medskip
-
- Oberstes Bit = 1: negativ\\
- Oberstes Bit = 0: positiv\\
- \textarrow\ 127 + 1 = $-128$
-
-\end{frame}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- Speicher ist begrenzt!\\
- \textarrow\ feste Anzahl von Bits
-
- \medskip
-
- 16-Bit-Zahlen ohne Vorzeichen:
- \lstinline{uint16_t}\hfill\lstinline{uint8_t}\\
- \textarrow\ Zahlenwerte von \lstinline{0x0000} bis \lstinline{0xffff}
- = 0 bis 65535\hfill 0 bis 255\\
- \textarrow\ 65535 + 1 = 0\hfill 255 + 1 = 0
-
- \medskip
-
- 16-Bit-Zahlen mit Vorzeichen:
- \lstinline{int16_t}\hfill\lstinline{int8_t}\\
- \lstinline{0xffff} = 66535 ist die "`natürliche"' Schreibweise für $-1$.\hfill
- \lstinline{0xff} = 255 = $-1$\\
- \textarrow\ Zweierkomplement
-
- \medskip
-
- Oberstes Bit = 1: negativ\\
- Oberstes Bit = 0: positiv\\
- \textarrow\ 32767 + 1 = $-32768$
-
- \bigskip
- Literatur: \url{http://xkcd.com/571/}
-
-\end{frame}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- Frage: \emph{Für welche Zahl steht der Speicherinhalt\,
- \raisebox{2pt}{%
- \tabcolsep0.25em
- \begin{tabular}{|c|c|}\hline
- \rule{0pt}{11pt}a3 & 90 \\\hline
- \end{tabular}}
- (hexadezimal)?}
-
- \pause
- \smallskip
- Antwort: \emph{Das kommt darauf an.} ;--)
-
- \pause
- \medskip
- Little-Endian:
-
- \smallskip
-
- \begin{tabular}{lrl}
- als \lstinline,int8_t,: & $-93$ & (nur erstes Byte)\\
- als \lstinline,uint8_t,: & $163$ & (nur erstes Byte)\\
- als \lstinline,int16_t,: & $-28509$\\
- als \lstinline,uint16_t,: & $37027$\\
- \lstinline,int32_t, oder größer: & $37027$
- & (zusätzliche Bytes mit Nullen aufgefüllt)
- \end{tabular}
-
- \pause
- \medskip
- Big-Endian:
-
- \smallskip
-
- \begin{tabular}{lrl}
- als \lstinline,int8_t,: & $-93$ & (nur erstes Byte)\\
- als \lstinline,uint8_t,: & $163$ & (nur erstes Byte)\\
- als \lstinline,int16_t,: & $-23664$\\
- als \lstinline,uint16_t,: & $41872$\\ als \lstinline,int32_t,: & $-1550843904$ & (zusätzliche Bytes\\
- als \lstinline,uint32_t,: & $2744123392$ & mit Nullen aufgefüllt)\\
- als \lstinline,int64_t,: & $-6660823848880963584$\\
- als \lstinline,uint64_t,: & $11785920224828588032$\\
- \end{tabular}
-
- \vspace*{-1cm}
-
-\end{frame}
-
-\subsection{Speicherausrichtung -- Alignment}
-
-\begin{frame}[fragile]
-
- \showsubsection
-
- \begin{lstlisting}
- #include <stdint.h>
-
- uint8_t a;
- uint16_t b;
- uint8_t c;
- \end{lstlisting}
-
- \pause
- \bigskip
-
- Speicheradresse durch 2 teilbar -- "`16-Bit-Alignment"'
- \begin{itemize}
- \item
- 2-Byte-Operation: effizienter
- \pause
- \item
- \dots\ oder sogar nur dann erlaubt
- \pause
- \arrowitem
- Compiler optimiert Speicherausrichtung
- \end{itemize}
-
- \medskip
-
- \pause
- \begin{minipage}{3cm}
- \begin{lstlisting}[gobble=6]
- ¡uint8_t a;
- uint8_t dummy;
- uint16_t b;
- uint8_t c;¿
- \end{lstlisting}
- \end{minipage}
- \pause
- \begin{minipage}{3cm}
- \begin{lstlisting}[gobble=6]
- ¡uint8_t a;
- uint8_t c;
- uint16_t b;¿
- \end{lstlisting}
- \end{minipage}
-
- \pause
- \vspace{-1.75cm}
- \strut\hfill
- \begin{minipage}{6.5cm}
- Fazit:
- \begin{itemize}
- \item
- \textbf{Adressen von Variablen\\
- sind systemabhängig}
- \item
- Bei Definition von Datenformaten\\
- Alignment beachten \textarrow\ effizienter
- \end{itemize}
- \end{minipage}
-
-\end{frame}
-
-\nosectionnonumber{\inserttitle}
-
-\begin{frame}
-
- \shownosectionnonumber
-
- \begin{itemize}
- \item[\textbf{1}] \textbf{Einführung}
- \hfill\makebox(0,0)[br]{\raisebox{2.25ex}{\url{https://gitlab.cvh-server.de/pgerwinski/hp}}}
- \item[\textbf{2}] \textbf{Einführung in C}
- \item[\textbf{3}] \textbf{Bibliotheken}
- \item[\textbf{5}] \textbf{Algorithmen}
- \begin{itemize}
- \item[5.1] Differentialgleichungen
- \item[5.2] Rekursion
- \item[5.3] Aufwandsabschätzungen
- \end{itemize}
- \item[\textbf{4}] \textbf{Hardwarenahe Programmierung}
- \begin{itemize}
- \color{medgreen}
- \item[4.1] Bit-Operationen
- \item[4.2] I/O-Ports
- \item[4.3] Interrupts
- \item[4.4] volatile-Variable
- \item[4.6] Byte-Reihenfolge -- Endianness
- \item[4.7] Binärdarstellung negativer Zahlen
- \item[4.8] Speicherausrichtung -- Alignment
- \end{itemize}
- \item[\textbf{\dots}]
- \end{itemize}
-
-\end{frame}
-
\end{document}