Микропроцессоры(Коротицкий Евгений Викторович) / Состав обеспечения для разработки и отладки программ для МК

Состав обеспечения для разработки и отладки программ для МК

Программное обеспечение

Процесс написания программ для микроконтроллеров состоит из

нескольких этапов:

1 подготовка исходного текста программы на каком-либо из язы-

ков программирования;

2 компиляция программы;

3 отладка и тестирование программы;

4 окончательное программирование и подготовка к серийному

производству.

На каждом из этапов необходимо применение специальных про-

граммных и аппаратных средств.

1 Подготовка исходного текста программы может производиться в

любом текстовом редакторе, но в основном в среде используемо-

го компилятора. Основные языки программирования микро-

контроллеров приведены ниже:

ассемблер — ранее единственный, а на сегодняшний день эффек-

тивен только для написания программных кодов критичных к времени ис-

полнения или занимаемому размеру в памяти;

СИ — стандарт для промышленных систем;

BASIC, PASCAL– используются в основном в учебных целях.

2 Компиляторы.

Компиляторы это программы, которые преобразуют исходные тек-

сты программ, написанные на языке программирования высокого уровня, в программу на машинном языке, «понятную» соответствующему микро-

контроллеру. Полученный код, называемый исполняемой программой,

устанавливается в микроконтроллер и запускается в нем без дополнительных преобразований.

3 Отладка и тестирование программы осуществляется аппаратно-

программными средствами разработки и отладки программ для

микроконтроллеров (рассмотрены ниже).

4 Окончательное программирование и подготовка к серийному

производству.

Программаторы разделяются на два типа:

пассивные — согласование сигналов между микроконтроллером и

компьютером, который в данном случае выступает программатором;

интеллектуальные — программатор выполняет все или часть опе-

раций программирования.

Инструментальные средства разработки и отладки длямикроконтроллеров

С развитием техники разработка любого микропроцессорного

устройства становится все более затруднительной без использования

средств разработки и отладки программного обеспечения микро-процессора.

Диагностика — процесс анализа состояния объекта. Объектом диа-

гностики может быть сеть, система, компьютер, устройство, программа. В процессе диагностики изучаются характеристики, параметры и функции,выполняемые объектом. При этом осуществляется тестирова-ние и анализ проведенного исследования. В этом процессе определя-ется характер, место, причина имеющихся неисправностей и ошибок, а также предпринимаются меры по их устранению. Благодаря диагностике становится возможным также прогнозирование поведения объекта в будущем.

При эксплуатации сети либо системы диагностика осуществляется

всякий раз, как только обнаружится ошибка. Диагностическая программа

исследует причину возникновения ошибки и предоставляет данные для последующего анализа. Ошибки же могут возникать при запоминании данных, их обработке и передаче. Для обнаружения ошибок в данные вводится определенная избыточность, позволяющая осуществлять необходимую диагностику. В особо важных случаях процесс обработки данных дублируется. При возникновении неисправности устройств осуществляется фиксация факта неисправности, определяется ее место и вид. Далее передаются сообщения о неисправности, устройство отключается и, если это возможно, заменяется резервным.

К числу основных инструментальных средств отладки

микроконтроллеров относятся:

внутрисхемные эмуляторы;

программные симуляторы;

мониторы отладки;

платы развития (оценочные платы);

Внутрисхемные эмуляторы

Внутрисхемный эмулятор — программно аппаратное средство,

способное замещать собой эмулируемый процессор в реальной схеме. Внутрисхемный эмулятор — это наиболее мощное и универсальное отладочное средство.

Функционально внутрисхемные эмуляторы делятся на стыкуемые с

внешней вычислительной машиной (обычно это бывает IBM PC) и функ-

ционирующие автономно. Автономные внутрисхемные эмуляторы имеют

индивидуальные вычислительные ресурсы, средства ввода-вывода, не требуют для своей нормальной работы стыковки с какими-либо внешними вычислительными средствами, но за это пользователю приходится расплачиваться либо существенно более высокой ценой, либо пониженными функциональными и сервисными возможностями по сравнению с аналогичными моделями, стыкуемыми с IBM PC.

Обычно стыковка внутрисхемного эмулятора с отлаживаемой систе-

мой производится при помощи эмуляционного кабеля со специальной эмуляционной головкой. Эмуляционная головка вставляется вместо микроконтроллера в отлаживаемую систему. Если микроконтроллер невозможно 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 микроконтроллера.

Как минимум, эмулятор содержит следующие функциональные бло-

ки:

отладчик;

узел эмуляции микроконтроллера;

эмуляционная память;

подсистема точек останова.

Более продвинутые модели могут содержать дополнительно:

процессор точек останова;

трассировщик;

профилировщик (анализатор эффективности программного кода);

таймер реального времени;

программно-аппаратные средства, обеспечивающие возможность

чтения и модификации ресурсов эмулируемого процессора «на лету», т.е. в

процессе выполнения программы пользователя в реальном времени;

программно-аппаратные средства, обеспечивающие синхронное

управление, необходимое для эмуляции в мультипроцессорных системах;

интегрированную среду разработки.

Симуляторы

Симулятор — программное средство, способное имитировать работу микроконтроллера и его памяти. Как правило, симулятор содержит в

своем составе:

отладчик;

модель ЦПУ и памяти.

Более продвинутые симуляторы содержат в своем составе модели

встроенных периферийных устройств, таких как таймеры, порты, АЦП, системы прерываний.

Симулятор должен уметь загружать файлы программ во всех попу-

лярных форматах, максимально полно отображать информацию о состоянии ресурсов симулируемого микроконтроллера, а также предоставлять возможности по симуляции выполнения загруженной программы в различных режимах. В процессе отладки модель «выполняет» программу и на экране компьютера отображается текущее состояние модели.

Загрузив программу в симулятор, пользователь имеет возможность

запускать ее в пошаговом или непрерывном режиме, задавать условные и безусловные точки останова, контролировать и свободно модифицировать содержимое ячеек памяти и регистров симулируемого микропроцессора. С помощью симулятора можно быстро проверить логику выполнения программы, правильность выполнения арифметических операций.

Недостатком программных симуляторов является то обстоятель-

ство, что исполнение программ, загруженных в симулятор, происходит в

масштабе времени, отличном от реального.

Достоинством — низкая цена и возможность ведения отладки даже

в условиях отсутствия макета отлаживаемого устройства.

Отладочные мониторы

Отладочный монитор — специальная программа, загружаемая в па-

мять отлаживаемой системы. Она вынуждает процессор пользователя

производить, кроме прикладной задачи, еще и отладочные функции:

загрузку прикладных кодов пользователя в свободную от монитора

память;

установку точек останова;

запуск и останов загруженной программы в реальном времени;

проход программы пользователя по шагам;

просмотр, редактирование содержимого памяти и управляющих

регистров.

Программа монитора обязательно должна работать в связке с внеш-

ним компьютером или пассивным терминалом, на которых и происходит

визуализация и управление процессом отладки. Достоинством этого подхода являются очень малые затраты при сохранении возможности вести отладку в реальном времени. Главным недостатком является отвлечение ресурсов микроконтроллера на отладочные и связные процедуры, например:монитор занимает некоторый объем памяти, прерывания, последовательный канал.

Платы развития

Платы развития, или оценочные платы (Evaluation Boards), являются

своеобразными конструкторами для макетирования прикладных систем.

При выпуске новой модели кристалла микроконтроллера, фирма-производитель обязательно выпускает и соответствующую плату развития. Обычно это печатная плата с установленным на ней микроконтроллером плюс вся необходимая ему стандартная обвязка, там же имеется свободное поле для монтажа прикладных схем пользователя.

Выбор микроконтроллера

Критерии оценки при выборе микропроцессора можно разбить на

три группы:

технические характеристики;

эксплуатационные характеристики;

потребительские свойства.

1 Технические характеристики:

1.1 Производительность (время выполнения одной команды);

1.2 Разрядность (АЛУ, внутренней шины данных и адреса);

1.3 Наличие и типы прерываний;

1.4 Размер и типы памяти программ и данных;

1.5 Количество и электрические характеристики линий ввода-вы-

вода;

1.6 Наличие встроенной периферии: таймеры, счетчики событий,

АЦП, ЦАП, ШИМ, RTC, параллельные и последовательные

(синхронные, асинхронные) порты, компаратор, ЖКИ-драйверы;

1.7 Энергопотребление (режимы энергопотребления).

2 Эксплуатационные характеристики:

2.1 Диапазон рабочих температур;

2.2 Устойчивость к ЭМИ;

2.3 Размеры и тип корпуса.

3 Потребительские свойства:

3.1 Функциональность;

3.2 Поддержка технологических языков программирования;

3.3 Надежность — проходят ли данные МК выходной контроль на

фирме производителе, отзывы о работе других разработчиков;

3.4 Затраты — Стоимость приобретения, доставки. Стоимость про-

граммно-аппаратного комплекса для разработки и отладки про-

грамм на данном МК.