13. Интегрированная среда программирования.

Интегрированная среда разработки и отладки программного обеспечения

Интегрированная среда разработки и отладки программного обеспечения (IDE) – комплекс инструментальных средств для разработки, интеграции, оптимизации и отладки программ, объединенных единой оболочкой. В IDE входят редактор языка программирования и компилятор, обеспечивающие интерактивную компиляцию и редактирование текста программы

Симулятор – программа, моделирующая аппаратные средства. Большинство эмуляторов моделирует только ядро процессора, но не периферийные средства. Однако, обеспечивая покомандную и поцикловую достоверность, симулятор полезен для подтверждения логики алгоритма и при измерении ресурсов, используемых при выполнении программы.

Наличие симулятора в составе IDE позволяет производить отладку при отсутствии аппаратных средств (они еще не изготовлены). Симулятор не может проверять систему в реальном масштабе времени, но позволяет произвести первичную проверку правильности алгоритма.

Эмулятор – программно-аппаратные средства, при помощи которых одно устройство может имитировать функционирование другого таким образом, что посредством системы-имитатора производится обработка тех же данных, выполнение тех же программ и получение тех же результатов, что и имитируемой системы.. Например, при наличии программы эмулятора можно исполнять на ЭВМ программы, написанные для процессоров других семейств (с другой системой команд). Так основанный на сканировании эмулятор с программой, размещенной в ПЭВМ, может через тестовый порт обращаться к внутренним ресурсам процессора и управлять исполнением программы в реальном процессоре (внутрисхемный эмулятор).

Монитор отладчика – программное средство, резидентно находящееся в отлаживаемом изделии, обеспечивающее связь с ПЭВМ и позволяющее управлять исполнением программы в изделии. Основные функции монитора:

- индикация памяти;

- модификация содержимого памяти;

- выполнение команды, находящейся по заданному адресу;

- установка контрольных точек;

- инкремент или декремент адреса памяти;

- пересылка данных в памяти;

- ввод и вывод данных через порты ввода-вывода.

При необходимости сделать остановку в определенном месте программы, монитор отладчика по команде с ПЭВМ записывает в ячейку памяти, где хранится машинная команда, соответствующая точке останова, некорректный код и процессор останавливается, дойдя до этой команды. Когда ПЭВМ дает команду на продолжение исполнения программы, монитор отладчика восстанавливает правильный код в ячейке памяти и возобновляет выполнение команды, начиная с прерванной команды.

Недостатки монитора отладчика:

Оккупация части внутренней памяти отлаживаемого устройства и использование одного из имеющихся каналов для связи с ПЭВМ, а также незащищенность монитора от повреждения/уничтожения при сбое на отлаживаемом устройстве.

Внутрикристальные аппаратные средства отладки – обеспечивают доступ к внутренним ресурсам отлаживаемой системы. Наиболее распространен JTAG интерфейс, использующий 5 линий связи для последовательного ввода/вывода данных.

Метод граничного сканирования, обеспечивающий доступ к внутренним ресурсам цифровых микросхем, в том числе микропроцессоров. Метод реализуется путем создания в микросхеме (или на плате) дополнительных сдвиговых регистров, соединенных последовательно по цепи переноса и подключенных параллельными входами и выходами к контролируемым ресурсам (в частности, к регистровым ячейкам микропроцессора). Вход и выход цепи сдвига подключен к порту тестового доступа, через который осуществляется управление режимом и считывание информации из внутренних ресурсов процессора отлаживаемой системы в ПЭВМ, на которой установлена интегрированная среда.

Прямой доступ к ресурсам позволяет IDE на период отладки изменять путь получения команд процессором: не от счетчика команд, а от регистров JTAG интерфейса, тем самым эффективно управляя процессором при отладке программ:

- старт, стоп, пошаговое исполнение;

- установка аппаратных или программных точек останова;

- сброс и инициализация отлаживаемой системы;

- загрузка программного кода для отладки и для сохранения во флэш-памяти.

Роль JTAG интерфейса – предоставление физического канала для связи ПЭВМ с отлаживаемой системой, программное обеспечение IDE должно быть установлено на ПЭВМ.

Достоинства JTAG интерфейса:

- прямой доступ к скрытым ресурсам процессора;

- не занимает аппаратных ресурсов системы (портов, памяти) для отладки;

- доступ не нарушается при аварийной ситуации в отлаживаемой системе;

- не потребляет энергию из отлаживаемой системы;

- подключение отладчика через JTAG интерфейс не возмущает систему;

- обеспечивает связь с «сырой» системой, в которую еще не загружено никакое ПО;

- позволяет соединять последовательно в цепочку несколько устройств (в частности, несколько процессоров в многопроцессорной системе) и производить их совместную отладку.

Перечисленные достоинства JTAG интерфейса обусловили его широкое применение не только в процессе разработки и отладки ПО, но также в процессе производства (загрузка ПО, тестирование изделий) и сопровождения изделий при эксплуатации (модернизация ПО. JTAG интерфейс используется при программировании многих семейств ПЛИС, позволяя осуществлять их конфигурирование после установки в изделие (in circuit programming).