8.5.1. Программные системы моделирования

Симуляторы (программно-логические модели) микропроцессоров и микроконтроллеров, используемые при отладке программ, редко поставляются в виде отдельных средств поддержки программирования. Обычно они входят в состав отладчиков.

Отладчики являются основным инструментом разработчика программного обеспечения, без которого практически невозможно получить работоспособные объектные модули рабочей программы. Отладчик реализует различные режимы выполнения транслированной про- граммы — пошаговый или с остановами в контрольных точках, позволяет производить про- смотр и коррекцию содержимого регистров и ячеек памяти, обеспечивает в точке останова контроль выполнения предыдущих шагов программы (просмотр трассы), дисассемблирова- ние команд. Отладчик воспринимает программу на уровне исходного кода или в симноличе- ском виде, с использованием введенных разработчиком имен и меток. Симнолические отлад- чики являются наиболее удобным средством отладки, так как они представляют и воспри- нимают информацию в наиболее наглядной и удобной для программиста форме.

Помимо симулятора, отладчики содержат обычно компоновщик-загрузчик объектного кода, библиотеки стандартных функций (вычисление специальных и тригонометрических функций, обработка чисел с плавающей точкой и другие). Для визуализации состояния системы на экране монитора современные отладчики используют многооконный графи- ческий интерфейс. Многие отладчики могут работать не только с симуляторами, но и реа- лизуют интерфейс со схемными эмуляторами, т. е. с реальными микропроцессорами или микроконтроллерами в процессе комплексной отладки системы.

8.5.2. Прототипные платы

Этот класс средств проектирования микропроцессорных и микроконтроллерных систем является наиболее многочисленным. Условно их можно разделить на следующие типы:

• системные комплекты (evaluation kit — набор размещенных на плате аппаратных средств, достаточных для реализации несложных систем;

• отладочные платы и системы (evaluation board,system)— размещенные на плате про- граммно-аппаратные комплексы, обеспечивающие моделирование и отладку систем различного назначения на базе определенных моделей микропроцессоров или микро- контроллеров;

• целевые платы ( target board) — программно-аппаратные комплексы, ориентированные на использование после отладки в качестве прототипной системы;

• одноплатные компьютеры и контроллеры (single-board computer,controller) — конструк- тивные комплексы, предназначенные для использования в качестве базовых модулей при реализации целевых систем промышленного применения.

Эти средства могут использоваться для следующих целей:

• изучение функционирования определенных моделей микропроцессоров и микроконт- роллеров, получение навыков их практического применения;

• тестирование и отладка программного обеспечения систем на реальных образцах мик- ропроцессоров (микроконтроллеров);

• комплексная отладка макета системы, используемого затем в качестве образца для реализации прототипной системы;

• сборка и отладка прототипной или целевой системы, в состав которой входят платы развития в качестве базовых модулей.

Практически все типы плат развития содержат в своем составе порты для подключения управляющего персонального компьютера. Чаще всего для этой цели используется последовательный обмен по стандарту RS-232. Ряд типов отладочных и целевых плат имеют также отдельное поле для макетирования пользователем дополнительных устройств с помощью проводного монтажа.

Ввиду большого разнообразия областей и способов применения номенклатура выпускаемых плат развития очень широка и четкие границы между их типами отсутствуют. Во многих случаях отладочные платы могут использоваться в качестве целевых, а одноплатные компьютеры часто служат средствами отладки прототипных систем. В данном разделе приводится краткое описание отдельных типичных представителей этого класса средств проектирования /отладки.

Отладочные платы серии М68НСО5EVM, производимые фирмой "Motorola", служат для проектирования/отладки систем на базе семейства М68НСО5. Ввиду большой номенклату- ры этого семейства выпускается несколько типов таких плат для различных серий микро- контроллеров. Платы комплектуются соответствующими типами микроконтроллеров эму- ляционной памятью емкостью 8 или 16 Кбайт содержат резидентный отладчик позволяю- щий выполнять отладку программ без использования управляющего компьютера. Порты микроконтроллера выведены на внешние разъемы платы, что дает возможность подключать к ней различные периферийные устройства. На плате расположен также программатор, который позволяет переписывать отлаженную программу в ПЗУ микроконтроллера, используемого в прототипной системе. Два отдельных последовательных порта типа RS-232 обеспечивают подключение к ней управляющего компьютера и монитора.

В режиме автономной отладки плата М68НСО5EVM работает совместно с внешним мони- тором под управлением резидентного отладчика. При этом управление осуществляется с клавиатуры монитора, информация о состоянии системы выводится на экран его дисплея, отладка программы реализуется с помощью однострочного ассемблера — дисассемблера. При работе под управлением персонального компьютера может быть использован полный комплект программных средств проектирования/отладки. Имеющийся набор разнообразных плат развития помогает разработчику спроектировать и отладить макет или опытный обра- зец системы, а в ряде случаев позволяет собрать рабочую систему из готовых модулей. При проектировании сложнофункциональных систем целесообразно использовать серийно вы- пускаемые SBC и различные периферийные модули, ориентированные на мезонинную тех- нологию. Стандартизация этих изделий, их широкая номенклатура и высокие технические характеристики позволяют достаточно быстро собирать на их основе системы различного назначения. Для таких SBC и модулей имеется достаточно развитое программное обеспече- ние, что также упрощает и ускоряет создание системы, готовой для применения в реальных условиях. Поэтому платы развития, реализующие мезонинную технологию, наиболее перс- пективны для построения сложнофункциональных целевых систем.

Особенно следует отметить перспективность использования при разработке АС мезонинной технологии, которая унифицирует размеры и интерфейс базовой платы-носителя и размещаемых над ней небольших плат — мезонинов (типичный размер 45х99 мм). Одна плата-носитель несет от 2 до 12 мезониноз. Каждый мезонин соединяется с носителем двумя разъемами, которые выполняют также функции механических держателей. Один из разъемов подключается к локальной шине платы-носителя, функциональное назначение контактов второго разъема определяется типом мезонина, который может содержать многоканальную систему ввода/вывода, сетевые адаптеры и другие устройства. Используя серийно выпускаемые рядом производителей платы-носители и набор мезонинов, разработчик может быстро реализовать сложнофункциональные целевые системы для разнообразных применений.

Лидерами в этой области являются фирмы "GreenSpring Computers (США) и "PEP Modular Computers (Германия), которые выпускают большую номенклатуру плат-носителей и мезонинов. Интеллектуальные платы-носители представляют собой одноплатные ком- пьютеры или контроллеры, реализованные на базе высокопроизводительных микропро- цессоров (МС68ОЗО, МС68040 и др.) или микроконтроллеров (МС68332, МС68З6О и др.), которые имеют связь с персональным компьютером. Такие носители могуг выполнять фун- кции плат развития и использоваться в составе прототипных и целевых систем. Серийно выпускаемые мезонины (их около 300 типов) выполняют функции дополнительной памяти и различных периферийных устройств: параллельных и последовательных портов, таймеров-счетчиков, АЦП и ЦАП, сетевых и шинных контроллеров и др. При необходимости раз- работчик может самостоятельно спроектировать мезонин, выполняющий функции, которые необходимы для прототипной или целевой системы.

Таким образом, мезонинная технология является наиболее эффективным средством разработки АС современных электронных систем различного назначения, позволяя кон- фигурировать их из стандартных плат при минимальных затратах времени и средств на разработку дополнительных АС.