1.1 Постановка задачи

Анализ предметной области выявил необходимость создания технологии и соответствующего инструмента, позволяющего разработчику на высокоуровневом языке комплексно описать распределенную микроконтроллерную систему не только на уровне настроек аппаратуры, но и на высоком логическом уровне, в том числе задать требования к обмену информационными сообщениями между логическими компонентами системы, и получить все необходимые параметры для построения заданной системы, в том числе готовый программный код, реализующий это взаимодействие между заданными устройствами системы. Также необходим инструмент, позволяющий выполнять отладку всей распределенной системы комплексно, с возможностью параллельного моделирования работы всех устройств, составляющих систему.

1.2 Обзор аналогов

Аналогами разрабатываемой инструментальной среды являются интегрированные среды разработки программ для микроконтроллеров наиболее популярных архитектур (AVR, PIC, MSP430, STM, ARM). Цены аналогов приведены в таблице А.1 приложения А.

1) AVR Studio

Бесплатная интегрированная среда разработки [12]. С 2011 года базируется на компонентах современной среды разработки Microsoft Visual Studio. Включает инструментарий для редактирования и отладки программ на языках С / C++ для микроконтроллеров AVR и SAM (ARM). В качестве компиляторов и компоновщиков используются инструменты из бесплатного пакета WinAVR [13]. В версии 6.0 системы интегрирован инструмент QTouch Composer, позволяющий выбрать готовые программные блоки для реализации работы микроконтроллера с сенсорными датчиками, а также содержащий готовые инструменты для отладки подобных решений в режиме исполнения на устройстве (передача данных по любому из выбранных интерфейсов: SPI, UART, TWI) с возможностью просмотра графиков данных на ЭВМ, передаваемых по этим интерфейсам во времени. Также при выборе библиотечных программных блоков имеется возможность просмотра оценки использования ресурсов контроллера.

2) CodeVisionAVR

Платная интегрированная среда разработки [14]. Существует бесплатная ознакомительная версия с ограничением ряда возможностей. Включает следующие компоненты: редакторы на языках С и assembler с подсветкой синтаксиса, компилятор с языков С и assembler, генератор начального кода CodeWizardAVR, генерирующий код инициализации на языке С на основании выбора пользователем настроек.

3) AtmanAVR

Платная интегрированная среда разработки [15], использующая компилятор gcc [16]. В отличие от инструментов пакета WinAVR имеет отладчик и генератор начального кода.

4) IAR Embedded Workbench

Дорогостоящая среда разработки [17]. Компилятор С/C++ IAR генерирует быстрый и компактный код. Основные компоненты: интегрированная среда разработки (IDE) с инструментами организации проектов и редакторами, оптимизирующие С и С++ компиляторы под контроллеры архитектур AVR, PIC, ARM, STM8, MSP430, 8051, архитектур фирмы Renesas; бибилиотеки кода, примеры программ. Имеется инструмент Visual StateChart для описания программы в виде расширенных конечных автоматов.

5) MicroC/Basic/Paskal PRO

Платная интегрированная среда разработки программ [18] на языке C / Basic / Paskal для контроллеров архитектур AVR, PIC, ARM, 8051. Современный редактор кода с автодополнением. Имеются удобные вспомогательные инструменты для отображения информации о ресурсах микроконтроллера.

6) ICC AVR

Платный инструментарий [19] для программирования AVR (компилятор). В качестве среды разработки предлагается использовать современную IDE – CodeBlocks [20]; поддержка контроллеров AT90S, ATMega, Tiny26, AT94K FPSLIC; поддержка отладки под AVR Studio; компиляторы командной строки, доступные из сторонних редакторов (платная опция); оптимизирующий ANSI-C компилятор; бибилиотеки на языке С; Application Builder как инструмент генерации кода инициализации периферии.

7) Algorithm Builder

Отечественная бесплатная графическая среда для разработки программного обеспечения для микроконтроллеров архитектуры AVR [21]. Характеристики Algorithm Builder: графическое представление ассемблера в виде блок-схем, встроенный компилятор, внутрисхемный отладчик.

В отличие от классического ассемблера программа вводится в виде алгоритма с древовидными ветвлениями и отображается на плоскости. Сеть условных и безусловных переходов отображается графически, в удобной векторной форме. Это к тому же освобождает программу от бесчисленных имен меток, которые в классическом ассемблере являются неизбежным балластом.

Система не поддерживается разработчиком с 2009 года.

8) Bascom-AVR

Платная интегрированная среда разработки для программирования AVR [22]. Из отличительных особенностей среды можно отметить встроенный инструментарий для разработки программ для AVR: редактор с подсветкой синтаксиса и компилятор Basic (поддержка всех AVR с внутренней памятью), программатор ISP, интегрированный симулятор, из особенных возможностей редактора имеется лишь подсветка синтаксиса языка Basic.

9) LDMicro

Программа LDMicro позволяет запрограммировать контроллер на языке релейной логики [23]. Графический редактор и принятая нотация не являются универсальными для описания большинства программ.

10) Code Somposer Studio

Платная интегрированная среда разработки программ для микроконтроллеров [24] фирмы Texas Instruments. Построена на базе платформы Eclipse [25]. Позволяет разрабатывать программы для микроконтроллеров на языке С. Включает графический инструмент Grace для получения инициализационного кода по настройке периферии микроконтроллера. Для контроллеров, специализированных для цифровой обработки (C6000 DSP) предлагается графический редактор С6EZFlo с возможностью на языке функциональных блоков составить программу (функцию) обработки входных данных.

11) MPLAB X IDE

Бесплатная интегрированная среда [26] разработки программ для микроконтроллеров фирмы Microchip, основанная на платформе NetBeans [27]. Среда позволяет интегрировать сторонние компиляторы. Имеется модуль для симулятора simulink и набор блоков, обозначающих цифровые контроллеры dsPIC, что позволяет разработать в MatLab [28] модель и получить сгенерированный код на языке С, реализующий описанную модель программы.

12) ST MCU Toolset

Бесплатный пакет для разработки программ для микроконтроллеров фирмы STMicroelectronics, включающий бесплатные компиляторы с языков С / C++, assembler, а также линковщик [29]. IDE поддерживает подсветку синтаксиса и автодополнение кода. Инструмент STM Studio позволяет просматривать на ПК графики данных в режиме реального времени работы микроконтроллера.

13) Atollic True Studio

Платная IDE для разработки программ на языках С/C++ для микроконтроллеров архитектур ARM, AVR UC3, Toshiba TX [30]. Полностью основана на IDE Eclipse, в которую добавлены инструменты для автоматизированного тестирования, анализа исходного кода и отладки. В качестве компиляторов предлагается использовать сторонние бесплатные компиляторы.

14) FlowCode

Платная IDE для разработки программ на графическом языке для микроконтроллеров AVR, PIC, ARM [31]. Графический язык основан на концепциях блок-схем, с которого автоматизированно генерируется программа на языке С. Недостатком данной графической нотации является громоздкость конструкций с ветвлениями и отсутствие средств для реализации паралеллизма. Отладка производится с использованием встроенного симулятора. В последних версиях FlowCode появился прототип редактора схемы оборудования для конфигурации симулятора с целью отладки взаимодействия по интерфейсам нескольких микроконтроллеров.