CC BY
24
SCIENCE TIME
СРЕДСТВА РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ (ЧАСТЬ 1)
Володин Валерий Дмитриевич, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: wwd777@mail.ru
Шаронов Андрей Александрович, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: stepper88@inbox.ru
Полевщиков Иван Сергеевич, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
E-mail: i. s.polevshchikov@gmail. com
Аннотация. В статье представлена классификация средств разработки и отладки программного обеспечения микропроцессорных устройств, а также детально рассмотрены программные средства разработки.
Ключевые слова: отечественная элементная база, микропроцессорные устройства, средства разработки и отладки программного обеспечения.
Развитие отечественной элементной базы является актуальной проблемой в период импортозамещения в России. Данной проблеме посвящен ряд научных работ, например, [1-3].
Настоящее исследование посвящено обзору и анализу программных и аппаратных средств разработки управляющих программ для отечественных микропроцессорных устройств. Номенклатура программных и аппаратных средств, используемых при разработке управляющих программ, достаточно
«
I
SCIENCE TIME
I
широка. Классификация данных средств приведена в работе [4], а также изображена в виде схемы на рис.1.
Рис. 1 Классификация средств разработки программного обеспечения
Из классификации, приведенной на схеме, исключены устаревшие на сегодняшний день аппаратные и программные средства отладки, такие, как показаны ниже.
1. Эмуляторы ПЗУ - в разработках обычно используется встроенная память программ микроконтроллера. В случае необходимости использования внешнего ПЗУ (например, стойкого к спецфакторам), микроконтроллер располагает средствами исполнения и отладки программы из оперативной памяти, например,
[5].
2. Программные мониторы - библиотеки, осуществляющие вывод отладочной информации посредством одного из доступных коммуникационных портов микроконтроллера. Рост объема памяти программ позволяет на этапе отладки добавлять функции вывода данных через любой из доступных коммуникационных портов и принимать символьные терминальную программу (а также, если необходимо конфигурационный интерфейс посредством той же программы).
3. Программаторы - фактически наиболее часто данные аппаратные средства используются на этапе тиражирования изделия. На этапе же разработки данную функцию осуществляет внутрисхемный отладчик средствами интегрированной среды разработки либо поставляемой производителем управляющей программы (например, J-Link commander от Segger [6]).
Остальные же устройства, приведенные в схеме, актуальны до сих пор и активно используются разработчиками встраиваемых систем, поэтому наличие аналогов данных средств разработки для отечественных элементов либо наличие средств поддержки отечественных микроконтроллеров зарубежными
данные через реализовать и
»
86
1 SCIENCE TIME 1
отладочными средствами является одной из важнейших задач, которую необходимо решить в процессе импортозамещения.
Для обеспечения разработчика необходимыми средствами отладки существует два пути:
- разработка собственных отечественных отладочных средств - как аппаратных, так и программных;
- адаптация существующих коммерческих или открытых средств разработки (среды разработки Eclipse и компилятора GCC).
В большинстве случаев фирмы-разработчики используют и тот, и другой подход. Более того, отечественные разработчики отладочных средств для микроконтроллеров - фирма «Фитон» - активно принимали участие в интеграции микроконтроллеров серии 1986ВЕ9х компании «Миландр» в среду разработки Keil uVision.
Программные средства разработки
Фактически, на сегодняшний день, все программные средства разработки и отладки программного обеспечения микроконтроллеров интегрированы в среду разработки. Одним из примеров такой интеграции может служить среда Keil uVision (Keil MDK) [7]. Из приведенной на сайте структуры видно, что среда разработки уже включает в себя следующие компоненты:
- редактор исходных текстов;
- менеджер проектов;
- компилятор;
- программные библиотеки;
- драйверы отладчиков.
Отдельно следует остановиться на программных библиотеках. Наиболее полноценным является комплект библиотек RL-ARM, разработанный компанией Keil для микроконтроллеров с ядром ARM (для других микроконтроллеров существуют только сборки операционной системы реального времени RTX). В состав библиотеки RL-ARM входит:
- операционная система реального времени RTX;
- файловая система FlashFS;
- TCP/IP стек TCPNet;
- стек интерфейса USB;
- стек интерфейса CAN.
Кроме того, в состав Keil MDK-ARM входит лицензированная версия оконного менеджера Segger emWin. Любая библиотека может быть адаптированная под используемый микроконтроллер, если его поддерживает среда разработки. Из отечественных микроконтроллеров официально такая поддержка реализована для серии 1986ВЕ9х в MDK-ARM, начиная с версии 4.22
1 SCIENCE TIME 1
[8].
Для реализации поддержки микроконтроллера версией среды 4.х было необходимо иметь заголовочный файл, описывающий регистры микроконтроллера, startup-файл - ассемблерный файл начальной настройки микроконтроллера, адаптированные системные файлы CMSIS, файл распределения памяти, а также файл для программирования Flash-памяти. В случае микроконтроллеров компании «Миландр», такие файлы поставлялись в составе стандартной библиотеки. При использовании таких файлов (в отсутствие официальной поддержки), в менеджере устройств выбиралось чистое ядро -например, Cortex-M1 для микроконтроллера 1986ВЕ1Т. Для MDK-ARM 5.x был разработан пакет поддержки микроконтроллеров ПКК «Миландр», куда включены необходимые файлы для 1986ВЕ9х, 1986ВЕ1, 1986ВЕ3, 1986ВЕ4, а также 1986ВЕ8.
Внесенные изменения позволяют писать программы для микроконтроллеров ПКК «Миландр» в среде Keil uVision, компилировать их, загружать с помощью отладчика в память микроконтроллера, использовать внутрисхемную отладку.
Однако, среда Keil uVision обладает гораздо большими возможностями в области отладки программного обеспечения. В составе среды присутствует мощный программный симулятор, позволяющий имитировать не только работу ядра и его регистров, но и работу различных периферийных устройств. Однако, для этого необходимы отдельные внешние файлы-описатели, которые для микроконтроллеров ПКК «Миландр» не были разработаны. Это достаточно сильно сужает возможности отладки программного обеспечения.
Другой путь обеспечения разработчика необходимыми отладочными средствами для работы с отечественными микроконтроллерами является разработка собственного программного обеспечения. К такому программному обеспечению относятся продукты фирмы «Фитон» - CodeMaster-ARM - для микроконтроллеров с ядром ARM (уже сейчас поддерживаются микроконтроллеры ПКК «Миландр», в ближайшее время будет реализована поддержка микроконтроллера К1921ВК01Т производства НИИЭТ). Среды Project-96 и Project-52 поддерживают микроконтроллеры с ядрами MCS-96 и MCS-51 компании НИИЭТ. Кроме того, для микроконтроллеров серии 1886ВЕ ПКК «Миландр» также разрабатывала собственную интегрированную среду.
В качестве промежуточного варианта можно считать создание рабочего места на основе интегрированной среды разработки Eclipse и свободного Си-компилятора GCC, адаптированного под необходимый микроконтроллер. Таким путем пошли в НПП «Дозор», адаптировав под отечественные процессоры серии Мультикор, а потом и под 1986ВЕ9х GCC, а также собственную операционную систему uOS [9], НПФ «Вектор», реализовав для GCC оптимизированные под
1 SCIENCE TIME 1
микроконтроллер К1921ВК01Т библиотеки управления электроприводом и коммуникационных протоколов [10], а также дизайн-центр КМ211, адаптировавший для разрабатываемых ядер «Кролик» и «KVARK» компилятор GCC [11]. Использование инструментов с открытым кодом потенциально позволяет выявить ошибки в компиляторе или среде разработки, а также позволяет достаточно быстро адаптировать среду разработки для новых архитектур, которые, возможно, изначально компилятор не поддерживал.
Продолжение настоящего исследования, а именно обзор и анализ аппаратных средств отладки, будет представлено в следующей статье.
Литература:
1. Гусин А.Н., Володин В.Д., Бикметов Р.Р., Шаронов А.А., Файзрахманов Р.А. Отечественная элементная база. «Русское чудо» // Автоматизированные системы управления и информационные технологии. Материалы краевой научно-технической конференции (г. Пермь, 21 мая 2014 г.). Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2014. С. 24-31.
2. Володин В.Д., Бикметов Р.Р., Шаронов А.А., Файзрахманов Р.А. Разработка управляющей ЭВМ для роботизированного погрузочно-разгрузочного комплекса с использованием отечественной элементной базы // Автоматизированные системы управления и информационные технологии. Материалы краевой научно -технической конференции (г. Пермь, 21 мая 2014 г.). Пермь: Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2014. С. 32-36.
3. Файзрахманов Р.А., Слаутин Ю.А., Володин В.Д., Шаронов А.А., Полевщиков И.С. Опыт использования российских технологий при построении тренажера погрузочно-разгрузочного устройства // Science Time. - 2014. - №10 (10). - С. 357364.
4. Средства разработки и отладки для однокристальных микроконтроллеров. -URL: https://gaw.ru/html.cgi/txt/publ/eqump/phuton2.htm/ (дата обращения: 02.12.2015).
5. Микроконтроллер 1986ВЕ8Т. - URL: https://milandr.ru/index.php? mact=Products,cntnt01,details,0&cntnt01productid=355 &cntnt01returnid=68/ (дата обращения: 02.12.2015).
6. J-Link Commander. - URL: https://segger.com/j-link-commander.html/ (дата обращения: 02.12.2015).
7. MDK Microcontroller Development Kit. - URL: https://keil.com/mdk5/ (дата обращения: 02.12.2015).
8. Голубцов М. Микроконтроллер MDR32F9Q2I. Часть 1. Первое знакомство с
1 SCIENCE TIME 1
микроконтроллером и средствами разработки для него // Современная электроника. 2012. №3. С. 18-21.
9. Вакуленко С.В. uOS. Встраиваемая операционная система реального времени. Перенос на микроконтроллер 1986ВЕ9х. - URL: https://uos-embedded.googlecode. com/files/uos- 1986ve9x-slides.pdf/ (дата обращения: 02.12.2015).
10. Опыт работы с ARM микроконтроллером НИИЭТ NT32M4F1. - URL: https:// uos-embedded.googlecode.com/files/uos-1986ve9x-slides.pdf/ (дата обращения: 02.12.2015).
11. Микроконтроллерная платформа KROLIK. - URL: https://km211.ru/ru/ microcontroller-platform/ (дата обращения: 02.12.2015).
