CC BY
114
ОАО "Мультиклет", реализованная в процессорах MultiClet R1. Микропроцессор разрабатывается в г. Екатеринбург, а сами кристаллы производятся в Малайзии на фабрике SilTerra.
Принципиальное отличие от традиционной ядерной архитектуры состоит в том, что клеточная работает не с отдельными командами, а с "предложениями", состоящими из команд. При этом операции внутри предложений проводятся без привлечения памяти, что обеспечивает в 4-5 раз более
высокую производительность по удельным показателям по сравнению с аналогами наряду со значительным снижением энергопотребления.
Такой процессор за счет динамической реконфигурации способен заменить до 4-х обычных контроллеров, что позволяет уменьшить стоимость компонентов и сэкономить место на плате. Любая программа может быть выполнена на любом количестве клеток без перепрограммирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левин Эдвардс. Как стать специалистом по встраиваемым системам. Пособие для тех, кто хочет заниматься интересным и хорошо оплачиваемым делом / Левин Эдвардс; пер. с англ. Дюмина М.И. - М. : Додэка-XXI, 2009. - 296 с. : ил. - (Серия «Программируемые системы»). - Доп. Тит. . англ.
2. Магда Ю.С. Микроконтроллеры серии 8051: практический подход. / Магда Ю.С. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 228 с.
3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL, 5-е изд., стер. — М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. — 560 с.
4. http://www.microchip.com
5. Сид Катцен. PIC-микроконтроллеры. Полное руководство / Сид Катцен; пер. с англ. Евстифеева А. В. М.: Додэка-ХХ1, 2010. 656 с.: ил. (Серия «Программируемые системы»). Доп. тит. л. англ. ISBN 978-5-94120-218-8.
6. С.Н. Торгаев, И.С. Мусоров, Д.С. Чертихина. Основы микропроцессорной техники: микроконтроллеры STM8S: учебное пособие / С.Н. Торгаев, И.С. Мусоров, Д.С. Чертихина и др.; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. - 130 с.
УДК 621.396.7
Новиков А.К., Кочегаров И.И., Горячев Н.В.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ВСТРАИВАЕМЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
Одним из этапов в разработке любой встраиваемой системы является выбор необходимых компонентов и комплектующих, которые обеспечат достаточные производительность и функционал встраиваемой системы исходя из требований, предъявляемых в техническом задании. Встраиваемые системы могут быть построены на базе микропроцессорного ядра, выполняющего управляющую программу, либо быть реализованы только из программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) без микропроцессорного ядра. Для микропроцессорных систем одним из основных действий на этапе их разработки является выбор микроконтроллера с учетом технического задания и огромного количества факторов.
Следует отметить, что кроме аппаратной части, подобранной для разработки встраиваемой системы, не менее важной является программная среда. Интегрированная среда разработки - это комплекс программных средств и инструментов, поддерживающих все этапы разработки программного обеспечения начиная от составления текста программы заканчивая ее компиляцией и отладкой, а также позволяющий просто и быстро взаимодействовать с другими программными и аппаратными средствами разработчика (программным отладчиком-симулято-ром и программатором).
Наличие в программной оболочке эмулятора встроенного редактора, встроенного менеджера проектов и системы управления, позволяют существенно облегчить работу разработчика, избавив его от множества рутинных действий. Для разработчика стирается грань между написанием программы, ее редактированием и отладкой. Переход от редактирования исходного текста к отладке и обратно происходит "прозрачно" и синхронно с активизацией соответствующих окон, менеджер проектов автоматически запускает компиляцию по мере необходимости и активизирует соответствующие окна программного интерфейса.
За долгие годы сущуствования платформа С51 получила программную поддержку множества производителей. Одни из наиболее популярных сред разработки являются IAR, Keil uVision for C51, Raisonance, Franklin software (компилятор) для интегрированной среды разработки ProView32, IDE Projekt-52, Tasking, MPLAB, Reads51 от www.rigelcorp.com, инструментальные средства разработки ООО "КБ Фитон" CodeMaster-ARM, Project-52, Project-96, Project-51содержащие
внутри своих пакетов внутрисхемный эмулятор или JTAG отладчик, программный отладчик симулятор, менеджер проектов, кросс-ассемблер, Си компилятор, редактор и программный отладчик симулятор.
Для микроконтроллеров AVR Atmel существует фирменная интегрированная бесплатная среда разработки Atmel Studio, которая используется для разработки приложений на C/C++ или ассемблере. На момент декабря 2017 года на официальном сайте Microchip доступна последняя версия Atmel Studio 7.0, поддерживающая более 500 моделей AVR и SAM и включающая огромную библиотеку с более чем 1600 примерами проектами с исходным кодом, которая активно поддерживается и пополняется широко распространённым сообществом по всему миру. Также на данном сайте можно встретить облачный сервис в виде онлайн среды разработки под названием Atmel START, позволяющей вести одновременно разработку нескольким пользователям удаленных друг от друга.
Она взаимодействует с различными программаторами, отладчиками, комплектами разработки и отладочными платами, такими как: AVR ONE!, JTAGICE mkI, JTAGICE mkII, AVR Dragon, AVRISP, AVR ISPmkII, AVR Butterfly, STK500 и STK600.
Помимо официальных сред существуют и софт от сторонних разработчиков.
К ним можно отнести простую для самостоятельного освоения CodeVisionAVR, поддерживающую все семейства микроконтроллеров AVR. Она представляет собой высококачественная IDE со встроенными ANSI Си-компилятором и мастером автоматической генерации программы. Помимо компилирования среда разработки способна записать созданную программу в память микроконтроллера. Модуль прошивки может взаимодействовать со всеми популярными программаторами (AVR910, STK200/300/500/600, AVRasp и многими другими). Редактор позволяет работать с двумя проектами одновременно, размещать закладки, настраивать время автоматического сохранения результатов. В пакет программы включены трансляторы программ с языка Си или ассемблера в машинный код для AVR, элементы для инициализации периферийных устройств, модуль для взаимодействия с платами STK, терминал и другие. На выходе работы в программе CodeVisionAVR файл прошивки может быть выдан в форматах HEX, ROM или BIN-файла для прямой прошивки микроконтроллера путем использования программатора. Кроме этого, программа может быть передана в формате COFF, содержащим информацию для отладчика, или
объектного файла OBJ с промежуточным кодом компиляции.
Существует две версии программы:
CodeVisionAVR Evaluation - бесплатный ознакомительный вариант с ограничением до четырех килобайт размера программного кода и отсутствием ряда ключевых библиотек и CodeVisionAVR - платная коммерческая версия.
WinAVR - открытая IDE на основе бесплатного Си-компилятора AVR GNU GCC, содержащая Си-библиотеку avr-libc для МК AVR, бинарные утилиты: ассемблер, линкер; утилиту для программирования avrdude с графическим интерфейсом, графический отладчик Insignt и строчный GNU Debugger (GDB). Также есть симулятор для микроконтроллеров AVR simulavr/simulavrxx и средства редактирования загружаемых файлов в энергонезависиую EEPROM-память.
Существуют полная версия программы и портативная, файлы которой могут находиться на портативном носителе и использоваться на любом доступном ПК.
Algorithm Builder - полностью графическая среда, охватывающая полный цикл разработки: ввод алгоритмов, моделирование, отладка и даже прошивка микроконтроллеров. С её помощью можно создавать программы как на уровне ассемблера, так и на макроуровне, используя многобайтовые знаковые значения. В отличие от классического текстового ассемблера, пользователь может ввести программу в виде блок-схемы с древовидной структурой. Редактор отображает сеть условных и безусловных ветвей в визуально удобной векторной форме. Вся логическая структура программы становится визуальной.
Графическая технология открывает новые возможности для программистов. Визуализация логической структуры может уменьшить вероятность ошибок и время разработки.
Очень удобным инструментом при создании встраиваемых приложений для микроконтроллеров AVR является система автоматизированного проектирования Proteus, позволяющая виртуально смоделировать работу огромного количества аналоговых и цифровых устройств. C помощью пакета Proteus VSM можно собрать схему электронного устройства на МК и симулировать его работу, выявляя ошибки, допущенные на стадии проектирования и трассировки. Программа состоит из двух модулей: ISIS - редактор электронных схем с последующей имитацией их работы, и ARES -редактор печатных плат (с возможностью создания 3D модели печатной платы), оснащенный автотрассировщиком Electra, встроенным редактором библиотек и автоматической системой размещения компонентов на плате.
Для микроконтроллеров PIC Microchip поддерживается интегрированная среда разработки MPLAB X IDE, основанная на открытой среде NetBeans IDE от Oracle. Также на официальном сайте есть доступ к облачной версии среды разработки MPLAB Xpress IDE. К особенностям данных сред можно отнести функцию Live parsing, которая отвечает за подсвечивание синтаксиса и некорректно заданных команд, что позволяет отладить текст будущей программы до её компиляции.Используя клавишу CTRL и мышь над функцией, операторы variable, macro или include позволяют просмотреть в каком месте текста эта функция была объявлена, а утилита Local History позволяет визуализировать проделанные изменения и при необходимости их откорректировать. В дополнение к выходной документации функция Call Graph позволяет отобразить графически статическое дерево вызовов из всех функций, вызываемых из других функций. Изображение этой схемы может быть экспортировано в изображение формата Portable Network Graphics (PNG). Также есть возможность сформировать стиль форматирования текста программы и сохранить его в виде шаблона для дальнейшего использования в различных проектах с целью единого стиля оформления текста внутри компании для более удобной
работы, а функция автозаполнения редактора позволит найти нужную команду и убедиться в правильности её написания, начав вписывать лишь первые её буквы.
Для начинающих разработчиков существует простой и легкий компилятор JAL с интегрированной средой разработки JALEdit.
Для микроконтроллеров фирмы STM наиболее популярные средства программирования STM8 - это среды ST Visual Develop с компилятором производства компании Raisonance и IAR Embedded Workbench.
IAR Embedded Workbench IAR-EWSTM8 является инструментом разработки программного обеспечения стороннего производителя и обеспечивает полную поддержку устройств в STM8AF, STM8AL, STM8L и STM8S Series.
RIDE-STM8 - среда разработки программного обеспечения Raisonance для MCU STM8.
winIDEA - интегрированная среда разработки (IDE), взаимодействующая со всеми iSYSTEM и выбранными сторонними аппаратными средствами, такими как программатор ST-Link.
Cosmic Software - компилятор C с бесплатным годовым доступом, который включает в себя: интегрированную среду разработки с оптимизирующим кросс-компилятором ANSI-C, макроассемблером, компоновщиком, библиотеками, генератором шест-надцатеричных файлов иутилитами отладки. Компилятор поддерживает отладку исходного кода на языке C с помощью отладчиков ZAP Cosmic.
Eclipse - это поддержанная мировым IT-сооб-ществом единая открытая интегрированная платформа разработки приложений, обладающая надежностью, функциональностью и уровнем качества коммерческого продукта. Она представляет собой основу, имеющую блочную структуру и интегрирующую инструменты разработки ПО различных производителей для создания приложений на любом языке, с использованием любых технологий и для любой программной платформы.
Eclipse является бесплатной кроссплатформен-ной (Windows, Linux, Mac OS) средой разработки с открытым исходным кодом (OpenSource), поддерживаемой организацией Eclipse Foundation .Используя Eclipse можно программировать на множестве языков, таких как Java, C и C++, PHP, Perl, Python, Cobol и др. Платформа Eclipse в сочетании с JDT включает многие из возможностей, которые включаются в коммерческие IDE: редактор с подсветкой синтаксиса, инкрементальная компиляция кода, потокобезопасный отладчик, навигатор по классам, менеджеры файлов и проектов, а также интерфейсы к стандартным системам контроля исходных текстов, таким как CVS и ClearCase.
В РГАТУ имени П.А.Соловьева была разработана отечественная среда разработки
http://mcublocks.com/ создана с целью решить проблемы разработки протоколов для различных интерфейсных аппаратных модулей и отсутствия в используемых языках программирования и инструментарии средств обеспечения параллелизма модулей.
Разработка в этой среде ведется на новом языке программирования Embeddecy, являющемся
надстройкой над языком С и имеет с ним обратную совместимость. Текст программы можно писать используя синтаксис языка С, либо использовать новые элементы языка, к которым относятся модули (задачи, пакеты и их шаблоны), конструкции параллельного программирования, конструкции для обмена сообщениями по выбранным протоколам, а также такой «синтаксический сахар», как делегаты, события, удобная работа с битами, пространства имен и т. д. Программа на языке Embeddecy транслируется средой в программу на низкоуровневом языке (в первую очередь будет реализована генерация на язык С), после чего происходит компиляция существующими средствами под целевую платформу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Производители микроконтроллеров стремятся к всё большей интеграции внешних узлов схем внутри
микроконтроллера, добавляя в него всё больше периферийных устройств и логических блоков, взамен внешних дискретных компонентов, пытаясь тем самым понизить общую стоимости системы, повысить ее универсальность, быстродействие и надежность. Микроконтроллеры становятся более сложными и критерии выбора конкретной модели на начальных
этапах разработки системы могут вызвать серьезные трудности в рациональном подборе используемого МК для конкретного проекта. В данной статье рассмотрены основные возможности и ключевые особенности микроконтроллеров различных производителей, а также популярные на сегодняшний день интегрированные среды разработки для встраиваемых приложений на микроконтроллерах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левин Эдвардс. Как стать специалистом по встраиваемым системам. Пособие для тех, кто хочет заниматься интересным и хорошо оплачиваемым делом / Левин Эдвардс; пер. с англ. Дюмина М.И. - М. : Додэка-XXI, 2009. - 296 с. : ил. - (Серия «Программируемые системы»). - Доп. Тит. . англ.
2. Магда Ю.С. Микроконтроллеры серии 8051: практический подход. / Магда Ю.С. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 228 с.
3. Евстифеев А.В. Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL, 5-е изд., стер. — М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. — 560 с.
4. http://www.microchip.com
5. Сид Катцен. PIC-микроконтроллеры. Полное руководство / Сид Катцен; пер. с англ. Евстифеева А. В. М.: Додэка-ХХ1, 2010. 656 с.: ил. (Серия «Программируемые системы»). Доп. тит. л. англ. ISBN 978-5-94120-218-8.
6. С.Н. Торгаев, И.С. Мусоров, Д.С. Чертихина. Основы микропроцессорной техники: микроконтроллеры STM8S: учебное пособие / С.Н. Торгаев, И.С. Мусоров, Д.С. Чертихина и др.; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2014. - 130 с.
УДК 621.396.7
Фролов С.И., Кочегаров И.И., Данилова Е.А., Таньков Г.В., Юрков Н.К., Баннов В.Я.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД АВТОМАТИЗАЦИИ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА БЛОКОВ БОРТОВЫХ РЭС
Введение
В настоящее время радиоэлектронные средства (РЭС) применяются практически во всех отраслях хозяйства и потребность в них все более и более возрастает. Темпы развития и усложнение задач, решаемых средствами радиоэлектроники, проникновение ее во все новые области человеческой деятельности неизбежно приводят с одной стороны к усложнению РЭС, а с другой к повышению требований к массе, габаритам, надежности при эксплуатации в условиях внешних воздействующих факторов (ВВФ), стоимости и срокам проектирования РЭС. Реализация этих требований во многом зависит от достижений в области проектирования и технологии производства РЭС с акцентом на следующих принципах:
- максимально возможное упрощение схем и элементов конструкции РЭС;
- широкое использование стандартизации и унификации проектных решений;
- развитие и совершенствование конструкций РЭС и качества их проектирования с применением САПР для синтеза и моделирования элементов конструкций.
Обеспечение безопасности на должном уровне при быстро меняющейся обстановке требует не только повышения уровня технических характеристик военной техники, но и ускорения введения ее в эксплуатацию, что зависит от качества выполнения проектных работ в заданные сжатые сроки. Это непосредственно касается бортовой РЭС (БРЭС), сложность и требования к надежности которой постоянно растут, а условия эксплуатации ужесточаются. Несмотря на имеющиеся трудности, в настоящее время нельзя мириться с тем, что проектирование отдельных БРЭС растягивается на несколько лет и освоение в серийном производстве сопровождается исправлением многочисленных ошибок и серьезными доработками [1].
Необходимость повышения качества проектирования обусловлена сравнительно большой долей отказов РЭС из-за схемо-конструкционных ошибок. Так, для стационарной аппаратуры эта доля составляет 26% [2], а для бортовой РЭС (БРЭС) еще выше - около 4 3 % [3].
Основное требование к проектированию РЭС состоит в том, чтобы создаваемое устройство было эффективнее своего аналога, т.е. превосходило его по качеству функционирования, надежности и технико-экономической целесообразности, а методы и организация процесса конструирования
обеспечивали оперативность разработки РЭС. Очевидно, что особую важность эти требования приобретают при проектировании БРЭС.
1. Эффективная организация автоматизированного проектирования БРЭС
Процесс проектирования БРЭС является комплексным процессом, требующим от сотрудников значительных знаний не только в своей области специализации, но и в смежных областях. Множество одновременно выполняющихся проектов, взаимосвязь и взаимовлияние процессов, противоречивые требования к точности функционирования, показателям надежности и массогабаритным показателям - таковы факторы, которые определяют специфику управления процессами проектирования БРЭС.
Имитационное моделирование альтернативных вариантов организации проектирования БРЭС позволило выработать рекомендации по повышению качества процессов проектирования и сокращения материальных и временных затрат [4]. В основном эти рекомендации представлены в виде схемы (Рис.1) и направлены на организацию единого информационного пространства процессов проектирования БРЭС:
1. Использование PLM-системы в качестве системы управления данными;
2. Организация межфункциональных команд специалистов с помощью средств PLM-системы;
3. Автоматическое формирование КД и организация единой базы данных;
4. Применение в САПР современных методик синтеза, анализа и моделирования БРЭС.
В инженерной практике обычно отсутствуют способы, позволяющие по условиям технического задания сразу же выбрать оптимальную структуру устройства. Поэтому процесс разработки носит итеративный характер. Как правило, разработчик определяет, к какому классу устройств будет принадлежать проектируемое устройство, а затем пытается сузить этот класс, опробовать несколько технических решений, принадлежащих данному классу, и выбрать, то, которое является наиболее оптимальным.
Синтез устройств является одним из важнейших этапов в процессе создания новых образцов техники и от того, насколько качественно он проведен, во многом зависит и качество создаваемого устройства. Автоматизированный синтез компоновки и конструкции блоков БРЭС на ранних этапах проектирования, существенно сокращает сроки, повышает качество и сокращает количество отказов
