2.1 Симулятори

Зазвичай, стимулятор складаються з отладчика, моделі ЦП і пам'яті. Більше складні мають моделі вбудованих периферійних пристроїв (таймерів, портів, АЦП і систем переривань).

Симулятор мусить уміти завантажувати файли програм, у всіх популярних форматах, якнайповніше відображати інформацію про стан ресурсів симулюемого МК, і навіть надати можливість по симуляції виконання загружаемої програми у різних режимах. У процесі налагодження модель виконує програму, й монітора комп'ютера відображає поточний стан моделі.

Завантаживши програму стимулятор, користувач може запускати її пошаговому чи безупинному режимі, ставити умовні чи безумовні точки зупинки, контролювати та вільно модифікувати вміст осередків пам'яті і регістрів симулируемого МК. Симулятор дозволяє швидко перевірити логіку виконання програми, правильність виконання арифметичних операцій.

Залежно від класу використовуваного отладчика деякі моделі симуляторів підтримують високорівневе символьне налагодження програм.

Симулятор може містити і кілька додаткових програмних засобів, наприклад інтерфейс довкілля. Наявність такої інтерфейсу дозволяє створювати й гнучко використовувати модель довкілля МК, що існує і що впливає на налагоджуему програму з заданим алгоритмом.

В реальній системі мікроконтролер зазвичай займається зчитуванням інформації з підключених зовнішніх пристроїв (датчиків), обробкою цієї інформації і видачею керуючих впливів на виконавчі пристрої. Щоб в симуляторі у якого немає інтерфейсу зовнішнього середовища, змоделювати роботу датчика, потрібно вручну змінювати поточний стан моделі периферійного пристрою, до якого в реальній системі підключений датчик. Якщо, наприклад, при прийомі байта через послідовний порт зводиться деякий прапорець, а сам байт потрапляє в певний регістр, то обидва ці дії потрібно робити в такому симуляторі вручну. Наявність же інтерфейсу зовнішнього середовища дозволяє користувачеві створювати і гнучко використовувати модель зовнішнього середовища мікроконтролера, функціонуючу і взаємодіючу з налагоджуемою програмою за заданим алгоритмом. Можливості "реального" відладчика-симулятора проілюструємо на прикладі моделі PDS-PIC.

. 

Отладчик-симулятор для розробки та налагодження програм на базі мікроконтролерів PIC16 / PIC17

PDS-PIC - зручний і гнучкий засіб для написання і налагодження програм, орієнтованих на мікроконтролери PICmicro фірми Microchip.

Симулятор має:

• Вбудований багатовіконний редактор для написання вихідних текстів програм. Редактор підтримує операції з блоками тексту, пошук / заміну, колірне виділення синтаксичних конструкцій мови асемблера;

• Вбудований менеджер проектів, що підтримує автоматичну компіляцію програм, написаних для макроассемблера PASM-PIC фірми Фитон і для макроассемблера MPASM фірми Microchip.

• Всі опції асемблера задаються у вигляді зручних діалогів. Перехід від редагування вихідного тексту до налагодження і назад відбувається "прозоро", тобто менеджер проектів автоматично запускає асемблер при необхідності;

• Широкі можливості по налагодженню програм: відстеження виконання програми з її початкового тексту, перегляд та зміна значень будь-яких змінних, вбудований аналізатор ефективності програмного коду, точки зупину за умовою і доступу до осередків пам'яті, перегляд стека викликів підпрограм, вбудований асемблер, точний підрахунок інтервалів часу та багато іншого;

• Можливість виконання програми "назад" на велику кількість кроків, а також в безперервному режимі. При цьому стан моделі мікроконтролера повністю відновлюється;

• Точну модель поведінки мікроконтролерів. Симулюється робота всіх вбудованих в мікроконтролер периферійних пристроїв: таймерів, АЦП, системи переривань, портів і т.д .;

• Розвинені засоби моделювання "зовнішнього середовища", тобто пристроїв, підключених до мікроконтролера. Можна легко задавати різні періодичні і неперіодичні зовнішні сигнали на ніжках мікроконтролера, моделювати роботу зовнішньої логіки. За допомогою вбудованих засобів графічного відображення можна наочно відображати різні індикатори, будувати графіки, моделювати клавіатуру;

• Систему збереження конфігурації вікон і параметрів настроювання. Можливо збереження та відновлення необмеженої кількості файлів конфігурації;

• Можливість налаштування кольорів і шрифтів та інших параметрів для всіх вікон одночасно і для кожного вікна окремо;

• Систему контекстної допомоги. Перебуваючи в будь-якому меню, вікні або діалозі, Ви можете отримати довідку, що відноситься до цього меню, вікна або діалогу;

• PDS-PIC працює в середовищі Windowsв.

Більш докладно особливості симулятора представлені в таблиці, складеної за результатами порівняльного аналізу двох симуляторів: MPlabSIM -фірми Microchip і PDS-PIC - фірми Фитон. Основні особливості та відмінності MPlabSIM і PDS-PIC обумовлені тим, що при їх проектуванні були використані концептуально різні інтерфейси користувача і середовища для симуляції.

	MPlabSIM	PDS-PIC
Управління
Мишка	Так	Так
Система меню	Так	Так
«гарячі клавіші»	Так	Так
Через модель зовнішнього середовища	немає	Так
Точки зупину
По адресі виконуваного коду	Так	Так
По вмісту регістрів	Так	Так
При змінні значення виразу	Немає	Так
При виконанні логічної умови	Немає	Так
Моделююмі події
Синхронні	Так	Так
Асинхронні	Немає	Так
Тимчасове розміщення	4 цикла команд	1 цикл команд
Ресурси процесора
Reset	без затримкм включення	Повністю
Interrupt	Повністю	Повністю
Timer0	Тільки синхронно	синхронно/асинхронно
Timer1	Тільки синхронно	синхронно/асинхронно
Timer2	Повністю	Повністю
CCP1	Повністю	Повністю
CCP2	Повністю	Повністю
PWM1/2	Без високої роздільної здатності	Повністю
PSP	Тільки синхронно	синхронно/асинхронно
SSP	Повністю	тільки регістри и флаги преривання
I2C	Тільки регістри	Тільки регістри
SCI	Часові затримки	Тільки регістри
EEROM	Без захисної послідовності	Повністю
ADC	Тільки затримки та регістри	Повністю
Comparators	Тільки регістри	Повністю
Vref	Тільки регістри	Повністю
RC generator	Чатота постійна	частота задається незалежно від частоти тактового генератора
Модуль АЦП	Тільки затримки	регистри для аналогових входів
Моделювання зовнішніх впливів
установка заданих значень на вході порту введення / виводу	Тільки синхронно	синхронно/асинхронно
пряма запис в регістри	Так	Так
Циклічні впливи	Так	Так
Асинхронні впливи	взаємозв'язок між входом і кнопкою у відповідному діалозі	Так
опис (завдання впливів) зовнішнього середовища алгоритмічно	Немає	Так
зовнішні аналогові сигнали	Немає	Так
Додаткові можливості
прогін програми назад (backtrace)	Немає
аналізатор ефективності виконання програмного коду (profiler)	Немає
можливості графічного відображення процесів	Немає
швидкодія	400 команд/сек	1000 000 команд/сек

Очевидна особливість програмних симуляторів у тому, що завантажені програми виконуються у іншому масштабі часу, відмінному від реального. Проте низька ціна, можливість налагодження навіть за відсутності макета налагоджуемого пристрою роблять програмні симулятори дуже привабливим засобом налагодження. Необхідно також відзначити, що є цілий клас помилок, які можна знайти лише за допомогою симулятора.