Раздел 8. Системы отладки мпу
По сравнению с традиционной радиоэлектронной аппаратурой, микропроцессорная техника имеет ряд специфических особенностей:
высокую сложность и трудоемкость разработки и отладки аппаратных и, в особенности, программных компонент микропроцессорного устройства;
основные ресурсы микропроцессора и однокристальной ЭВМ сосредоточены внутри микросхемы и, как правило, не имеют самостоятельных выводов. Это существенно затрудняет доступ к внутренним ресурсам, и, как следствие, поиск и анализ неисправностей и сбоев в работе микропроцессорного устройства;
необходимость одновременного контроля за состоянием множества быстропротекающих процессов на внутренних шинах и интерфейсных магистралях, что также сильно затрудняет поиск неисправностей.
8.1. Основные понятия и термины
Отладка МПУ – процесс обнаружения ошибок в АС и ПС, их исправление и обеспечение полной работоспособности МПУ. Устройство считается отлаженным, когда оно полностью функционирует на реальной аппаратуре в реальных условиях.
Для разработки, производства и эксплуатации микропроцессорной техники необходимы специальные инструментальные средства, позволяющие автоматизировать наиболее трудоемкие этапы проектирования. Такие средства называются отладочными средствами.
Хотя не все МПУ выполнены на базе микропроцессора или ОЭВМ имеющего гарвардскую архитектуру, все равно различие между памятью программ и памятью данных в МПУ проявляется достаточно заметно. Эта особенность МПУ объясняется тем, что штатная программа МПУ хранится в микросхеме ПЗУ, а данные – в микросхеме ОЗУ, что, с точки зрения структурной схемы является существенно различными узлами МПУ.
В дальнейшем термины ПЗУ и ОЗУ будут использоваться как для обозначения узлов структурной схемы, так и для обозначения памяти программ и памяти данных соответственно – вне зависимости от архитектуры МПУ. Конкретный смысл, скрывающийся за данными терминами, будет ясен из контекста.
Рис 8.1. Система отладки МПУ (общий случай)
На рисунке 8.1 показана наиболее часто встречающаяся структура системы отладки. В эту систему входят:
инструментальная ЭВМ (ИЭВМ). Чаще всего в этой роли выступает персональный компьютер IBM PC. Назначение ИЭВМ – подготовка, трансляция и построение отлаживаемой программы, управление процессом отладки и роль интерфейса отладочного устройства;
отладочное устройство. Как правило, в роли отладочного устройства выступает эмулятор того или иного типа. В некоторых случаях отладочное устройство выполнено в виде одной платы и входит в состав ИЭВМ. Такое отладочное устройство обычно называется внутренним или встраиваемым. В этом случае существенно снижается цена отладочного устройства, так как отпадает необходимость в корпусе и блоке питания. Однако, из-за дефицита места на плате стандартного размера, у таких устройств обычно отсутствует гальваническая развязка между ИЭВМ и объектом отладки. Из-за этого не исключается возможность попадания высокого напряжения из объекта отладки внутрь ИЭВМ. Подобное может произойти как следствие неадекватных действий отлаживаемых ПС или из-за сбоев отлаживаемых АС.
Объект отладки. Им, как правило, является отлаживаемое МПУ. На завершающих этапах отладки к МПУ подключается объект управления – то самое оборудование, для которого и разрабатывается МПУ.
В ряде случаев использование реального объекта управления при отладке не возможно. Такая ситуация может возникнуть из-за:
больших размеров (например – разрабатывается модуль управления подъемным краном);
возможности разрушения оборудования при неизбежных в процессе отладки сбоях АС и ПС;
из-за крайней опасности для объекта управления тех режимов работы МПУ, которые и подлежат отладке.
Например, для адекватной проверки работы системы управления при аварии необходимо эту аварию реально вызвать. В противном случае останется вероятность, что в случае реальной аварии реальные датчики и исполнительные устройства будут действовать не так, как заложено в ПС.
В таких случаях приходится применять более сложный отладочный комплекс, показанный на рисунке 8.2.
Рис 8.2. Система отладки МПУ (расширенный случай)
В этом случае к оборудованию добавляются:
Технологическая ЭВМ (одна или несколько), объединенные между собой локальной вычислительной сетью (ЛВС). Задача этих ТЭВМ – с помощью технологического оборудования имитировать поведение объекта управления на время отладки.
Технологическое оборудование. Предназначается для создания максимально правдоподобной копии объекта управления. Как правило, в нем стараются использовать датчики и исполнительные механизмы, аналогичные тем, которые используются в реальном объекте управления. Взаимодействие между ними осуществляется под управлением ПС ТЭВМ. Как правило, технологическое оборудование стараются создать таким образом, чтобы оно не столько имитировало сигналы датчиков (в этом случае существует риск неадекватной имитации), а воздействовало своими исполнительными устройствами на реальные датчики, идентичные тем, которые будут штатно поставлять информацию МПУ.
В некоторых литературных источниках ИЭВМ и все ТЭВМ объединяют в одно целое – в базовый вычислительный комплекс (БВК).