3. Программирование микропроцессорных устройств
3.1. Основные этапы проектирования и отладки программного обеспечения
Наиболее эффективные варианты применения МП реализуются в тех случаях, когда обеспечивается эффективное взаимодействие аппаратного и программного обеспечения (ПО). Общая процедура проектирования-отладки МП и МК систем включает этапы, показанные на рис. 21.
Рис. 21. Основные этапы проектирования-отладки микропроцессорных
и микроконтроллерных систем
Часто проектировщики аппаратной части не привлекаются к разработке ПО, так как считается, что они не очень компетентны в области программирования. Но хорошее понимание того, как программируется устройство, не менее важно, чем понимание того, как работают аппаратные интерфейсы.
Исходные данные для проектирования содержат требования к основным технико-экономическим показателям: производительности, энергопотреблению, стоимости, надежности, конструктивным и другим параметрам. Кроме того, для управляющих систем должны быть определены реализуемые алгоритмы управления, для универсальных систем – классы выполняемых задач.
Разработка архитектуры системы подразумевает определение оптимального состава аппаратных и программных средств, для решения поставленных задач. При этом разработчик решает, какие функции системы будут реализованы аппаратными средствами, а какие – программным обеспечением. Определяется номенклатура аппаратных средств – выбирается тип МП или МК, объем и тип памяти, номенклатура периферийных устройств, протоколы обмена информацией и состав требуемых сигналов управления системой. Определяется также состав программного обеспечения - наличие операционной системы, ее тип и характеристики, номенклатура необходимых программных модулей, характер их взаимодействия, используемый язык программирования.
Этап разработки аппаратных средств может быть выполнен традиционными методами, с помощью которых проектируется и моделируется электрическая схема, разрабатывается печатная плата или комплект плат, после чего выполняется монтаж и отладка системы. Однако во многих случаях можно обеспечить сокращение сроков и повышение качества разработки путем использования готовых изделий, выпускаемых рядом производителей.
Существуют пять различных инструментов, которые используются для разработки приложений на базе МП и объединение их функций может существенно облегчить процесс разработки.
В число пяти основных инструментов разработчика входят редактор исходных текстов, компилятор/ассемблер, программный симулятор, аппаратный эмулятор и программатор. Совместное их использование упрощает разработку и отладку приложения.
Компилятор/ассемблер используется для преобразования исходного текста в ассемблерные команды МК и затем в формат, который может быть загружен память программ.
Симуляторы – это программы, которые выполняют откомпилированный программный код в инструментальном компьютере системы разработки так, как если бы он выполнялся в целевой системе. Это позволяет осуществлять наблюдение за программой и реакцией МК на различные события.
Специальная схема, реализующая интерфейс с МК в реальном масштабе времени, называется схемный эмулятор (In-Circuit Emulator – ICE). Эмулятор использует микросхему МК, подключенную не к ПЗУ, а к ОЗУ программ, которая выполняет прикладные задачи с реальной скоростью. Многие эмуляторы могут использоваться для записи команд, выполняемых процессором в определенное время.
Схемный эмулятор имеет два значительных недостатка. Первый – цена, второй недостаток касается электрического соединения эмулятора с отлаживаемой системой.
Последний инструмент разработчика – это программатор памяти программ МК. Хотя некоторые производители МК предпочитают выпускать их с масочно-программируемой памятью программ, они обычно выпускают также аналогичные версии МК с E(E)PROM памятью для разработки приложении.