Монтаж и наладка микропроцессорных систем.

Термины и определения.

Симулятор - программное средство, способное имитировать работу микроконтроллера и его памяти.

Отладочный монитор - специальная программа, загружаемая в память 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.

Внутрисхемный эмулятор – программно-аппаратное средство, способное замещать собой эмулируемый процессор в реальной схеме.

Отладчик является своеобразным мостом между разработчиком и отладочным средством. Состав и объем информации, проходящей через средства ввода-вывода, доступность ее для восприятия, контроля, и, при необходимости, для коррекции и модификации напрямую зависят от свойств и качества отладчика.

Логические анализаторы — контрольно-измерительные приборы, предназначенные для сбора данных о поведении дискретных систем, для обработки этих данных и представления их человеку на различных уровнях абстракции. Они работают независимо и незаметно для испытуемых дискретных систем и применяются для их отладки и диагностирования МПС на всех этапах жизненного цикла.

Эмулятор ПЗУ - программно-аппаратное средство, позволяющее замещать ПЗУ на отлаживаемой плате, и подставляющее вместо него ОЗУ, в которое может быть загружена программа с компьютера через один из стандартных каналов связи.

Общая структура МПС.

Микропроцессор - центральная часть любой микропроцессорной системы (МПС) - включает в себя АЛУ и ЦУУ. реализующее командный цикл. МП может функционировать только в составе МПС. включающей в себя, кроме МП. память, устройства ввода вывода, вспомогательные схемы (тактовый генератор, контроллеры прерываний и ПДП. шинные формирователи, регистры-защелки и др.).

В любой МПС можно выделить следующие основные части (подсистемы):

- процессорный модуль;

- память;

- внешние устройства (внешние ЗУ + устройства ввода вывода);

- подсистему прерываний;

- подсистему прямого доступа в память.

Рис. 1.1. Структура МПС с интерфейсом "Общая шина"

Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации — ее перемещения, осуществления арифметических и логических операций по командам, которые он считывает из памяти.

Монтаж МПС.

Включает в себя следующие этапы:

- Установка и подключение управляющих микропроцессорных контроллеров в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

- Монтаж системы заземления микропроцессорной техники. Подготовка к проведению измерений.

- Монтаж соединительных муфт и разветвительных коммутационных устройств.

- Подключение и проведение тестирования входящих в системы микропроцессорной техники устройств отображения информации: видеотерминалов, алфавитно-цифровых дисплеев и т.п.

- Выявление и устранение дефектов в работе приборов

- Установка микропроцессорных устройств релейной защиты.

- Выявление и устранение дефектов в работе аппаратуры.

- ПНР смонтированного оборудования.

На каждом этапе проектирования микропроцессорной системы могут быть внесены неисправности людьми и приняты неверный проектные решения. Кроме того, в аппаратуре могут возникнуть дефекты. Средства отладки и диагностирования призваны обнаружить эти ошибки на самых ранних этапах. Под диагностикой будем понимать процесс определения причины появления ошибки по результатам тестирования, а под отладкой – процесс обнаружения ошибок и определение источников их появления по результатам тестирования при проектировании МПС. Отладка аппаратуры предполагает проверку отдельных устройств микропроцессорной системы — процессора, ОЗУ, контроллеров — путем подачи тестовых входных воздействий и съема ответных реакций. Тестовые входные воздействия и ответные реакции определяются исходя из спецификаций на устройств, а также структурных схем устройств. При этом проверяются реальная аппаратура прототипа, спецификации, структурные схем, отлаживаются тесты. Отладка программ микропроцессорной системы проводится, как правило, на тех же ЭВМ, на которых велась разработка программ, и на том же языке программирования, на котором написаны отлаживаемые программы. Она может быть начата даже при отсутствии аппаратуры микропроцессорной системы. При этом в системном программном обеспечении ЭВМ должны находиться программы (интерпретаторы или эмуляторы), моделирующие функции отсутствующих аппаратурных средств. Кроме того, при отладке программ может отсутствовать внешняя среда микропроцессорной системы, которую необходимо также моделировать.

К традиционным методам комплексной отладки аппаратуры и программного обеспечения микропроцессорных систем можно отнести следующие:

1.     схемная эмуляция, в том числе внутрисхемная, а также с использованием

режима ONCE (у микроконтроллеров фирмы Intel);

2.     эмуляция памяти программ;

3.     использование внутренних специальных средств микропроцессорных БИС

(например, BDM порта микроконтроллеров фирмы Motorola);

4.     использование внешних относительно целевой БИС аппаратных средств,

размещаемых на плате микропроцессорного контроллера;

5.     использование супервизора отладки, присоединяемого к плате

микропроцессорного контроллера на период отладки;

(разрабатывается в последнее время в качестве метода комплексной отладки).

Средствами отладки являются приборы, комплексы и программы, которые должны:

1.     управлять поведением системы или (и) ее модели на различных уровнях

абстрактного представления.

2.     собирать информацию о поведении системы или (и) ее модели,

обрабатывать и представлять на различных уровнях абстракции;

3.     преобразовывать системы, придавать им свойства контролепригодности

4.     моделировать поведение внешней среды проектируемой системы.

     Под управлением поведением системы или ее модели понимаются определение и подача входных воздействий для запуска или останова, для перевода в конкретное состояние последних.

Средства отладки и диагностирования.

В целом средства отладки и диагностирования можно разделить на 2 основные группы:

1.     Программные

2.     Аппаратно-программные

Программные средства:

1.     Программные симуляторы

2.     Мониторы отладки

3.     Интегрированная среда разработки

Аппаратно-программные средства:

1.     Внутрисхемные эмуляторы

2.     Платы развития (оценочные платы)

3.     Эмуляторы ПЗУ

4.     Логические анализаторы

5.     Сигнатурные анализаторы

6.     Комплексы диагностирования

Совокупность аппаратурных и программных средств, предназначенных для контроля работоспособности МПС, будем называть нструментальными средствами разработкии и отладки МПС. Инструментальные средства решают задачи генерации входных воздействий, генерации выходных реакций, регистрации выходных реакций МПС, сравнения выходных реакций и анализа результатов контроля. Метод аппаратной отладки относится к наиболее распространенным методам отладки устройств с микропроцессорами или микроконтроллерами, применение которых возможно с начальных стадий проектирования. Суть этого метода состоит в том, что программа отлаживается в реальном масштабе времени, а механизм отладки для нее прозрачен. Вся отладка выполняется на компьютере в удобном для пользователя виде.

Заключение.

Небольшие проекты можно, по всей видимости, разрабатывать только с помощью симулятора и ПЗУ-монитора, прибегая к помощи эмуляторов лишь в крайних случаях при решении сложных проблем. И в самом деле, в состав многих моделирующих пакетов сейчас входят версии симуляторов на базе мониторов. В проектах, где характеристики реального времени не являются главными, возможностей отладчика, входящего в состав симулятора, может быть вполне достаточно. Для более крупных проектов или проектов с жесткими требованиями реального времени лучшим вариантом, вероятно, будет отладчик их набора средств эмулятора.