Комплексная отладка микропроцессорных систем
Как правило, микропроцессорная система на основе МК или ЦСП - это система реального времени, то есть корректность ее функционирования зависит от времени выполнения отдельных программ и скорости работы аппаратуры. Поэтому система считается отлаженной после того, как рабочие программы правильно функционируют на действительной аппаратуре системы в реальных условиях.
Дополнительным свойством, которым должны обладать средства комплексной отладки по сравнению со средствами автономной отладки, является возможность управления поведением МПС и сбора информации о ее поведении в реальном времени.
Эти средства позволяют вести разработку и отладку, постепенно усложняя аппаратуру и программы. При этом разработка, изготовление и отладка проводятся поэтапно с нарастанием сложности. Новые блоки аппаратуры и программы вводятся в создаваемую систему, присоединяясь к проверенной ее части.
На этапе комплексной отладки микропроцессорной системы используются следующие основные приемы:
пошаговое отслеживание поведения системы;
останов функционирования системы при возникновении определенного события;
чтение и изменение содержимого памяти или регистров системы в момент останова;
отслеживание поведения системы в реальном времени.
Всем этим условиям в наилучшей степени удовлетворяют полнофункциональные внутрисхемные эмуляторы.
Краткие итоги. В лекции рассмотрены процесс тестирования и отладки микропроцессорных систем, специфика МП БИС и микропроцессорной системы в целом как объекта контроля. Определены особенности контроля и отладки МПС на различных этапах жизненного цикла. Представлены инструментальные средства, используемые как для автономного тестирования и отладки аппаратных и программных частей МПС, так и для их комплексной отладки в условиях реального функционирования.
Внутрисхемный эмулятор
Одним из главных обстоятельств, затрудняющих отладку МПС, является недоступность внутренних элементов БИС для тестовых воздействий и непосредственного контроля их состояний. Контроль и изменение состояний внутренних элементов БИС осуществляются косвенно, путем передачи информации от внутренних элементов БИС к ее выводам при контроле и в обратном направлении при изменении состояния элементов.
Внутрисхемный эмулятор (ВСЭ) - это наиболее мощное и универсальное отладочное средство, которое делает процесс функционирования отлаживаемой системы прозрачным, то есть легко контролируемым, произвольно управляемым и модифицируемым. Основная область применения ВСЭ в настоящее время - это разработка встраиваемых систем на базе однокристальных микроконтроллеров. ВСЭ представляет собой программно-аппа ратное средство, способное заменить эмулируемый МК в реальной схеме.
Стыковка ВСЭ с отлаживаемой системой производится при помощи кабеля со специальной эмуляционной головкой, которая вставляется в разъем на плате отлаживаемой МПС вместо МК. Если МК нельзя удалить из отлаживаемой системы, то использование эмулятора возможно, только если этот микроконтроллер имеет отладочный режим, при котором все его выводы находятся в третьем состоянии. В этом случае для подключения эмулятора используют специальный адаптер-клипсу, который подключается непосредственно к выводам эмулируемого МК. При этом процессор системы проектирования (хост-процессор) выполняет все функции целевого МК и к тому же позволяет отслеживать ход вычислительного процесса.
С точки зрения процесса отладки ВСЭ выполняет в составе отладочного комплекса следующие функции:
управление ходом вычислительного процесса в макетном образце МПС: инициализацию начального состояния управляющих и информационных регистров МК и запуск программы отлаживаемой МПС по шагам или до выполнения заданного условия;
сбор информации о ходе вычислительного процесса отлаживаемой МПС и передачу ее в отладочный комплекс для преобразования, анализа, отображения и документирования;
задание программных воздействий на макетный образец непосредственно из ОЗУ отладочного комплекса.
Прекращение эмуляции исполнения происходит при появлении заданного события, которое прерывает программу пользователя и передает управление хост-процессору для исполнения программ режима опроса.
События, вызывающие прерывание программы, могут включать:
выполнение заданного числа шагов;
появление заданной комбинации логических состояний на шинах МПС;
появление заданной последовательности таких комбинаций.
Система проектирования содержит карту адресного пространства, хранящую информацию о заданном отображении для каждого блока адресного пространства памяти и блока портов ввода-вывода разрабатываемой системы. Таким образом, пользователь может в ходе отладки "подставлять" вместо еще отсутствующих в макете областей памяти или внешних устройств области памяти или устройства системы проектирования. В ходе эмуляции по карте адресного пространства для каждого обращения к памяти или порту ввода-вывода из эмулируемой программы определяется, следует ли их отрабатывать как обращение к реальным устройствам разрабатываемой МПС или как обращение к устройствам системы проектирования, подменяющим эти устройства. По мере отладки тех или иных устройств целевой системы они могут физически размещаться на плате с соответствующим изменением карты адресного пространства.