В.Т. Рябов - Разработка и отладка программного обеспечения микропроцессорной системы управления, страница 2

Программный эмулятор (симулятор). Первичным инструментом для отладки приложений является симулятор. Это программа, которая выполняет программный код, используямодель микроконтроллера, и позволяет при этом программисту наблюдать за ходом выполнения программы. При этом можно узнать значения регистров, значения всех ячеек памяти, скоторым оперирует микропроцессор, на каждом шаге программы. Часто симулятор являетсячастью интегрированной среды программирования, где отладка программы происходит науровне исходного текста. Мы уже упоминали о таком способе выявления ошибок на логическом уровне.Основной недостаток отладки с помощью симулятора заключается в том, что не учитываются ограничения, накладываемые конкретной схемой связи микроконтроллера с объектом управления и конкретной реализацией механизма. Выше мы уже говорили, что такимметодом ошибок на физическом уровне не исправить.2.

“Жги и ломай”. Этот метод заключается в том, что программа запускается на готовоммикроконтроллере со схемами связи и на конкретном механизме. Затем анализируется то,как исполнительный механизм управляется программой и принимается решение о коррекциипрограммы, устройства сопряжения, либо механизма. Недостатком метода является большаявероятность выхода механизма из строя и, самое главное, длительность цикла исправления-5-ошибок, ведь РПЗУ следует перепрограммировать, а это часто занимает длительное время.3.

Эмуляция РПЗУ. Заключается в том, что к обыкновенному ОЗУ прикрепляют батарейку (таким образом, ОЗУ превращается в РПЗУ). Затем эту микросхему подключают к компьютеру, записывают на нее исследуемую программу и устанавливают ее на место РПЗУ. Засчет такого подхода сокращается время на перепрограммирование РПЗУ, но не устраняетсяограниченный сервис в проведении отладки. Приходится использовать сторонние отладчики,возникают проблемы с их работой в реальном времени. Сейчас этот метод практически неиспользуют.4. Отладочный микропроцессорный комплект или прототип.

В настоящее время рядомфирм выпускается большое количество семейств однокристальных микроконтроллеров. Это,пожалуй наиболее распространенное сейчас семейство MCS-51, различные семейства PICмикроконтроллеров фирмы MicroChip, фирмы Motorola, TexasInstruments, Maxim и др. Подсемейством понимают обычно микроконтроллеры с единой системой команд, отличающиесядруг от друга объемом памяти, конфигурацией внешних выводов (портов), ориентацией науправление теми или иными объектами и т.п. Внутри каждого семейства выпускают сейчастак называемые отладочные модули или прототипы.

На таком прототипе установлен микроконтроллер с минимальным внешним окружением, создающим вычислительное ядро САУ.Имеется канал связи с инструментальной ЭВМ и микроконтроллером, позволяющий записывать в память МК отлаживаемую программу и проводить ее отладку. Для поддержки этогопроцесса на кристалле МК «зашита» коммуникационная программа, часто бывает и достаточно развитый отладчик. Рядом с вычислительным ядром расположена макетная область, накоторой пользователем могут быть созданы прототипы элементов УСО.После отладки управляющей программы на логическом и физическом уровне на основепрототипа обычно разрабатывают «серийный» контроллер, хотя, для единичных экземпляров часто ограничиваются и прототипным образцом.5.

Программно-аппаратный эмулятор. Наиболее сложным и дорогим инструментом дляотладки программ является эмулятор. Эмулятор – это устройство, которое заменяет микроконтроллер в схеме и выполняет программу под управлением программиста. Главное отличие от предыдущего прототипа микроконтроллера в том, что там вокруг микроконтроллераформировалось УСО и система энергообеспечения исполнительных механизмов. Здесь же заоснову берется законченный контроллер с УСО и энергообеспечением и в колодку, в которой в последующем будет размещен штатный микроконтроллер, вставляются выводы программно-аппаратного эмулятора.Хороший, так называемый полный эмулятор, содержит специальный эмуляторный кристалл, который подсоединяется к ведущему компьютеру или рабочей станции. Эмуляторныйкристалл – это специальный кристалл, обеспечивающий легкий доступ к его памяти программ извне. Память программ этого кристалла представляет из себя обычно статическоеОЗУ или сравнительно легко перепрограммируемую флешпамять.

Вне стандартной зоны адресов памяти программ расположена программа – монитор, обеспечивающая связь с персональной ЭВМ, поддерживающей процесс отладки. В ЭВМ работает программа – эмулятор.Она во взаимодействии с монитором отражает содержимое рабочих регистров микроконтроллера, регистров специальных функций, зоны памяти программ и данных, состояние таких устройств микроконтроллера, как таймеры и приемопередатчики, позволяет изменятьсостояние этих устройств и памяти, обеспечивает пошаговый режим работы микроконтроллера, расставляет и следит за безусловными и условными точками останова, проводит трассировку переменных управляющей программы и ОЗУ.

Наконец, следит за временем выполнения программы. Выпустить такой кристалл под силу только фирмам, выпускающим основную серию, да и то не всем, поскольку он сложнее серийного. Такой эмулятор полностьюимитирует работу микроконтроллера, включенного по портовой или шинной архитектуре, ненакладывая никаких ограничений.На другом полюсе расположен простой эмулятор, состоящий из двух стандартных микроконтроллеров. Один из них выполняет функции эмуляции, но работает не с резидентнымРПЗУ, а с внешней памятью программ, представляющей из себя статическое двупортовое-6-ОЗУ, способное взаимодействовать одновременно или почти одновременно с двумя источниками чтения и записи.

Другой микроконтроллер содержит программу монитор, также работающую с двух портовым ОЗУ и выполняющую во взаимодействии с программой эмулятором выше стоящей персональной ЭВМ все перечисленные ранее функции отладки. Такойэмулятор может прекрасно справиться с эмуляцией микроконтроллера, включенного пошинной архитектуре, но все же, несмотря на все ухищрения, не вполне адекватен микроконтроллеру в портовой архитектуре.При отладке нашей программы мы будем пользоваться именно таким эмулятором MCS52. Почему 52, а не 51? Очевидно, такое название взято, чтобы не нарушать авторские правафирмы Intel.2.

ПРАВИЛА НАПИСАНИЯ ПРОГРАММ НА ЯЗЫКЕ АССЕМБЛЕРИсходный текст программы на языке Ассемблер имеет определенный формат. Каждаякоманда представляет собой строку четырехзвенной конструкции:МЕТКА - ОПЕРАЦИЯ - ОПЕРАНДЫ – КОММЕНТАРИЙ.МЕТКА: В поле метки размещается имя ячейки памяти, в которой хранится отмеченнаякоманда или операнд. Метка представляет собой буквенно-цифровую комбинацию, начинающуюся с буквы латинского алфавита.

Длина метки не должна превышать шести символов. Метка всегда завершается двоеточием (:). В качестве символических имен и меток нельзя использовать мнемокоды команд псевдокоманды и операторы Ассемблера, а также мнемонические обозначения регистров и других внутренних блоков ОМЭВМ.ОПЕРАЦИЯ: В поле операции записывается мнемоническое обозначение командыОМЭВМ или псевдокоманды Ассемблера, которое является сокращением полного английского наименования выполняемого действия.ОПЕРАНДЫ: В этом поле определяются операнды, участвующие в операции.Звенья разделены между собой произвольным числом пробелов.Команды языка Ассемблер могут быть без операндов, одно или двуоперандными.

Операнды разделяются запятой. Операнд может быть задан непосредственно или в виде его адреса (прямого или косвенного). Непосредственный операнд представляет собой число илисимволическое имя с обязательным указанием префикса непосредственного операнда (#).Прямой адрес операнда может быть задан мнемоническим обозначением, числом или символическим именем. Указанием на косвенную адресацию служит префикс (@). Используемыев качестве операндов символические адреса и метки должны быть определены, а числа представлены с указанием системы счисления, для чего применяют суффикс (буква, стоящая после числа: (В) - для двоичной, (Q) - восьмеричной, (Н) - шестнадцатеричной, (D) - десятичной систем счисления).КОММЕНТАРИЙ: Поле комментария используется для текстового или символическогопояснения логической организации прикладной программы.

Поле комментария полностью игнорируется транслятором языка Ассемблер, поэтому в нем допустимо использовать любыесимволы. По правилам языка Ассемблер поле комментария начинается после точки с запятой.Транслятор языка Ассемблер преобразует исходную программу в объектные коды. Дляболее точной трансляции необходимо указать некоторые дополнительные параметры. Всюэту информацию программист вставляет в исходный текст прикладной программы в видепсевдокоманд языка Ассемблер, которые управляют процессом трансляции и не преобразуются в объектные коды программы.Например, псевдокоманда ORG 10Н задает транслятору адрес ячейки памяти 10Н, в которой расположена следующая за ней команда прикладной программы.3. СИСТЕМА КОМАНД ОМЭВМ К1816ВЕ51Система команд ОМЭВМ К 1816ВЕ51 содержит 111 базовых команд, которые, по функциональному признаку можно разделить на группы:- передачи данных;- арифметических операций;-7-- логических операций;- передачи управления;- операции с битами.По размеру команды можно разделить на однобайтные и двухбайтные; по длительностивыполнения - на одно- и двух цикловые.Команды ОМЭВМ могут выполнять операции над операндами четырех типов:- биты;- 4-битные цифры (тетрады);- байты;- слова.ОМЭВМ имеет 128 программно-управляемых битов (адреса 20Н...2FН РПД), для адресации которых используется 8-битный адрес.Четырехбитные операнды используют только при операциях обмена.