МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

____________________________________________________

ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОВ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Методические указания к лабораторным работам

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2013

1

УДК 004.318-181.4

Применение микропроцессоров в информационно-измерительной технике: Методические указания к лабораторным работам/ Сост.: Е. О. Грубо, П. Г. Королев, Р. Ю. Марченков. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. 32 с.

Изложены основы работы в интегрированной среде разработки Eclipse для решения задач, связанных с созданием встроенного программного обеспечения для микроконтроллеров семейства ARM7, в частности

AT91SAM7S.

Предназначены для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 200106.68 «Приборостроение» дневной формы обучения.

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний

СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Лабораторный стенд

Лабораторный стенд (рис. 1) представляет собой персональный компьютер с подключённой к нему отладочной платой, которая питается либо от интерфейса USB (5 В), либо адаптера постоянного тока (6 В). На отладочной плате располагаются микроконтроллер AT91SAM7S и необходимые для его работы электронные компоненты (на рисунке не обозначены). К микроконтроллеру подключены две кнопки общего назначения, кнопка сброса контроллера, 2 светодиода общего назначения, светодиод наличия питания, потенциометр и терморезистор. В правой части платы находится монтажная область, которая на некоторых отладочных платах может быть занята дополнительным оборудованием.

Рис. 1. Структурная схема лабораторного стенда

Для взаимодействия с отладочной платой (записи программ в ПЗУ, выполнения отладки) к компьютеру через интерфейс USB подключён програм- матор-отладчик, который в свою очередь подключён к микроконтроллеру через разъём интерфейса JTAG.

При работе с лабораторным стендом следует бережно относиться к составляющим его компонентам, особенно к отладочной плате. Следует избегать возможного воздействия статического электричества на плату через то-

копроводящие элементы. Запрещается касаться руками и токопроводя-

щими предметами любых частей платы, за исключением кнопок общего назначения и потенциометра.

3

Средства разработки программного обеспечения Интегрированная среда разработки программного обеспечения (или

просто «среда разработки») – набор программных средств, предназначенный для создания программного обеспечения. В англоязычной литературе данный термин часто обозначается аббревиатурой IDE (от англ. «Integrated development environment»).

Любая среда разработки, как правило, включает в себя следующие компоненты: текстовый редактор, компилятор, компоновщик (редактор связей), средства автоматизации построения программ, отладчик.

Текстовый редактор предназначен для создания и редактирования текста программы, представленной на некотором языке программирования и хранящейся в одном или нескольких файлах. Текст программы при этом ча-

сто называют исходным текстом, или исходным кодом.

Компилятор – это программное средство, которое преобразует исходный текст программы в последовательность команд для конкретной ЭВМ. Компилятор, как правило, работает с отдельными частями (модулями) исходного текста программы (представленными в виде отдельных текстовых файлов). Набор команд для ЭВМ, полученный в результате обработки каждого исходного фала программы, размещается в так называемых объектных файлах. В них также содержится служебная информация, которая позволяет объединить несколько объектных файлов в один итоговый файл с машинными инструкциями, который затем исполняется на конкретной ЭВМ. Процесс объединения объектных файлов называется компоновкой и выполняется ком-

поновщиком (также иногда называемым редактором связей).

Итоговую последовательность команд для ЭВМ называют машинными инструкциями, инструкциями в машинном коде, или иногда просто «ин-

струкциями». Файл, в котором содержатся машинные инструкции, называют исполняемым файлом, а весь процесс его получения – сборкой (или построением).

Таким образом, работа компилятора и компоновщика должна быть согласована: сначала исходные файлы поочерёдно обрабатываются компилятором, затем компоновщик объединяет получившиеся объектные модули. Поскольку компилятор и компоновщик, как правило, являются отдельными программами, вызывать их каждый раз последовательно «вручную» не очень удобно. Задача автоматизации этого процесса решается средствами авто-

4

матизации сборки (также называемыми средствами автоматизации построения программ). Они настраиваются под конкретную задачу (программу) и управляют вызовом компилятора и компоновщика, передавая им исходные данные (файлы) в нужной последовательности.

Процесс написания программы неразрывно связан с поиском, обнаружением и устранением ошибок в ней. Ошибки, существующие на уровне исходного кода (например, опечатки, использование неправильных конструкций языка программирования), обнаруживаются при построении программы и сопровождаются выдачей на экран диагностического сообщения, указывающего на место обнаружения ошибки в исходном тексте программы.

К другому виду ошибок, которые могут встречаться в программе, относятся логические ошибки, проявляющиеся во время выполнения программы. Они заключаются в том, что программа работает не так, как было определено заданием (например, выдаёт неверные результаты вычислений). Для поиска ошибок подобного рода используется отладчик. Отладчик позволяет управлять выполнением программы на ЭВМ (например, производить пошаговое исполнение программы) и наблюдать за соответствующими изменениями состояния ЭВМ. Процесс поиска ошибок с использованием отладчика называ-

ется отладкой.

Знакомство со средой разработки Eclipse

Среда разработки Eclipse – это модульная расширяемая среда разработки. Часто разделяют понятия Eclipse как платформы и Eclipse как некоторого программного средства, построенного на этой платформе. Одним из таких программных средств является среда разработки Eclipse CDT (C/C++ Development Tooling). По сути, это платформа Eclipse с определённым набором модулей расширения, делающих её ориентированной на разработку программ преимущественно на языках Си и Си++. Эта же среда поддерживает работу с исходными текстами на языке ассемблера.

Начало работы в Eclipse

Для начала работы в Eclipse вызовите меню «Пуск», перейдите в раздел «Программы» и далее – в раздел «Eclipse ArmDev». Запустите Eclipse одиночным щелчком левой клавишей мыши по пункту меню Eclipse.

Если на рабочем столе был создан ярлык для запуска Eclipse, то можно запустить Eclipse двойным щелчком левой клавишей мыши при нахождении

5

указателя над ярлыком. Появится заставка и диалог выбора рабочей области

(рис. 2).

Рабочие области и проекты

Одним из ключевых понятий при работе в Eclipse является понятие рабочей области (workspace). Рабочая область – это директория, в которой хранятся настройки среды Eclipse и ссылки на директории проектов. При создании новой рабочей области Eclipse создаёт в указанной директории специальную папку «.metadata», в которой и хранятся все настройки.

Диалог выбора рабочей области (рис. 2) служит как для выбора созданных ранее рабочих областей, так и для создания новых. Введите полный путь к директории, указанной преподавателем. Для удобства выбора пути можно использовать кнопку «Browse...». После ввода пути нажмите кнопку «ОК». Если по указанному пути ещё ни разу не была создана рабочая область, Eclipse создаст её, разместив в каталоге служебную директорию «.metadata». В противном случае будет использоваться существующая рабочая область.

Рис. 2. Диалог выбора рабочей области

Примечание. Если при запуске Eclipse не появилось диалоговое окно с предложением выбрать рабочую область, используйте меню File → Switch Workspace → Other.

Каждой бригаде, выполняющей лабораторные работы, рекомендуется создать и в дальнейшем использовать одну рабочую область для всех лабораторных работ. При этом имя директории рабочей области должно содержать номер бригады.

Панели отображений

Содержимое окна Eclipse состоит из нескольких панелей, называемых панелями отображения, или видами (view). Каждая панель отображения

6

имеет вид закладки с крестиком и поля с содержанием. В левой части окна располагается панель «Обозреватель проектов» (Project Explorer) (рис. 3, поле 1). Обозреватель проектов предназначен для отображения содержимого одного или нескольких проектов, подключённых к рабочей области. В центре окна находится область редактора (рис. 3, поле 2), которая предназначена для отображения файлов, открытых для редактирования. В нижней части окна располагается область с панелями «Console» («Консоль») и «Problems» («Неполадки») (рис. 3, поле 4), предназначенная для вывода журнала сборки программы и обнаруженных ошибок.

Таким образом, на рис. 3 можно заметить панели отображения «Project Explorer», «Problems», «Console» и «Outline» («Схема»). Причём панели

«Problems» и «Console» разделяют между собой одну область.

Рис. 3. Eclipse в режиме редактирования

Переключение между ними осуществляется выделением соответствующей закладки панели. Открытые панели отображений можно перемещать внутри окна Eclipse, изменять их размеры, располагать в общих областях с другими панелями, закрывать и добавлять.

7

– сохранить текущий редактируемый файл;

– сохранить все изменённые файлы;

– построить проект;

– запуск программы в режиме отладки;

– запуск программы;

– кнопки навигации по исходному тексту программы;

Рис. 4. Панель инструментов

Список всех панелей отображения Eclipse доступен в меню Window → Show View, поэтому, если вы случайно закрыли какую-либо панель, следует обратиться к данному меню, чтобы вернуть её обратно.

Режимы

Набор панелей отображения и их расположение внутри окна Eclipse будем называть режимом (в Eclipse для этого используется термин Perspective). В верхнем правом углу окна (рис. 3, поле 3) располагается панель переключения режимов. При первом запуске Eclipse в новой рабочей области происходит автоматическое переключение в режим редактирования. Этот режим предназначен для редактирования исходного текста программ, вызова построения программы и управления проектами. В панели переключения режимов он обозначен кнопкой с надписью «C/C++». Второй наиболее важный режим – режим отладки – предназначен для отладки программы.

Переключитесь в режим отладки, используя меню Window → Open Perspective → Debug. Посмотрите, как изменится содержимое окна Eclipse.

Обратите внимание, что набор панелей отображения, видимых в окне Eclipse, изменился. Теперь отображаются панели «Registers» («Регистры»), «Disassembly» («Дизассемблер»), «Debug» («Отладка»).

После активации режима отладки в панели переключения режимов добавится кнопка «Debug» в нажатом состоянии, означающая, что в данный момент времени активен именно этот режим.

Для возвращения в режим редактирования нажмите кнопку «C/C++» на панели переключения режимов.

8