30830-1 (663173), страница 7

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 7)

При динамическом резервировании влияние неисправностей может проявляться на выходах системы, однако предусматриваются средства их обнаружения, диагностики и устранения. Если возможность вмешательства человека исключается, то посредством динамического резервирования системе придается свойство самовосстанавливаемости. Такой вид резервирования известен еще как резервирование замещением. Исправление ошибок обеспечивается за счет реализации повторных вычислений, например, способом обратного прогона программы до возвращения к некоторой исходной точке программы.

3.4.6. Гибридное резервирование

В этой схеме в любой момент времени три или большее число модулей соединены с мажоритарным элементом. При отказе какого-либо модуля обнаруживается несовпадение его результатов с выходами двух других, и он заменяется резервным [8].

4. Программное обеспечение контроллера

4.1. Разработка алгоритмов обработки данных контроллером

Программное обеспечение системы можно разделить на две группы:

– управляющие программы передающей аппаратуры - контроллера сбора и передачи телемеханической информации;

– программа компьютера.

Программа контроллера ждет сигнала ее вызова с диспетчерского пункта. Пока нет вызовов программа следит за состоянием датчиков пожара, затопления и охранным датчиком. Если от них приходит сигнал, то происходит вызов диспетчерского пункта и сообщается о причине вызова. Как только приходят четыре гудка на модем на пункте учета тепловой энергии, программа отправляет диспетчеру запрос на пароль и следит за состоянием линии связи, чтобы не потерять данные. По приходу пароля его сравнивают с тем, который зашит в ПЗУ данного контроллера и если сравнение прошло успешно, то диспетчер получает доступ к данным на теплосчетчике. Если пароль неверный - модем “кладет трубку” и система возвращается в начальное состояние. Для синхронизации передачи используется асинхронный старт-стоповый режим передачи информации.

Программа компьютера осуществляет прием информационных байтов с пункта учета тепловой энергии и их анализ. По результату анализа данные в удобном для пользователя виде выводятся на экран монитора. Данные также могут быть сохранены в базе данных, в которой хранятся абсолютно все параметры измерений. В программе есть диспетчер регулярного опроса, который по таймеру включается (например: ночью) и автоматически опрашивает все пункты учета тепловой энергии и заносит результаты измерений в базу данных. Существует интерфейсный блок, т.н. монитор данных. Он включает в себя блок статистического анализа, блок мониторинга в режиме реального времени, блок управления модемом, блок формирования отчетов. Блок статистического анализа позволяет производить логические и математические операции над поступившими данными. Блок мониторинга позволяет увидеть в реальном времени поступающие данные и мгновенные их значения. Блок управления модемом позволяет посылать на него различные команды, с помощью которых осуществляется дозвон до пункта учета тепловой энергии и передача данных. В блоке формирования отчетов по заданному образцу создается отчет, который при желании можно вывести на принтер.

4.2. Разработка программного обеспечения

Программа AVR-микроконтроллера - это размещенная в памяти программ последовательность команд, каждая из которых состоит из двоичных кодов операций и двоичных адресов операндов.

Система команд AVR-микроконтроллеров включает команды арифметических и логических операций, команды передачи данных, команды, управляющие последовательностью выполнения программы, и команды операций с битами. Для удобства написания и анализа программ всем операциям из системы команд, кроме двоичного кода, сопоставлены мнемокоды ассемблера (символические обозначения операций), которые используются при создании исходного текста программы.

Специальные программы-трансляторы затем переводят символические обозначения в двоичные коды.

По исходному тексту программы, написанной на языке ассемблера, можно определить время ее исполнения и объем программной памяти, необходимый для ее хранения. Программирование на языке ассемблера является прекрасным средством для того, чтобы прочувствовать архитектуру микроконтроллера и логику его работы. Этому также способствует то обстоятельство, что трансляторы с языка ассемблера распространяются фирмой Атмел бесплатно и доступны всем желающим.

Кроме языка ассемблера, для программирования встраиваемых микропроцессоров широкое распространение получили языки программирования высокого уровня: С и BASIC. Они предоставляют программисту такой же легкий доступ ко всем ресурсам микроконтроллера, как и ассемблер, но, вместе с тем, дают возможность создавать хорошо структурированные программы, снимают с программиста заботу о распределении памяти данных и содержат большой набор библиотечных функций для выполнения стандартных операций.

Важнейшим достоинством системы команд AVR-микроконтроллеров является то, что она была специально оптимизирована для использования языка С.

Вся энергонезависимая память AVR-микроконтроллеров размещается внутри кристалла и состоит из электрически программируемых FLASH-памяти программ и EEPROM-памяти данных.

Так как все команды AVR представляют собой 16-разрядные слова, FLASH- память организована как последовательность 16-разрядных ячеек и имеет емкость от 512 слов до 64K слов в зависимости от типа кристалла.

Во FLASH-память, кроме программы, могут быть записаны постоянные данные, которые не изменяются во время функционирования микропроцессорной системы. Это различные константы, таблицы знакогенераторов, таблицы линеаризации датчиков и т.п.

Достоинством технологии FLASH является высокая степень упаковки, а недостатком то, что она не позволяет стирать отдельные ячейки. Поэтому всегда выполняется полная очистка всей памяти программ. При этом гарантируется, как минимум 1000 циклов перезаписи FLASH-памяти AVR.

EEPROM блок электрически стираемой памяти AVR предназначен для хранения энергонезависимых данных, которые могут изменяться непосредственно на объекте. Это калибровочные коэффициенты, различные установки, конфигурационные параметры системы. EEPROM-память имеет меньшую емкость (от 64 байт до 4К байт), но имеет возможность побайтной перезаписи ячеек, которая может происходить как под управлением внешнего процессора, так и под управлением собственно AVR-микроконтроллера во время его работы по программе.

В энергонезависимой памяти AVR имеется несколько специализированных битов [7].

LOCK-биты (LB1, LB2) предназначены для защиты программной информации, содержащейся во FLASH-памяти. Возможные режимы защиты перечислены в таблице 4.1. Запрограммировав биты защиты, стереть их можно лишь во время очистки FLASH -памяти, которая уничтожает и всю программу.

Таблица 4.1

Режимы защиты программы

FUSE-биты позволяют задавать некоторые конфигурационные особенности микроконтроллера (см. таблицу 4.2).

Микроконтроллеры AT90S1200 имеют FUSE-биты SPIEN и RCEN. Все остальные типы classicAVR конфигурируются при помощи FUSE-битов SPIEN и FSTRT. MegaAVR имеют четыре FUSE-бита: SPIEN, SUT0, SUT1 и EESAVE.

Три энергонезависимых Signature-байта служат для идентификации типа кристалла, программируются на фабрике и доступны только для чтения.

Таблица 4.2

Назначение FUSE-битов

Разнообразные способы программирования AVR-микроконтроллеров обеспечивают простой и удобный доступ к внутренней энергонезависимой памяти во всех возможных ситуациях программирования кристалла.

Для энергонезависимых FLASH и EEPROM блоков AVR предусмотрены параллельный и последовательный способы программирования, которые выполняются под управлением внешнего процессора, а для EEPROM-памяти также возможен способ программной перезаписи под управлением AVR. LOCK-биты могут программироваться как параллельно, так и последовательно. FUSE-биты у младших моделей AVR могут программироваться только последовательно, а у старших - и параллельно, и последовательно.

Параллельное программирование энергонезависимой памяти использует большое число выводов микроконтроллера и выполняется на специальных программаторах. Такое программирование удобно, когда при массовом производстве необходимо "прошивать" большое количество кристаллов.

Последовательное программирование может выполняться прямо в микропроцессорной системе (In System Programming) через последовательный SPI-интерфейс, который использует всего четыре вывода AVR-микроконтроллера. Эта новая возможность является очень важной, так как позволяет обновлять программное обеспечение в уже функционирующей микропроцессорной системе.

4.3. Рекомендации по отладке

Подготовка программы для AVR-микроконтроллера выполняется на персональном компьютере и состоит из следующих этапов:

– создание текста программы;

– трансляция текста в машинные коды и исправление синтаксических ошибок;

– отладка программы, то есть устранение логических ошибок;

– окончательное программирование AVR-микроконтроллера.

Каждый из этапов требует использования специальных программных и аппаратных средств. Ниже перечислены наиболее доступные из них на сегодняшний день.

Базовые программные средства фирмы Атмел распространяются бесплатно, в то время как аппаратные средства имеют свою стоимость.

Следует отметить, что кроме бесплатных программных средств фирмы Атмел, позволяющих программировать только на языке ассемблера, фирмами IAR SYSTEMS, CMX CORPORATION, KANDA SYSTEMS Ltd. и другими разработаны средства поддержки программирования на языках высокого уровня С и BASIC, а также операционные системы реального времени. Эти более сложные и дорогостоящие продукты мы не обсуждаем, но информацию о них и демонстрационные версии можно получить в фирме ЭФО или в Корпорации "Точка Опоры".

Рассмотрим более подробно этапы подготовки программы для AVR Если Вы работаете в среде MS-DOS, то для выполнения первого и второго этапа Вам придется воспользоваться различными средствами. Для создания текста программы подойдет любой текстовый редактор DOS, который формирует на выходе ASCII-файлы, например, встроенный редактор Norton Commander, редактор Multi Edit и т.п. Для трансляции текста программы в коды фирмой Атмел предлагается DOS-версия программы-транслятора AVRASM.

Для работы в среде Windows 3.11/95/NT фирмой Атмел предлагается программа WAVRASM, которая позволяет выполнить создание текста программы и его трансляцию внутри одной оболочки и обеспечивает дополнительный сервис для быстрого поиска синтаксических ошибок в тексте программы.

Результатом Вашей работы на первом этапе является файл .asm, который содержит текст программы (расширение имени файла обычно указывает на язык программирования) и является входным для программ-трансляторов, которые, в свою очередь, создают четыре новых файла: файл листинга (.lst), объектный файл (.obj), файл-прошивка FLASH-памяти (.hex), файл-прошивка EEPROM-памяти (.eep).

Файл листинга - это отчет транслятора о своей работе. В нем приводится транслируемая программа в виде исходного текста, каждой строке которого сопоставлены соответствующие двоичные коды. Кроме того, листинг содержит сообщения о выявленных ошибках.

Объектный файл используется в дальнейшем как входной для программы-отладчика AVRSTUDIO и имеет специальный формат. Файлы прошивки FLASH и EEPROM блоков памяти предназначены для работы с любыми последовательными и параллельными программаторами AVR и имеют стандартные форматы.

Следующим этапом подготовки программы является ее отладка, которая может выполняться двумя основными способами: на персональном компьютере при помощи программы-симулятора или в реальной микропроцессорной системе. Два эти способа взаимно дополняют друг друга.

Программа-симулятор AVRSTUDIO отображает на экране компьютера Вашу программу и состояние внутренних регистров AVR. Таким образом, становится возможным наблюдать изменения переменных, которые происходят внутри микроконтроллера при выполнении тех или иных команд программы. Отметим, что в реальной системе при помощи осциллографа невозможно просмотреть состояние внутренних регистров. Использование симуляторов эффективно при отладке подпрограмм, которые выполняют численную обработку внутренних данных.

В то же время, отладку подпрограмм, связанных с какими-либо внешними элементами, удобно выполнять непосредственно в рабочей системе. Например, если микроконтроллер генерирует ШИМ-сигналы, управляющие яркостью свечения светодиодов, то оценить игру красок Вы сможете только глядя на реальный макет.

Для отладки программы в рабочей системе, кроме программных средств, требуются также и аппаратные. Ниже приведены представлены различные варианты построения отладочной системы, отличающиеся своей стоимостью и возможностями.

Наиболее быстрый, не требующий пайки способ построения микропроцессорной системы на основе AVR - это приобретение комплекта AVR STARTER KIT фирмы Атмел, который содержит плату DEVELOPMENT BOARD, книгу "Development tool user's guide", дискеты с программным обеспечением, CD-ROM с полной документацией на все типы AVR и многочисленными примерами прикладных программ для AVR (содержимое дискет и CD-ROM диска можно также найти на данной web-странице). Плата DEVELOPMENT BOARD содержит панельки для подключения базовых типов AVR-микроконтроллеров в DIP-корпусах; источник питания; последовательный программатор, узел интерфейса RS-232 для связи с компьютером по асинхронному последовательному каналу; наборы из 8 светодиодов и из 8 кнопочных переключателей, которые можно подключать к выводам портов микроконтроллера; разъемы, через которые при помощи гибких кабелей можно наращивать микропроцессорную систему. Универсальность DEVELOPMENT BOARD удобна для обучения и для макетирования новых разработок.

Вместе с тем, для многих конкретных проектов может не подойти конструктивная реализация DEVELOPMENT BOARD или избыточным будет использование на этой плате источника питания, последовательного программатора и панелей под различные типы корпусов. В таком случае выполняют специализированную разработку, удовлетворяющую требованиям конкретной задачи.

Характеристики

Список файлов реферата