Проектирование микропроцессорных систем

1 Особенности проектирования микропроцессорных систем

Основное отличие создания МП устройств заключается в том, что кроме аппаратной части устройства необходимо разрабатывать программное обеспечение.

1. Спецификация задач.

2. Разработка программного обеспечения и программной части.

3. Комплексная отладка.

Проверка возможностей программного обеспечения работать на конкретной аппаратной базе и обеспечивать заданные технические требования при управлении.

4. Техническая документация и сопровождение.

Разработка аппаратной части

1. Центральная часть – ядро (вычислитель), который содержит микропроцессор и устройство, обеспечивающее его работу.

1) Выбор микропроцессорных средств. Выполняется с учётом производительности;

а) тактовая части синхрогенератора;

б) разрядность;

в) система команд.

2) Наличие специальных режимов, как энергосбережение, обмен информации;

3) Наличие соответствующей периферии;

4) Условия эксплуатации;

5) Наличие средств для разработки ПО и опыта для данного микроконтроллера.

2. Память. Выбирается по объёму/ёмкости.

3. Устройство сопряжения. Устройство ввода/вывода. Информация с объекта.

4. Отладка аппаратной части.

Чистка шины

Есть метод холостого прогона. Для этого на шине данных формируется код команд – NOP (нет операции). При этом на шине адреса должно быть возрастающее число.

Далее производится программное тестирование. В устройство загружаются специальные программы, которые проверяют память и устройства ввода-вывода. Проверка памяти осуществляется по специальным алгоритмам, путём считывания номеров ячеек.

Электроизмерительные приборы: вольтметры, амперметры, частотомеры, осциллограф.

Специализированные приборы: логические пробники (уровень сигнала), логические анализаторы, генераторы логических сигналов, сигнатурные анализаторы (может контролировать логические сигналы в множестве точек, осуществляет их считывания по специальным управляющим сигналам и хранить их в памяти).

Сигнатурный анализатор позволяет контролировать уровень сигнала в контрольной точке в течение длительного периода времени. Обычно работает с тестовой программой. Считывание по сигналам синхронизации. Стараются получить в виде шестнадцатиразрядного числа.

Разработка программного обеспечения

Имеется много задач, которые необходимо решать. И каждую задачу нужно решить в реальном времени – нужно выделять им время на выполнение (организация временного процесса). Задача может быть взаимосвязаны, информационными связями.

Используется нисходящее программирование. Суть в том, что в начале представляется общая картина в виде совокупность больших задач.

1. Алгоритмизация задача (разработка алгоритмов).

Алгоритм – формализованная по определённым формам запись процесс работы микропроцессорного устройства.

Сначала рекомендуют писать общий алгоритм, а дальше более мелкие задачи.

2. Выбор средств для программирования.

Исходный модуль преобразуется и получается объектный модуль. Потом компонуется и получается загрузочный модуль.

Можно писать:

1) машинные коды и/или сложные машинные коды;

2) Ассемблер (машинно-ориентированный язык, который в качестве операторов используется коды команд, но и использует возможности языков более высокого уровня, использование подпрограмм (макросы), отсутствие необходимости распределять памяти и так далее);

3) языки высокого уровня (где имеются сложные операторы, типовые операторы, возможность описания типа данных, использование сложных выражений с множеством операторов и так далее), C.

Трансляция компоновки – формальные процессы, потому что выполняются путём запуска соответствующих программ.

Программ требует отладки.

Основные при программировании ошибки можно разделить на 2 группы:

1) неправильность написания программы (синтаксические)

2) неправильные логические построения.

Отладка программного обеспечения

Метод пошаговой отработки программы и метод контрольных точек.

Метод пошаговой отработки выполняется на симуляторе – специальной программы, которая выполняет роль контроллера проектируемого устройства. Симулятор позволяет в процессе выполнения контролировать содержимое внутренних регистров, контролировать содержимое ячеек памяти, контролировать входные выходные сигналы.

Более автоматизированный способ – метод контрольных точек. Контрольными точками являются адрес, который достигает программа, адрес ячейки памяти данных, определённо содержимое регистра, либо комбинация регистров. Программ выполняется определённое количество циклов.

Отработка тестовых данных. Программа пишется таким образом, что данные берутся не с внешних портов, я с ячеек памяти. Можно проверить правильность работы и поведение программы в внештатных ситуациях. Этот метод требует больших затрат. Оправдано только в тех случаях, когда реальная проверка может привести к большим материальным потерям.

Чтобы определить количество ошибок, которые не выявились в программе. Используют маркер. В программу вводят некоторое количество ошибок, а потом определяют сколько ошибок нашло.

Комплексная отладка микропроцессорных устройств управления.

Проверка работоспособности работы микропроцессорного устройства в реальных условиях. Основные ошибки в основном с временным фактором. Для комплексной отладки использую специальные устройства – эмуляторы (подменщики).

Эмулятор, от слова подмена, позволяет заменить контроллер, либо процессор, проектируемого устройства. Внутрисхемная эмуляция. В общем случае это программный комплекс, который включает в себя высокопроизводительный компьютер, средства для подключения к проектируемому устройству и соответствующее программное обеспечение.

3 способа:

1) замена процессора путём установки на место процессора переходника с микроконтроллера;

2) панель для отладки;

3) JTAG-интерфейс.