Document 394334

УДК 004(06) Компьютерные системы и технологии
А.С. ИВАНОВА, М.М. ЕЛИСЕЕВ, М.Н. ЁХИН, Л.Д. ЗАБРОДИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
КОМПЛЕКС АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ
Рассматривается подход к построению отладочного комплекса в виде
прототипа "системы на кристалле".
Встраиваемые системы на основе микроконтроллеров (МК) и схем
программируемой логики (ПЛИС) находят все большее применение во
многих отраслях науки и техники, обеспечивая повышение
эффективности технических систем и технологических процессов.
Основой схемотехники встраиваемых систем являются отдельные
микросхемы МК, ПЛИС и запоминающих устройств, либо микросхемы,
интегрирующие перечисленные компоненты в одном кристалле и
выполненные по технологии SOC (система на кристалле).
На кафедре "Компьютерные системы и технологии" МИФИ
разработан лабораторный стенд для изучения основных принципов
построения, функционирования и проектирования как отдельных
составных частей, так и встраиваемых систем в целом.
Стенд представляет собой комплекс аппаратно-программных средств,
которые позволяют создать и отладить прототип проектируемой системы.
Аппаратная часть содержит 8-ми разрядный МК PCF80C552 семейства
MCS-51 с эмулятором ПЗУ, загружаемым через CОМ порт
инструментальной ЭВМ, а также ПЛИС FPGA XCS10-3PC84. Структура
аппаратной части стенда полностью повторяет структуру SOC. Данный
МК выбран по ряду причин. Во-первых, семейство MCS-51 занимают
значительный сегмент рынка 8-ми разрядных МК. По этой причине
доступен инструментарий разработки программного обеспечения
(ассемблеры, компиляторы С, компоновщики и симуляторы). Во-вторых,
набор интерфейсов данного МК дает возможность использования стенда
не только для проектирования встраиваемых систем самых различных
конфигураций, но и обеспечивает вариативность индивидуальных
заданий для выполнения лабораторных практикумов, особенностей
структуры SOC). Особенностями аппаратной части стенда являются:
1.
Подключение JTAG порта ПЛИС FPGA к порту 1 МК.
Это позволяет реализовать встроенное программирование ПЛИС по
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 12175
УДК 004(06) Компьютерные системы и технологии
ходу выполнения целевой программы. “Прошивки” ПЛИС хранятся
во внешней памяти данных. JTAG порт обеспечивает возможность
тестирования как внешнего подключения ПЛИС, так и контроль
состояния цифрового устройства, реализованного на ПЛИС в режиме
останова в контрольной точке.
2.
Наличие отдельной памяти контрольных точек
обеспечивает генерацию прерывания IRQ0 при совпадении адреса
команды и адреса контрольной точки. Обработчик этого прерывания
передает в инструментальную ЭВМ состояния всех программно
доступных ресурсов МК для вывода на экран монитора.
Программные средства для работы с МК состоят из двух частей:
1.
Монитор-отладчик, записанный в ПЗУ МК. Монитор
реализует функции загрузки, контроля и запуска целевой программы.
Дополнительными функциями монитора являются загрузка и
контроль внешней памяти данных и индикация состояния ресурсов
МК при реализации режима останова в контрольной точке.
2.
Программа
управления
монитором,
которая
устанавливается на инструментальной ЭВМ и обеспечивает удобный
графический интерфейс пользователя. Выбор и запуск функций
отладки осуществляется при помощи кнопочного меню. Для
отображения
состояния
ресурсов
МК
пользователь
сам
конфигурирует многооконную среду. Во внешнюю память данных
может загружаться информация из пользовательского файла либо
преобразованная определенным образом "прошивка" ПЛИС,
полученная из файла с расширением .bit. При загрузке из
пользовательского файла адрес загрузки определяется адресом первой
строки отображаемой в окне Data memory области памяти. Выбор
контрольных точек останова осуществляется в окне памяти программ
путем перемещения курсора по листингу программы. Адрес команды,
фиксируемой в качестве контрольной точки останова, переносится в
окно контрольных точек, где отображается их последовательность.
При анализе функционирования технического объекта или
технологического процесса необходимо измерять и наблюдать ряд
определяющих параметров. Эту задачу можно решить с
использованием механизма останова в контрольных точках путем
сбора необходимой информации о состоянии объекта или процесса,
ее передачи в инструментальную ЭВМ и последующего запуска
целевой программы на выполнение до останова в следующей
контрольной точке.
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 12176
УДК 004(06) Компьютерные системы и технологии
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 12177