Für mein neuestes Projekt habe ich mir die Mühe gemacht und meine EAGLE Bibliotheken aufgeräumt. EAGLE ist ein CAD Programm der Firma Cadsoft, das vornehmlich im Elektronik/DIY Bereich zum Designen von Schaltplänen und Platinen eingesetzt wird.
In den letzten Jahren haben sich einige selbsterstellte Bibliotheken angesammelt. Mit ihnen können die bereits mitgelieferte Datenbank von Bauteilen (Footprints und Symbole) erweitert werden.
Diese Bibliotheken und noch einige Skripte, Einstellungen, CAM Jobs etc. findet ihr in meinem GitHub Repository.
Interessant ist vielleicht noch die Raspberry Pi Bibliothek. Bisher hab es noch keine EAGLE Bibliothek mit der man einfach Shields (vgl. Arduino) für den Board-Computer layouten konnte.
Die Bibliothek enthält die genauen Abmessungen des Pi’s und die Belegung aller GPIO Stiftleisten. Aber die folgenden Bilder erklären das sicher viel besser.
Viel Spaß damit!
Die Abmessungen des RPis
Der Footprint inklusive Shield Dimension Layer
Das Eagle Schaltplan Symbol
Ein Layout mit dem RPi Shield
Ein Shield, das mir meiner Bibliothek leicht erstellt werden kann
Vielleicht habt ihr ja Lust ein kleines Ambilight zu basteln? Ich habe noch ne Menge der Platinen übrig, die ich gerne in Aachen verschenken oder tauschen würde. LEDs sind dir zu langweilig? Ich hab auch noch andere Platinen übrig…
jede Menge Platinen
Makro
das Layout
In meinen älteren Beträgen (hier und hier) gibt es auch noch ein paar kleine Anregungen was man alles mit dem flm so anstellen kann.
Eine generische Speicherverwaltung mit Hilfe von Seitentabellen für ein
minimalistisches Betriebssystem
oder auf Englisch
A generic memory management with paging for a minimalistic operating
system
„Huh?! Was ist das? Was machst du da?“ Da dies häufig die erste Reaktion von Freunden und Familie ist, möchte ich versuchen das Thema meiner Arbeit hier kurz und verständlich vorzustellen. Wer Interesse an einem tieferem Verständnis und technischen Details hat, lade ich gerne zu meinem Abschlussvortrag Ende Mai ein. Zu dem „Was machst du da?“ kann ich schon einmal sagen, dass ich viel am Programmieren bin und dabei unheimlich viel praktische Erfahrung sammele. Und es nen riesen Spaß macht 😀
Meine Arbeit dreht sich also um Betriebssysteme. Die Aufgabe von Betriebssystemen ist es verfügbare Ressourcen zu verwalten und diese mit einer einheitlichen Schnittstelle dem Nutzer zu Verfügung zu stellen. In meinem Fall arbeite ich an der Verwaltung des Arbeitsspeichers.
Arbeitsspeicher (engl. RAM für Random Access Memory) findet man in Handys, TVs, MP3 Playern, Laptops und vor allem in Server und Hochleistungsrechnern. Es ist einer recht schneller dafür auch leicht flüchtiger Speicher, den man gut mit dem menschlichen Kurzeitgedächtnis vergleichen kann. „Random Access“ steht für einen wahlfreien Zugriff, also dass man alle Informtionen ohne vorheriges „Spulen“ oder „Nadel umsetzen“ abfragen kann – um mal in nostalgischen Analogien zu sprechen.
Dieses Zitat, das gerne dem Microsoft Gründer Bill Gates zugeschrieben wird, dürfte vielleicht einigen von euch bekannt sein. Waren im Jahr 1981 noch 640 KB das Maß der Dinge haben heutige Server 64 GB und mehr. Dies entspricht verblüffend genau einer Verdopplung der Kapazität alle zwei Jahre wie es Gordon Moore bereits schon 1965 postuliert hat.
Aber nun mal wieder zurück zu meiner Arbeit: diese rasante Entwicklung der Speicherkapazität hat Betriebssysteme vor einigen Jahre vor wesentliche Probleme gestellt.
Stellen wir uns vor – ähnlich wie die Größe des Speichers, hätte sich die Anzahl der Autohalter in Deutschland entwickelt. Den Zulassungsstellen wären recht schnell die Nummernschilder ausgegangen, da es einfach nicht genügend unterschiedliche Kombinationen von Landkreis und Buchstaben/Zahlen gäbe. Und wer möchte schon das gleiche Nummernschild wie sein Nachbar haben. Jedes Auto muss also eindeutig identifizierbar und jeder Speicherplatz eindeutig adressierbar sein. Mit zunehmender Anzahl an Autohaltern, bzw. der Speicherkapazität, steigt daher auch Komplexität der Verwaltung.
In meinem Beispiel könnte man dieses Problem beispielsweise durch einen zusätzlichen Buchstaben für das Bundesland auf jedem Nummernschild lösen. Man denke an die Einführung der EU-Kennzeichen.
Und damit bin ich auch schon beim Ziel meiner Arbeit: Ich möchte dieses Verwaltungsproblem für beliebe große Speicherkapazitäten und beliebig viele Verwaltungsinstanzen lösen ohne die Kompexität dadurch zu steigern.
Puh, das soll erst einmal reichen. Ende Mai werde ich diese, meine erste wissenschaftliche, Arbeit abschließen. So lange behalte ich meine Lösung noch für mich :p
„breadBUG“ ist ein kleines Mikrocontrollermodul, das direkt auf ein Breadboard aufgsteckt werden kann. Es ist als Prototyping-Werkzeug für tägliche Basteleien gedacht.
Es fasst das für den Mikrocontroller nötige „Vogelfutter“ auf einer kleinen Platine zusammen:
ATmega8 Controller
16 MHz Quarz und Ladungskerkos
5 V Festspannungsregler
Reset Taster
ISP Stecker
LED zur Spannungsüberwachung
„breadBUG“ ist während meiner Arbeit für die Mikrocontroller-AG des MMIs entstanden. Einige Teilnehmer wünschten sich ein einfaches, kleines und günstiges Modul, das sie als Alternative zu dem von uns verwendeten Evaluationboard für eigene Projekte nutzen können.
Fast alle von uns in der AG verwendeten Erweiterungsmodule sind daher Pin-kompatibel mit dem „breadBUG“ Board. Bis auf den Controller selber haben wir nur Through-hole Komponenten verwendet um den Aufbau auch für Einsteiger möglichst einfach zu halten.
Das Board hat etwa eine Größe von 2,5x5cm, sodass im Mehrfachnutzen genau zwei Boards auf eine 5x5cm Platine von seeedstudio.com passen. Damit liegt der Preis für eine einzelne Platine bei weniger als 50 Cent.
Download
Eagle Schematics und Gerber Dateien gibt es wieder auf GitHub:
Vor drei Jahren war ich selber Teilnehmer der AG und habe diese dann für die vergangenen zwei Jahre mit Hilfe zweier weiterer Kommilitonen, Markus Hamm und Mats Markus, geleitet.
Als Abschluss meiner dortigen Arbeit schreibe ich nun meinen Bericht und möchte diesen hier kurz zusammenfassen. Den kompletten Tutoriumsbericht könnt ihr euch hier herunterladen.
Auch vergangene Beiträge in meinem Blog beziehen sich auf meine Arbeit in der AG:
Das Institut für Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) der RWTH bietet für Studenten des zweiten Semesters eine freiwillige AG zum Einstieg in die Mikrocontroller Programmierung an. Diese verknüpft theoretische Grundlagen der Vorlesung „Grundgebiete der Informatik 2“ von Prof. Roßmann mit praktischen Beispielen und Aufgaben aus dem Bereich der Mikrocontroller. Es handelt sich um eine freiwillige Veranstaltung, die für die Teilnehmer nicht als Studienleistung anerkannt werden kann. Wie auch in der Vorlesung werden die ATmega Mikrocontroller der Firma Atmel verwendet.
Platine
Um die in der AG vermittelte Theorie auch praktisch anwenden zu können, erhalten alle Teilnehmer einen Bausatz. Dieser besteht aus einer speziell für die AG entwickelten Platine inklusive der dafür benötigten Bauelemente.
Unsere erste Aufgabe war das Überarbeiten, dieser Platine. Sie besteht aus sieben Modulen die zusammen auf einer Platine untergebracht sind: Hauptboard, Programmer, Matrixtastatur, zwei Spielwiesen sowie einem LC-Display.
Um die Kosten der Platine zu senken verkleinerten wir sie auf das Format einer Euro-Platine und entfernten ein paar Bauteile.
Skript
Mittlerweile betreue ich die AG in der 3. Generation. In den Jahren zuvor enstanden einige kleine Skripte, Primer und Hilfsblätter. Um diese Flut an Informationen etwas zu bündeln haben wir sie in einem Skript zusammen gefasst, das nun ca. 140 Seiten umfasst. Es behandelt alle in der AG vorstellten Themen und geht noch auf weitere Details in Hardware und Software ein. Zudem beschreibt es auch alle Module der Platine mit Anschlussbelegungen, Schaltplänen usw.
Erweiterungen
Neben dem Hauptboard, das alle Teilnehmer zu Beginn der AG erhalten, haben wir kleine Erweiterungsplatinen entworfen. Diese sind mit den Erweiterungsports des Hauptboards kompatibel und können zur Motoransteuerung, Ethernet- oder Funkkommunikation genutzt werden.
Ethernet Board
Das Ethernet-Addon ist aus der Arbeit zweier ehemaliger Teilnehmer entstanden. Neben einem Protoypen entwickelten sie einen leichtgewichtigen und flexiblen TCP/IP Stack, der auf dem ATmega16 des Hauptboards lauffähig ist. In Verbindung mit dem ethersex Betriebsystem können hier schnell eigene Internet Gadgets realisiert werden.
Funk Board
Das Funkboard war ursprünglich zur drahtlosen Kommunikation in einem Roboterschwarm gedacht. Mit dem Ziel möglichst simpel und günstig zu sein, ist unsere Wahl auf den NRF24L01+ Tranceiver von Nordic Semiconductors gefallen. Mit einem Preis von unter 1 € ist er preislich nicht zu schlagen.
Fazit
Einen schöneren HiWi-Job hätte ich mir nicht vorstellen können 🙂 Wir hatten viele Freiheiten, konnten uns unsere Arbeitszeit und -ort größtenteils selbst wählen und an eigenen interessanten Projekten arbeiten. Die Arbeit in der Lehre, also direkt mit seinen Kommilitonen, hat mir viel Spaß gemacht.
Trotzdem freue ich mich jetzt auch mal etwas in die Forschung schnuppern zu können: seit November ’13 arbeite ich am Lehrstuhl für Betriebssysteme an meiner Bachelorarbeit. Aber dazu gibts bestimmt auch nochmal einen kleinen Beitrag 🙂
Wer immer noch nicht genug hat, darf auch gerne meinen kompletten Tutoriumsbericht lesen. (Vielleicht orientieren sich ja auch meine Nachfolger daran :D)
