ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЦЕДУРЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Общая процедура проектирования-отладки микропроцессорных и микроконтроллерных систем включает этапы, показанные на рис. 8.4. Исходные данные для проектирования содержат требования к основным технико-экономическим показателям: производительности, энергопотреблению, стоимости, надежности, конструктивным и другим параметрам. Кроме того, для управляющих систем должны быть определены реализуемые алгоритмы управления, для универсальных систем - классы выполняемых задач.
Разработка архитектуры системы подразумевает определение оптимального состава аппаратных и программных средств для решения поставленных задач. При этом разработчик решает, какие функции системы будут реализованы аппаратными средствами (АС), а какие - программным обеспечением (ПО). Определяется номенклатура АС: выбираются тип микропроцессора или микроконтроллера, объем и тип памяти, номенклатура периферийных устройств, протоколы обмена информацией и состав требуемых сигналов управления системой. Определяется также состав ПО: наличие операционной системы, ее тип и характеристики, номенклатура необходимых программных модулей, характер их взаимодействия, используемый язык программирования. Результатом выполнения этого этапа являются частные технические задания на проектирование АС и ПО.
Рис. 8.4. Основные этапы проектирования/отладки микропроцессорных и микроконтроллерных систем
Этап разработки АС может быть выполнен традиционными методами, с помощью которых проектируется и моделируется электрическая схема, разрабатывается печатная плата или комплект плат, после чего выполняются монтаж и отладка системы. Однако во mhotvix случаях можно обеспечить сокращение сроков и повышение качества разработки АС путем использования «полуфабрикатов» или готовых изделий, выпускаемых рядом производителей.
Существует достаточно большая номенклатура таких изделий, которые носят названия оценочных или целевых плат (evaluation board, target board), оценочных наборов или систем (evaluation kit, evaluation system), одноплатных компьютеров или контроллеров (SBC-single-board computer, single-board controller). В их состав входит базовый микропроцессор или микроконтроллер, память (ОЗУ, флэш-память, служебное ПЗУ), ряд периферийных и вспомогательных схем. Обычно такие платы имеют разъем для подключения к персональному компьютеру, с помощью которого производится комплексная отладка системы.
Если состав средств, имеющихся на плате развития, достаточен для реализации проектируемой системы, то ее разработка сводится к созданию ПО и выполнению комплексной отладки системы. Если имеющихся средств недостаточно, то они проектируются и размещаются на дополнительной плате, подключаемой к разъему на плате развития непосредственно или с помощью кабеля. Так реализуется прототип проектируемой системы, на котором можно выполнить комплексную отладку программных и аппаратных средств, а в ряде случаев и провести проверку их функционирования в рабочих условиях. После этого нетрудно разработать рабочий вариант системы, объединив на одной плате используемые модули прототипной системы. Прототипная система может использоваться в качестве рабочей (целевой), если ее параметры и конструктивное оформление удовлетворяют требованиям технического задания. В этом случае достигается сокращение сроков и стоимости проектирования системы.
Особенно следует отметить перспективность использования при разработке АС мезонинной технологии, которая унифицирует размеры и интерфейс базовой платы-носителя и размещаемых над ней небольших плат- мезонинов (типичный размер 45x99 мм). Одна плата-носитель несет от 2 до 12 мезонинов. Каждый мезонин соединяется с носителем двумя разъемами.
На этапе автономной отладки АС основными орудиями разработчика являются традиционные измерительные приборы - осциллографы, мультиметры, пробники и другие, а также логические анализаторы, которые обладают широкими возможностями контроля состояния различных узлов системы в заданные моменты времени. Весьма эффективным является использование на этом этапе средств тестирования по стандарту JTAG, которые имеются в составе многих современных моделей микропроцессоров и микроконтроллеров. С помощью размещенного на кристалле тест-порта ТАР и специальных выводов TDI, ТОО, ТСК, TMS, TRST# обеспечивается возможность подачи необходимых входных воздействий и считывания выходной реакции, запуск-останов процессора, изменение режима его работы. Вводом специальной команды можно установить выводы микропроцессора или микроконтроллера в отключенное состояние, чтобы отдельно протестировать другие устройства системы.