1.4. Методи спільного налагодження апаратних і програмних засобів

Етап спільного налагодження апаратних і програмних засобів у реальному масштабі часу є самим трудомістким і вимагає використання інструментальних засобів налагодження. До числа основних інструментальних засобів налагодження відносяться:

• внутрішньо-схемні емулятори;

• плати розвитку (оціночні плати);

• монітори налагодження;

• емулятори ПЗП.

Внутрішньо-схемний емулятор – програмно-апаратний засіб, здатний замінити емульований МК у реальній схемі. Стикування внутрішньо-схемного емулятора з налагодженою системою виготовляються за допомогою кабелю зі спеціальної емуляційної головкою, що вставляється замість МК у налагоджену систему. Якщо МК не можна видалити з налагодженої системи, то використання емулятора можливо, тільки якщо цей МК має режим відлагодження, при якому всі його виводи перебувають у третьому стані. У цьому випадку для підключення емулятора використовують спеціальний адаптер-кліпсу, що підключається безпосередньо до виводів емульованого МК.

Внутрішньо-схемний емулятор – це найбільш потужний й універсальний засіб налагодження, що робить процес функціонування налагодженого контролера прозорим, тобто легко контрольованим, довільно керованим та модифікованим.

Плати розвитку, або, як прийнято їх називати в закордонній літературі, оціночні плати (Evaluation Boards), є свого роду конструкторами для макетування електронних пристроїв. Звичайно це друкована плата із установленим на ній МК і всієї необхідної йому стандартною периферією. На цій платі також установлюють схеми зв'язку із зовнішнім комп'ютером. Як правило, там же є вільне поле для монтажу прикладних схем користувача. Іноді передбачена вже готове розведення для установки додаткових пристроїв, що рекомендуються фірмою. Наприклад, ПЗП, ОЗП, РК-дисплей, клавіатура, АЦП і ін. Крім навчальних або макетних цілей, такі дороблені користувачем плати можна використовувати як одноплатні контролери, що вбудовуються в дрібносерійну продукцію.

Для більшої зручності плати розвитку комплектуються ще й найпростішим засобом налагодження на базі монітора налагодження. Використовуються два типи моніторів налагодження: один для МК, що мають зовнішню шину, а другий - для МК, що не мають зовнішньої шини.

У першому випадку монітор для налагодження поставляється у вигляді мікросхеми ПЗП, що вставляється в спеціальну розетку на платі розвитку. Плата також має ОЗП для програм користувача й канал зв'язку із зовнішнім комп'ютером або терміналом. У другому випадку плата розвитку має убудовані схеми програмування внутрішнього ПЗП МК, які управляються від зовнішнього комп'ютера. При цьому програма монітора просто заноситься в ПЗП МК разом із прикладними кодами користувача. Прикладна програма повинна бути спеціально підготовлена: у потрібні місця необхідно вставити звернення до налагоджувальних підпрограм монітора. Потім здійснюється пробний прогін. Щоб внести в програму виправлення, користувачеві треба стерти ПЗП й зробити повторний запис. Готову прикладну програму одержують із налагодженої шляхом видалення всіх звернень до моніторних функцій і самого монітора налагодження.

Можливості налагодження, надавані комплектом «плата розвитку плюс монітор», не настільки універсальні, як можливості внутрішньо-схемного емулятора, у зв’язку з тим, що деяка частина ресурсів МК у процесі налагодження відбирається для роботи монітора. Проте, наявність набору готових програмно-апаратних засобів, що дозволяють без втрати часу приступитися до монтажу й налагодження проектованої системи, у багатьох випадках є вирішальним чинником. Особливо якщо врахувати, що вартість такого комплекту трохи менше, ніж вартість більше універсального емулятора.

Емулятор ПЗП — програмно-апаратний засіб, що дозволяє заміщати ПЗП на платі налагодження, і підставляє замість його ОЗП, у яке може бути завантажена програма з комп'ютера через один зі стандартних каналів зв'язку. Цей пристрій дозволяє користувачеві уникнути багаторазових циклів перепрограмування ПЗП. Емулятор ПЗП потрібний тільки для МК, які можуть звертатися до зовнішньої пам'яті програм. Цей пристрій порівнянний по складності й за вартістю із платами розвитку й має одне велике достоїнство: універсальність. Емулятор ПЗП може працювати з будь-якими типами МК.

Емулююча пам'ять доступна для перегляду й модифікації, але контроль над внутрішніми керуючими регістрами МК був донедавна неможливий.

Останнім часом з'явилися моделі інтелектуальних емуляторів ПЗП, які дозволяють «заглядати» усередину МК на платі користувача. Інтелектуальні емулятори являють собою гібрид зі звичайного емулятора ПЗП, монітора налагодження й схем швидкого перемикання шини з одного на іншій. Це створює ефект, як якби монітор налагодження був установлений на платі користувача й при цьому він не займає в МК ніяких апаратних ресурсів, крім невеликої зони програмних кодів, приблизно 4 КБайт.

Етап спільного налагодження апаратних і програмних засобів у реальному масштабі часу завершується, коли апаратура й програмне забезпечення спільно забезпечують виконання всіх кроків алгоритму роботи системи. Наприкінці етапу налагоджена програма заноситься за допомогою програматора в енергонезалежну пам'ять МК, і перевіряється робота контролера без емулятора. При цьому використовуються лабораторні джерела живлення. Частина зовнішніх джерел сигналів може моделюватися.

Етап інтеграції розробленого контролера у виріб полягає в повторенні робіт зі спільного налагодження апаратури й керуючої програми, але при роботі в складі виробу, живленні від штатного джерела й з інформацією від штатних джерел сигналів і датчиків.

Склад і обсяг випробувань розробленого й виготовленого контролера залежить від умов його експлуатації й визначається відповідними нормативними документами. Проведення випробувань таких функціонально складних виробів, як сучасні контролери, може зажадати розробки спеціалізованих засобів контролю стану виробу під час випробувань.