Бродин В. Б., Шагурин И. И. Микроконтроллеры (1999) (1095894), страница 59
Текст из файла (страница 59)
На этом этапе явно или неявно формулируются требования к типу используемого микропроцессора или микроконтроллера. Этап разработки алгоритма управления является наиболее ответственным, поскольку ошибки этого этапа обнаруживаются прн испытаниях законченного изделия и приводят к дорогостоящей переработе всей системы управления. Прорабатывается несколько вариантов алгоритма, обеспечивающих выполнение технических требований с использованием наработанных ранее функционально-топологических модулей. Основные варианты отличаются соотношением объема программного обеспечения и аппаратуры.
Критерием выбора является максимальное увеличение программы и уменьшение аппатуры при обеспечении заданных показателей быстродействия и надежности в полном диапазоне эксплуатационных воздействий. Часто определяющим требованием является возможность размещения кода управляющей программы во внутренней памяти микроконтроллера, что позволяет обеспечить ее защиту.
На этом этапе окончательно определяется тип микропроцессорной БИС и важнейших схем обрамления (Лаз!т-памяти, ПЛИС, програмируемых интерфейсов, АЦП и т.п.). На этапе разработки структуры микропроцессорного контроллера окончательно определяется состав имеющихся и подлежащих разработке аппаратных модулей, протоколы обмена между модулями, типы разъемов. Поскольку контроллер встраивается в изделие, выполняется предварительная проработка конструкции плат. В части программного обеспечения определяется состав и связи программных модулей, язык программирования.
На этом же этапе производится выбор средств проектирования и отладки. Содержание этапов разработки исходного текста программы, трансляции и отладки логических связей на модели существенно зависит от используемых системных средств. В настоящее время ресурсы микропроцессоров и даже 8-разрядных микроконтроллеров достаточны для поддержки программирования на языках высокого уровня.
Это позволяет использовать все преимущества структурного программирования, разрабатывать программное обеспечение как проект с использованием раздельно транслируемых модулей. Одновременно продолжают широко использоваться языки уровня 308 МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ: АРХИТЕКТУР ЛРОГРАММИРОЕАНИ ИНТЕРФЕЙС ассемблера, особенно при необходимости обеспечить контролируемые интервалы времени. Задачи предобработки данных часто требуют использования вычислений с плавающей точкой, трансцендентных функций. В настоящее время самым мощным средством разработки программного обеспечения для контроллеров являются интегрированные кросс-системы программирования на языках высокого уровня типа Паскаль, Си.
Система Паскаль-51, например, включает редактор текста, компилятор с редактором связей, библиотеку стандартных функций периода выполнения и символический отладчик. Такие системы позволяют резко сократить затраты времени на создание и коррекцию программного обеспечения, что весьма важно, поскольку на рис. 4,2 видно, что эти этапы составляют внутренний, наиболее часто повторяющийся цикл в последовательности этапов разработки микропроцессорной системы. Другой внутренний цикл, выполняемый параллельно, составлятот этапы создания аппаратуры: разработка общей принципиальной схемы и разводка топологии плат, монтаж макета н его автономная отладка.
Эти этапы можно считать завершенными после того, как «оживает» магистраль микропроцессорной системы и через нее можно обратиться к памяти и блокам ввода-вывода. Время выполнения этих этапов зависит от имеющегося набора опробованных функционально-топологических модулей и квалификации разработчика. Распространенными системами проектирования (СА1)— соотг сет а1т)ес1 дез1яп), используемыми на этапе ввода принципиальной схемы и разработки топологии являются РСАП (ЕССЕИ Е1)А) и ОгСае1. Эффективность их использования значительно зависит от имеющегося у разработчика объема библиотек используемых элементов.
Этап совместной отладки аппаратуры и программного обеспечения в реальном масштабе времени является самым трудоемким и обязательно требует использования таких высокопроизводительных средств (т1ече!ортттеп1 еоо!з), как схемный эмулятор, эмулятор ПЗУ, логический анализатор и генератор программируемых последовательностей. Выбор одного из перечисленных средств обусловлен используемым методом отладки. Этап завершается, когда аппаратура и программное обеспечение совместно обеспечивают выполнение всех шагов алгоритма работы системы. В конце этапа код программы управления «зашивается» с помощью программатора в энергонезависимую память и проверяется работа контроллера без участия эмулятора. Отладка на этом этапе ведется в лабораторных условиях с питанием от источника, обеспечивающего максимальную защиту аппаратуры.
Часть внешних источников информации может моделироваться. Этап интеграции контроллера в объект управления заключается в повторении работ по совместной отладке аппаратуры и управляющей программы, но при работе в собственном отсеке изделия, питании от штатного ис- ГЛАЗА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ МИКРОП ЕССОРНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ 309 точника, с информацией от штатных устройств и датчиков. Осложнения, как правило, возникают из-за электромагнитной несовместимости исполнительных устройств, разработанных ранее, с микропроцессорной системой управления. Много времени на этом этапе уходит на ликвидацию одиночных сбоев.
Эту проблему можно решить с помощью программного резервирования, но только при наличии резерва памяти программ. На этом же этапе проводится и калибровка прибора с занесением параметров во 1!азЬ-память. Испытания изделия с микропроцессорным контроллером можно разделить на комплексные и специальные. Особенностью комплексных испытаний является то, что для наблюдения за микропроцессорным контроллером в реальных условиях не всегда применимы лабораторные средства отладки. Автономные отладочные средства менее развиты и при этом существенно дороже.
Специальные испытания (на электромагнитную совместимость, климатические и т.п.) проводятся по обычным методикам. После успешного проведения испытаний появляется файл с окончательной версией кода управлятощей программы для программатора или для завода-изготовителя микроконтроллеров, который осуществляет масочное программирование внутренней памяти программ.
4.2. Средства проектирования микропроцессорных контроллеров Комплекс инструментальных средств, необходимых для проектирования и отладки микропроцессорных контроллеров, включает: + средства разработки програмного обеспечения; Ф средства ввода принципиальной схемы и проектирования топологии пе- чатной платы; ч средства автономной отладки аппаратуры; КЬ средства совместной отладки аппаратуры и программного обеспечения в реальном масштабе времени; + средства программирования БИС памяти программ и программируемой логики. Общепринятым подходом в настоящее время является использование в качестве ведущего процессора (йозГ-ргосеззог) инструментальных средств персональной ЭВМ типа 1ВМ РС (рис.
4.3). Это позволяет разработчику инструментария переложить на нее общесистемные задачи и сосредоточиться в каждом случае на реализации специфических функций проектирования и отладки. Одновременно персональная ЭВМ служит в качестве объединяющего МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ' АРХИТЕКТУРА ЛРОТРАММИРОЕАНИ ИНТЕРФЕЙС З1О ядра, в том числе конструктивного, и средством коммуникации в вычислительных сетях. Пользователь при этом получает возможность, помимо средств проектирования, пользоваться широким набором прикладного программного обеспечения для МБ 1)ОЯ и тА 1пдотуз. Рис. 4.3. Структура комплекса средств для разработки и отладки микропроцессорных контроллеров Перечисленные выше группы средств проектирования и отладки включают приборы и системы различной категории сложности и стоимости.
Далее мы рассмотрим профессиональные средства, обеспечивающие максимальную поддержку разработчику и позволяющие создать изделие с микропроцессорной системой управления в запланированные сроки и в пределах утвержденной сметы затрат. В качестве средства ввода принципиальной схемы и разводки топологии печатной платы на персональных ЭВМ типа 1ВМ РС используются системы проектирования типа РСАП (АССЕ1. ЕПА) и ОгСад. Для автономной отладки аппаратуры используются традиционные приборы: осциллогаф, логический пробник и т.д. Эти группы средств проектирования и отладки мы рассматривать не будем. 4.2. т.
Средства разработки програмного обеспечения В настоящее время проектировщику доступны средства разработки программного обеспечения, поддерживающие все этапы процесса. Прежде всего следует отметить, что средства программирования микропроцессорных систем делятся на резидентные и кросс-средства. Резидентные средства формируют исполняемый код, который может быть выполнен инструметальной ЭВМ. Это возможно в тех случаях, когда контроллер выполнен на микропроцессоре, причем той же серии, что и микропроцессор инструментальной 312 МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙС Команды верхней строки позволяют выбрать рабочий файл (Рт!е) и микропроцессорное семейство (5е!есс-()еу!се), запустить информационно-справочную процедуру (Тоо!Е), сконфигурировать оболочку (Орг1опз), получить справочную информацию по системе (Не!р).
Команды пиктографического меню дублируют опции сервисной команды Тоо!з и позволяют получить информацию определенного типа о выбранном блоке микроконтроллера и создать фрагменты рабочей программы. Наиболее интересны команды Н11.1гез, Рег(РЬега!, Кей(згег и 1мсгисе1ОГтз. Первая из них выдает краткую характеристику блока, вторая вызывает редактор (процедуру) конфигурации блоков ввода-вывода микроконтроллера. В интерактивном редакторе конфигурации можно определить режим работы блока, после чего будет автоматически сформирован фрагмент исходного текста на выбранном языке для инициализации этого блока. Команда Кея1згег вызывает редактор (процедуру) конфигурации регистров управления выбранного блока. В диалоговом экране отображатотся все регистры с описанием их функций, имен и адресов, отдельных битов.
Этот редактор работает вместе с предыдущим и позволяет более детально изучить режимы работы блока. По команде 1пзггосг1опз открывается окно со справочной информацией о командах, связанных с выбранным блоком. Указывается формат каждой команды, время выполнения при определенной тактовой частоте. Это дает возможность уточнить синтаксис и длительность командного цикла. Программы типа АрВ(Л1.1гЕК не следует переоценивать, средства этого уровня играют роль демонстрационную и учебную, помогают быстро ознакомиться с возможностями определенного семейства микропроцессоров или микроконтроллеров. Традиционные пакеты инструментальных программ для микропроцессоров и микроконтроллеров представляют собой наборы кросс-программ, обеспечивающих трансляцию исходных текстов рабочих программ с языков Паскаль, Си, РЕ/М, Ассемблер в перемещаемый объектный код, последующую компоновку отдельных модулей в единую программу и размещение ее по абсолютным адресам памяти программ.
Последовательность этапов разработки программного обеспечения контроллера на основе семейства МС5-51 с использованием пакета кросс-программ фирмы! псе! для программирования на языке Р1.М-51 иллюстрирует рис. 4.5. Эта последовательность этапов создания и обработки исходного текста программного обеспечения контроллеров является типовой при использовании всех перечисленных выше языков высокого уровня и ассемблера. З1З ГЛАВА а. ЛРОектиРОВАние ыикРОЛРО ессОРных контРОллеРОВ Радиатор такогк Е:Л Программы Модули прикладной инотрумоитпльиого программы пакота Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
