Н. А. ДМИТРИЕВ, М. Н. ЁХИН,
Б. Н. КОВРИГИН, М. Ю. ПАВЛОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1. КОМПЛЕКС ОТЛАДОЧНЫХ СРЕДСТВ
УНИВЕРСАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Рассматриваются программные средства для поддержки автономной и комплексной отладки компонентов встроенных систем, включая целевое программное обеспечение (ПО) микроконтроллера (МК) и устройство, реализованное на ПЛИС.
Универсальный лабораторный стенд спроектирован на кафедре КСиТ МИФИ и является основой построения новой лаборатории по цифровой схемотехнике. В состав стенда входят МК и ПЛИС, объединение которых соответствует структуре «системы на кристалле», являющейся типовой для большинства встраиваемых приложений.
При создании прототипа целевой системы на базе универсального лабораторного стенда (УЛС) возникает задача автономной и комплексной отладки ПО МК и устройства, выполненного на ПЛИС. Частично решение этой задачи поддерживается стандартными инструментальными средствами проектирования. В частности, при помощи этих средств автономно выполняются отладка ПО МК на симуляторе и функциональное и временное моделирование устройства на ПЛИС.
Предлагаемые средства дополняют перечисленные стандартные отладочные процедуры и ориентированы на автономную и комплексную отладку программных и аппаратных компонентов встраиваемой системы в составе УЛС. Так как комплексная отладка возможна только на прототипе, в данном случае УЛС, то тем самым обеспечивается полный цикл проектирования всей системы в целом.
В состав комплекса отладочных средств входят средства для отладки ПО МК и устройств на основе ПЛИС. Средства отладки ПО МК состоят из двух программ. Первая из них – это управляющая программа, устанавливаемая на инструментальную ЭВМ. Она обеспечивает настраиваемый графический интерфейс пользователя для управления режимами отладки и индикации состояния программно доступных ресурсов МК. Вторая программа “зашита” в ПЗУ МК и предназначена для выполнения функций отладки. Перечисленными программами обеспечивается выполнение следующих отладочных процедур: загрузка и запуск исполняемого кода в эмулятор ПЗУ МК УЛС, загрузка из файла или модификация содержимого в просмотровом окне внешней памяти данных, останов в контрольных точках, трассирование переменных программы при останове в контрольных точках, пошаговое выполнение программы. При синхронной работе ПЛИС и МК в качестве переменных программы могут выступать регистры устройства на ПЛИС. Особенностью реализации данных функций отладки является их аппаратная поддержка. Для этого в состав УЛС включен блок памяти контрольных точек, который разделяет с пользователем внешнее прерывание INT0 МК.
Средства для отладки ПЛИС также состоят из двух программ, одна из которых с функциями аналогичными рассмотренной выше программы для отладки МК устанавливается на инструментальной ЭВМ, а вторая помещается в ПЗУ МК и предназначена для формирования управляющих команд и сбора данных о состоянии регистров устройства на ПЛИС.
Особенностью отладки конкретного устройства на ПЛИС с использованием указанных отладочных средств является необходимость подключения к нему специального макроэлемента, который необходим для организации интерфейса отлаживаемого устройства с МК. При помощи данного макроэлемента по управляющим командам формируются управляющие сигналы устройства (сброс, старт, тактирование) и последовательно к системной шине МК подключаются все необходимые для отладки регистры устройства (16 регистров по 8 разрядов). Управляющая программа обеспечивает просмотр состояний регистров на экране монитора инструментальной ЭВМ в конфигурируемым пользователем окне. При выполнении практикума по курсу «Организация систем» эта возможность в некотором роде стандартизует форму представления информации о состоянии проектируемого устройства для различных вариантов и облегчает как отладку, так и контроль правильности выполнения задания студентом. Данный подход обладает следующими преимуществами по сравнению с традиционным использованием светодиодных индикаторов. Во-первых, отладка ведется на уровне межрегистровых передач при пошаговом или для заданного количества шагов выполнении микропрограммы. Во-вторых, имеется возможность запоминать ход выполнения микропрограммы, что позволяет осуществлять обратный прогон микропрограммы без перезапуска устройства.
