Средства отладки электронных схем

Министерство Промышленности и Энергетики РФ

Реферат

Средства отладки электронных схем

Выполнил студент 412 группы:

Боровков И.А.

 

Проверил:

Волков А.В.

Иваново

2004

Содержание:

Введение 3

1. Средства отладки для микроконтроллеров семейства HC05 3

1.1 Внутрисхемные симуляторы 5

1.2 Внутрисхемные эмуляторы 7

1.3 Программаторы 10

1.4 Средства разработки третьих фирм 11

2. Отладочные средства БИС 12

2.1 Средства разработки электронных схем 12

2.2 Прототипные платы схем программируемой логики с ISA 13

2.3 Прототипные платы схем программируемой логики с PCI 13

2.4 Платы разработчика для схем программируемой логики с PCI 14

2.5 Оборудование для контроля и отладки проектных плат 15

2.6 Комплекс средств тестирования методом граничного

сканирования JTools 16

2.7 Комплекс средств тестирования методом граничного

сканирования (дополнительно) 17

Заключение 18

Список используемой литературы 19

Введение

Сегодня промышленность шагнула далеко вперед в производстве интегральных схем, это видно, из того, что размеры микросхем уменьшаются, а производительность и характеристики возрастают в положительную сторону. Но в связи, с этим, возникает один недостаток, микросхемы усложняются по своей структуре и функциональному предназначению. И как следствие возникает проблема контроля выхода годных интегральных схем и выявление причин возникающих неполадок.

Денежные и трудовые затраты на тестирование сложных интегральных схем с привлечением контрольно-измерительной аппаратуры может во много раз превышать стоимость интегральной схемы из-за длительности процесса тестирования и сложности его реализации. Производить тестирование на модели разрабатываемой интегральной схемы существенно удешевляет процесс тестирования и сокращает время его проведения.

Реальные образцы создаются на основе проекта интегральных схем, разработанного на этапах логического и топологического проектирования. И затем, каждый образец должен пройти функциональный контроль, устанавливающий правильность его работы.

При тестировании на математической модели или реальном образце обнаруживаются неисправности интегральной схемы путем анализа состояний ее выхода на определенных наборах входных сигналов. Успешное решение задачи тестирования интегральной схемы на всех стадиях проектирования и изготовления определяет в конечном итоге ее важнейшие характеристики, такие как: 1. бездефектность проектирования; 2. надежность работы; 3. устойчивость работы; 4. стоимость образцов; и др.

Можно выделить два вида тестирования интегральных схем:

1.    функциональное тестирование, осуществляемое на всех этапах разработки логической схемы;

2.    функциональный контроль правильности работы образцов интегральных схем после их изготовления.

В данном реферате будут рассмотрены средства отладки для микроконтроллеров семейства HC05 и БИС PLD FLEX10K и др.

 

1. Средства отладки для микроконтроллеров семейства HC05

  Микроконтроллеры семейства HC05 фирмы MOTOROLA являются относительно новыми для российского разработчика. Несмотря на то, что информация о МК семейства HC05 присутствует в тех или иных изданиях уже порядка пяти лет, а подробная техническая документация в большом количестве содержится на серверах компании, использование этих МК в разработках российских инженеров по-прежнему ограничено. Данное обстоятельство является всего лишь подтверждением аксиомы о том, что МК без средств отладки и программирования являются схемами абсолютно бесполезными с практической точки зрения. Недоступность в течение достаточно длительного времени российскому разработчику дешевых средств поддержки разработки для 8-разрядных МК фирмы МотоRоLа часто оказывается решающим фактором при выборе элементной базы новой разработки.

Число альтернативных вариантов МК, которые могут обеспечить примерно равные технические характеристики создаваемого изделия, среди 8-разрядных МК значительно больше, чем при ведении разработки на основе 16- и 32-разрядных МК. Поэтому однозначный выбор 8-разрядного МК редко диктуется только техническими условиями, за исключением случаев, требующих предельного быстродействия. С экономической точки зрения, выигрыш в цене на комплектующие при замене одного 8-разрядного МК на другой с близкими техническими характеристиками оказывается не столь существенным по сравнению с необходимостью обеспечения предельно коротких сроков разработки изделия. Именно в этом случае особое значение приобретают “степень освоения” разработчиком выбранного МК и предварительные программные наработки. Именно в этом случае сказывается долгое отсутствие на российском рынке дешевых инструментальных средств разработки и бесплатных программных симуляторов с небольшим набором функций. В настоящий момент, благодаря программе “NO EXUSES”, такое положение дел меняется коренным образом.

МК семейства HC05 имеют общее процессорное ядро, но существенно различаются объёмом резидентного ПЗУ программ и набором периферийных модулей. С точки зрения методологии отладки, их можно условно разделить на две группы. Маловыводные МК серий K, J, P (число выводов корпуса от 16 до 28) имеют ПЗУ программ от 1 до 4,6 Кбайт и малое число периферийных модулей. Объём резидентного ПЗУ не предполагает использования этих МК для сложных задач, поэтому прикладная программа может быть написана на языке Ассемблер, и весьма вероятно, что при отладке можно будет обойтись без инструментальных средств реального времени. Ко второй группе относятся МК с объёмом памяти программ от 8 до 16 Кбайт с развитым набором периферийных модулей (серии B, C, L). Эти МК требуют более развитых средств отладки.

   Для МК семейства НС05 фирма МотоRоLа предлагает программно-аппаратные средства разработки следующих классов:

·             программные симуляторы;

·             внутрисхемные симуляторы ICS (In-Circuit Simulator);

·             внутрисхемные эмуляторы типа MMEVS (Motorola Modular Evaluation System);

·             внутрисхемные эмуляторы типа MMDS (Motorola Modular Development System);

·             программаторы.

1.1  Внутрисхемные симуляторы  Безусловно, самой дешевой технологией отладки, знакомой всем отечественным разработчикам со стажем, является набор “Ассемблер – Симулятор – Программатор”. Учитывая небольшой объём памяти маловыводных МК и дешевизну МК этих серий, такой путь на первом этапе мог бы считаться вполне приемлемым. Однако, драйверы программирования для широкого набора МК Motorola редко присутствуют в отечественных универсальных программаторах, что часто делает этот путь практически нереализуемым. Поэтому бесплатные программные симуляторы, присутствующие на сервере http://mot-sps.com/csic/devsys/devtools/htm в разделе Free Software, могут послужить для целей первичного знакомства или обучения, но не позволяют без дополнительных материальных затрат создать макетный образец изделия.Самым дешёвым инструментальным средством для МК семейства НС05 являются внутрисхемные симуляторы M68ICS05xx. Симуляторы специализированны на определённый тип МК программы “NO EXUSES” (таблица). Набор внутрисхемного симулятора включает простую плату аппаратных средств и интегрированную среду разработки для персонального компьютера. Обмен данными между ПК и аппаратной платформой осуществляется посредством интерфейса RS-232. В таблице 1. приведены средства отладки и программирования популярных МК семейств HC05. Таблица №1 Средства отладки и программирования МК семейств HC05

Тип МК	Внутрисхемный симулятор	Внутрисхемный эмулятор	Эмуляционный модуль	Кабель	Адаптер
68HC08AZ0 68HC08AB0	нет	M68MMPFB0508 или M68MMDS05	M68EM08AZ0	M68CBL05E	M68TE08AZ0PU100
68HC08AZ32	нет	M68MMPFB0508 или M68MMDS05	M68EM08AZ0	M68CBL05E	M68TE08AZ032FU64
68HC08MR16 этот МК будет заменен на 68HC908MR24	нет	M68MMPFB0508 или M68MMDS05	M68EM08MP16	M68CBL05C	M68TC08MP16FU64
68HC908AZ60	нет	M68MMPFB0508 или M68MMDS05	M68EM08AZ60	M68CBL05C	X68TC08AX48
68HC908GB20	M68ICS08GB20

Термин “внутрисхемный симулятор” может показаться недостаточно понятным, поэтому рассмотрим кратко принцип действия устройств данного класса. Основным элементом аппаратной платформы является МК семейства НС05, однако его тип не совпадает с типом целевого МК. Периферийные модули этого замещающего МК идентичны модулям целевого МК, а число линий портов ввода/вывода превышает аналогичное число целевого МК. Эти “лишние” линии используются для обмена с ПК. Выводы замещающего МК, полностью совпадающие по функциональному назначению с выводами целевого МК, выведены на разъём с цоколевкой последнего. ПК имитирует программно-логическую модель целевого МК, включая периферийные модули. Прикладная программа на языке ассемблер НС05 выполняется внутренними средствами ПК. Связь с аппаратной платформой осуществляется только в случае необходимости ввода или вывода данных. Под управлением программы монитора, которая записана в ПЗУ МК платы M68ICS05xx, сформированные в ПК выходные воздействия поступают на соответствующие выходы разъёма целевого МК, или состояния входов целевого МК считываются и передаются в ПК. При подключении разрабатываемого изделия к указанному разъёму платы M68ICS05xx создается полная иллюзия работы под управлением целевого МК, но в замедленном по отношению к реальному масштабу времени. Отсюда и название — “симулятор”. Крайне важно: комплект средств М68ICS05xx одновременно является программатором OTP и EEPROM МК, но только той серии, для отладки которой он предназначен.

Программное обеспечение М68ICS05xx работает под управлением Windows. Оно содержит в своём составе редактор текста, макроассемблер IAS05 и полноэкранную многооконную среду отладки, которые объединены общей программной оболочкой. Если аппаратная платформа М68ICS05xx подключена к ПК, то при отладке используются реальные физические сигналы, поступающие на разъёмы целевого МК. Если платформа отключена, то среда отладки работает в режиме программного симулятора, с полной имитацией всех периферийных модулей. Именно эти симуляторы предложены в качестве бесплатного программного обеспечения.

Программная среда отладки предоставляет следующие возможности:

·             отладка программы на уровне исходного текста языка Ассемблер;

·             контроль и модификация содержимого ячеек памяти, регистров и портов ввода/вывода;

·             несколько режимов прогона программы: автоматический, пошаговый, с остановкой по контрольным точкам и прерываниям МК;

·             позволяет задать 64 точки останова. Контрольные точки могут быть установлены в абсолютных кодах, в символьном виде, допускаются условные точки останова по содержимому регистров;

·             обеспечивает режим трассировки;

·             имеет встроенный механизм создания командного файла, что позволяет автоматизировать процесс отладки, задать последовательность входных воздействий на входы МК, а также запомнить последовательность сигналов на выходах МК в процессе выполнения программы;

·             производит конфигурирование адресного пространства для конкретного типа МК из перечня серии (например, M68ICS05B поддерживает целевые МК НС05В5, НС05В16, НС05В32). Контролирует обращение к несуществующим в адресном пространстве выбранного МК ячейкам памяти, сообщает о попытке чтения ранее неинициализированной памяти.

  Учитывая сложности с учебным оборудованием по курсам микропроцессорной техники, следует отметить, что описанные внутрисхемные симуляторы позволяют создать прекрасный недорогой лабораторный практикум.

1.2 Внутрисхемные эмуляторы

   Для эффективной отладки прикладных программ управления в реальном масштабе времени фирма МотоRоLа предлагает модульные системы внутрисхемной эмуляции MMEVS и MMDS. Каждая из них состоит из двух плат:

1.          Плата основной платформы универсальна для всех МК семейств HC05 и HC08. Для системы типа MMEVS эта плата носит название M68MMPFB0508, а для системы типа MMDS — M68MMDS05.

2.          Плата эмуляционного модуля (EM) специфицирует систему MMEVS или MMDS для конкретного типа МК. Эмуляционный модуль часто называют наездником, так как плата модуля конструктивно устанавливается поверх платы основной платформы. Платы эмуляционных модулей инвариантны по отношению к типу системы (таблица). Общее число модулей для семейств HC05 и HC08 составляет около 50. В таблице приведены модули только для МК программы “NO EXUSES”.

  Для создания законченной системы внутрисхемной эмуляции комплект из двух плат должен быть обязательно дополнен:

·             гибким высокочастотным кабелем;

·             адаптером целевого МК;

·             переходной головкой целевого МК.

  Тип соединительного кабеля инвариантен по отношению к корпусу целевого МК, но, к сожалению, различается для разных серий МК. Тип адаптера определяется корпусом целевого МК (таблица). Если МК выполнен в корпусе DIP или PLCC, то переходная головка не потребуется вовсе, а для остальных типов корпусов адаптер должен быть дополнен переходной головкой.

  Каждый из пяти описанных компонентов системы MMЕVS или MMDS имеет свой порядковый номер (таблица) и при покупке должен быть заказан отдельно. Такой подход предоставляет пользователю возможность последовательно дополнять базовый комплект средств отладки при переходе на новый тип МК семейства HC05 или HC08.

  Программное обеспечение для систем внутрисхемной эмуляции поставляется в комплекте с платами основной платформы. В настоящее время в комплекте с платой системы MMЕVS M68MMPFB0508 поставляется интегрированная среда разработки RAPID, которая работает под управлением DOS и включает редактор текста, макроассемблер и полноэкранный отладчик. Системы MMЕVS и MMDS не имеют в своём составе средств программирования, среда отладчика не может работать в режиме симулятора. Программная среда RAPID и аппаратные средства MMЕVS предоставляют следующие возможности:

·             отладка в реальном времени, полная внутрисхемная эмуляция без каких-либо ограничений;

·             эмулируемая память программ — 64 Кбайт SRAM ОЗУ, то есть эмулируется резидентное ПЗУ любого МК семейства HС05 или HC08. Адаптация универсального отладчика RAPID к конкретному типу МК производится с помощью файлов конфигурации, которые поставляются с модулями EM;

·             4 программно-выбираемых частоты тактирования целевого МК;

·             отладка программы на уровне исходного текста языка Ассемблер;

·             контроль и модификация содержимого ячеек памяти, регистров и портов ввода/вывода;

·             несколько режимов прогона программы: автоматический, пошаговый, с остановкой по контрольным точкам и прерываниям МК;

·             позволяет задать 64 “аппаратных” точки останова. Память точек останова не входит в адресное пространство эмулируемой памяти программ;

·             обеспечивает режим трассировки;

·             встроенный механизм создания командного файла;

·             команда “CHIPINFOR” предоставляет сведения о конфигурации (адреса регистров специальных функций) и цоколевке целевого МК в выбранном корпусе;

·             соединение с ПК посредством интерфейса RS-232, скорость обмена — 57600 бод.

  В настоящее время фирма MOTOROLA разработала новую программную оболочку для внутрисхемных эмуляторов MMEVS и MMDS. Интегрированная среда разработки носит название MCUez и работает под управлением Windows 9X или Windows NT. Основное её преимущество по отношению к RAPID — возможность отладки на уровне исходного текста на языках C и Ассемблер. Однако С-компилятор в состав MCUez не входит. Демонстрационную версию MCUez можно найти по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/swupgrd/swug/htm.

  Для OTP МК семейства НС05, входящих в программу “NO EXUSES”, на основе базовой платформы MMEVS созданы завершённые комплекты средств отладки KITMMEVS05xx, в состав которых входит среда MCUez.

  Системы типа MMЕVS фирма МотоRоLа относит к классу дешёвых внутрисхемных эмуляторов. Их развитием являются системы типа MMDS, которые имеют следующие дополнения по отношению к MMEVS:

·             аппаратные средства платформы M68MMDS05 содержат двухпортовое ОЗУ, на основе которого выполнен логический анализатор;

·             встроенный логический анализатор позволяет записать в память 8К состояний выводов целевого МК при выполнении прикладной программы в реальном времени;

·             встроенный источник питания;

·             все элементы системы отладки объединены в металлическом корпусе.

1.3 Программаторы

   Фирма MOTOROLA предлагает ряд дешевых плат программаторов для МК семейства НС05. Эти платы специализированы для определенных групп МК семейства НС05, они не требуют для эксплуатации ПК верхнего уровня. В документации фирмы Мотоrоlа эти программаторы носят название “параллельных”. Название отражает технологию программирования:

·             пользователь записывает прикладную программу в отдельный корпус ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием при помощи универсального программатора;

·             пользователь устанавливает ПЗУ на плату “параллельного” программатора, который осуществляет копирование программы в ПЗУ МК.

  Следует отметить, что данный способ программирования не является высокотехнологичным и предназначен только для создания рабочих образцов целевых МК на этапе разработки. Аналогичную функцию программирования выполняют внутрисхемные симуляторы ICS. Поэтому, если целевой МК поддерживается внутрисхемным симулятором ICS, то безусловно, предпочтение следует отдать последнему. В противном случае плата “параллельного” программатора является наиболее экономичным средством на пути получения законченного образца разрабатываемого изделия. Это, в первую очередь, относится к перспективным МК серии L со встроенным модулем управления ЖКИ. Подробная информация о платах “параллельных” программаторов находится по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/flldrl9/pgmr.htm.

  В случае, если читателя интересуют универсальные программаторы, то из отечественных можно предложить “Стерх-ST011” (http://www.sibfair.ru/bond) и “KROM” (http://msl.gaw.ru). Перечень универсальных программаторов зарубежного производства Вы найдете по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/devtools.htm в разделе 3rd Party Partners. В настоящее время ведутся разработки драйверов для отечественных программаторов фирмы Фитон.

1.4 Средства разработки третьих фирм

   Pазнообразие МК фирмы MOTOROLA, с одной стороны, и глубокая продуманность структуры внутрисхемных эмуляторов MMEVS и MMDS, с другой стороны, обуславливают тот факт, что большинство компаний, специализирующихся на разработке высокопрофессиональных средств отладки микропроцессорных систем, избрали в качестве магистрального направления создание программного обеспечения к уже существующим аппаратным средствам типа MMEVS и MMDS. Перечень этих компаний можно найти в Internet по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/devtools.htm в разделе 3rd Party Partners. Фирма MOTOROLA выделяет в качестве основных партнеров фирмы HIWARE и COSMIC. Продукция фирмы HIWARE включает несколько версий компиляторов с языка С, макроассемблеры, библиотеки стандартных функций, программные симуляторы, полноэкранные отладчики для платформ типа MMEVS и MMDS для всех семейств МК фирмы MOTOROLA. Достоинством предлагаемых средств является их полная программная совместимость. На основе универсальной интегрированной среды ведения проекта пользователь может создать собственную конфигурацию системы отладки и, в случае необходимости, дополнить её недостающими программными пакетами. Многооконный интерфейс пользователя инвариантен по отношению к выбранному типу средства отладки: так при отключении платформы MMЕVS от ПК отладчик может работать в режиме программного симулятора. Отладчик поддерживает высокоуровневую символьную отладку, символьную отладку на уровне исходного текста языка Ассемблер и в машинных кодах. Следует обратить внимание на утилиту создания графических образов объектов управления, которая позволяет создать образ панели управления и индикации разрабатываемого устройства и назначить соответствие сигналов на входах МК состоянию органов управления и отображения. В процессе отладки разработчик может имитировать режимы работы устройства под управлением прикладной программы в естественном режиме, например, нажимая на кнопки мобильного телефона (рисунок).