Реферат: Средства отладки электронных схем

Министерство Промышленности и Энергетики РФ

Реферат

Средства отладки электронныхсхем

Выполнил студент 412группы:

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. Отладочныесредства БИС 12

2.1 Средства разработки электронныхсхем 12

2.2 Прототипные платы схемпрограммируемой логики с ISA 13

2.3 Прототипные платы схемпрограммируемой логики с PCI 13

2.4 Платы разработчика для схемпрограммируемой логики с PCI 14

2.5 Оборудование для контроля иотладки проектных плат 15

2.6 Комплекс средств тестированияметодом граничного

сканирования JTools 16

2.7 Комплекс средств тестированияметодом граничного

сканирования (дополнительно) 17

Заключение 18

Списокиспользуемой литературы 19

Введение

Сегодня промышленность шагнуладалеко вперед в производстве интегральных схем, это видно, из того, что размерымикросхем уменьшаются, а производительность и характеристики возрастают вположительную сторону. Но в связи, с этим, возникает один недостаток,микросхемы усложняются по своей структуре и функциональному предназначению. Икак следствие возникает проблема контроля выхода годных интегральных схем ивыявление причин возникающих неполадок.

Денежныеи трудовые затраты на тестирование сложных интегральных схем с привлечениемконтрольно-измерительной аппаратуры может во много раз превышать стоимостьинтегральной схемы из-за длительности процесса тестирования и сложности егореализации. Производить тестирование на модели разрабатываемой интегральнойсхемы существенно удешевляет процесс тестирования и сокращает время егопроведения.

Реальные образцы создаются на основепроекта интегральных схем, разработанного на этапах логического итопологического проектирования. И затем, каждый образец должен пройтифункциональный контроль, устанавливающий правильность его работы.

При тестировании на математической модели или реальном образцеобнаруживаются неисправности интегральной схемы путем анализа состояний еевыхода на определенных наборах входных сигналов. Успешное решение задачи тестированияинтегральной схемы на всех стадиях проектирования и изготовления определяет вконечном итоге ее важнейшие характеристики, такие как: 1. бездефектностьпроектирования; 2. надежность работы; 3. устойчивость работы; 4. стоимостьобразцов; и др.

Можно выделить два вида тестированияинтегральных схем:

1.

функциональное тестирование, осуществляемое навсех этапах разработки логической схемы;

2.

функциональный контроль правильности работыобразцов интегральных схем после их изготовления.

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

1. Средстваотладки для микроконтроллеров семейства HC05

Микроконтроллерысемейства HC05 фирмы MOTOROLA являются относительно новыми для российскогоразработчика. Несмотря на то, что информация о МК семейства HC05 присутствует втех или иных изданиях ужепорядка пяти лет, а подробная техническая документация вбольшом количестве содержится на серверах компании, использование этих МК вразработках российских инженеров по-прежнему ограничено. Данное обстоятельствоявляется всего лишь подтверждением аксиомы о том, что МК без средств отладки ипрограммирования являются схемами абсолютно бесполезными с практической точкизрения. Недоступность в течение достаточно длительного времени российскомуразработчику дешевых средств поддержки разработки для 8-разрядных МК фирмыМотоRоLа часто оказывается решающим фактором при выборе элементной базы новойразработки.

Числоальтернативных вариантов МК, которые могут обеспечить примерно равныетехнические характеристики создаваемого изделия, среди 8-разрядных МКзначительно больше, чем при ведении разработки на основе 16- и 32-разрядных МК.Поэтому однозначный выбор 8-разрядного МК редко диктуется только техническимиусловиями, за исключением случаев, требующих предельного быстродействия. Сэкономической точки зрения, выигрыш в цене на комплектующие при замене одного8-разрядного МК на другой с близкими техническими характеристиками оказываетсяне столь существенным по сравнению с необходимостью обеспечения предельнокоротких сроков разработки изделия. Именно в этом случае особое значениеприобретают “степень освоения” разработчиком выбранного МК и предварительныепрограммные наработки. Именно в этом случае сказывается долгое отсутствие нароссийском рынке дешевых инструментальных средств разработки и бесплатныхпрограммных симуляторов с небольшим набором функций. В настоящий момент,благодаря программе “NO EXUSES”, такое положение дел меняется коренным образом.

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

ДляМК семейства НС05 фирма МотоRоLа предлагает программно-аппаратные средстваразработки следующих классов:

·

программные симуляторы;

·

внутрисхемныесимуляторыICS (In-Circuit Simulator);

·

внутрисхемныеэмуляторытипаMMEVS (Motorola Modular Evaluation System);

·

внутрисхемныеэмуляторытипаMMDS (Motorola Modular Development System);

·

программаторы. 1.1 Внутрисхемные симуляторы Безусловно,самой дешевой технологией отладки, знакомой всем отечественным разработчикам состажем, является набор “Ассемблер – Симулятор – Программатор”. Учитываянебольшой объём памяти маловыводных МК и дешевизну МК этих серий, такой путь на первом этапе могбы считаться вполне приемлемым. Однако, драйверы программирования для широкого набораМК Motorola редко присутствуют в отечественных универсальных программаторах,что часто делает этот путь практически нереализуемым. Поэтомубесплатные программные симуляторы, присутствующие на сервереhttp://mot-sps.com/csic/devsys/devtools/htm в разделе Free Software, могутпослужить для целей первичного знакомства или обучения, но не позволяют бездополнительных материальных затрат создать макетный образец изделия.Самымдешёвым инструментальным средством для МК семейства НС05 являются внутрисхемныесимуляторы M68ICS05xx. Симуляторы специализированны на определённый тип МКпрограммы “NO EXUSES” (таблица). Набор внутрисхемного симулятора включаетпростую плату аппаратных средств и интегрированную среду разработки дляперсонального компьютера. Обмен данными между ПК и аппаратной платформой осуществляетсяпосредством интерфейса RS-232.В таблице1. приведены средства отладки ипрограммирования популярных МК семейств HC05.Таблица №1 Средства отладки ипрограммирования 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
илиM68MMDS05

M68EM08AZ0

M68CBL05E

M68TE08AZ032FU64

68HC08MR16
этот МК будет заменен на 68HC908MR24

нет

M68MMPFB0508
или M68MMDS05

M68EM08MP16

M68CBL05C

M68TC08MP16FU64

68HC908AZ60

нет

M68MMPFB0508
илиM68MMDS05

M68EM08AZ60

M68CBL05C

X68TC08AX48

68HC908GB20

M68ICS08GB20

Термин “внутрисхемныйсимулятор” может показаться недостаточно понятным, поэтому рассмотрим краткопринцип действия устройств данного класса. Основным элементом аппаратнойплатформы является МК семейства НС05, однако его тип не совпадает с типомцелевого МК. Периферийные модули этого замещающего МК идентичны модулямцелевого МК, а число линий портов ввода/вывода превышает аналогичное числоцелевого МК. Эти “лишние” линии используются для обмена с ПК. Выводызамещающего МК, полностью совпадающие по функциональному назначению с выводамицелевого МК, выведены на разъём с цоколевкой последнего. ПК имитируетпрограммно-логическую модель целевого МК, включая периферийные модули.Прикладная программа на языке ассемблер НС05 выполняется внутренними средствамиПК. Связь с аппаратной платформой осуществляется только в случае необходимостиввода или вывода данных. Под управлением программы монитора, которая записана вПЗУ МК платы M68ICS05xx, сформированные в ПК выходные воздействия поступают насоответствующие выходы разъёма целевого МК, или состояния входов целевого МКсчитываются и передаются в ПК. При подключении разрабатываемого изделия куказанному разъёму платы M68ICS05xx создается полная иллюзия работы подуправлением целевого МК, но в замедленном по отношению к реальному масштабувремени. Отсюда и название — “симулятор”. Крайне важно: комплект средствМ68ICS05xx одновременно является программатором OTP и EEPROM МК, но только тойсерии, для отладки которой он предназначен.

Программное обеспечениеМ68ICS05xx работает под управлением Windows. Оно содержит в своёмсоставе редактор текста, макроассемблер IAS05 и полноэкранную многооконнуюсреду отладки, которые объединены общей программной оболочкой. Если аппаратнаяплатформа М68ICS05xx подключена к ПК, то при отладке используются реальныефизические сигналы, поступающие на разъёмы целевого МК. Если платформаотключена, то среда отладки работает в режиме программного симулятора, с полнойимитацией всех периферийных модулей. Именно эти симуляторы предложены вкачестве бесплатного программного обеспечения.

Программная среда отладки предоставляет следующиевозможности:

·

отладка программы на уровне исходного текста языка Ассемблер;

·

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

·

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

·

позволяет задать 64 точки останова. Контрольные точки могутбыть установлены в абсолютных кодах, в символьном виде, допускаются условныеточки останова по содержимому регистров;

·

обеспечивает режим трассировки;

·

имеет встроенный механизм создания командного файла, чтопозволяет автоматизировать процесс отладки, задать последовательность входныхвоздействий на входы МК, а также запомнить последовательность сигналов навыходах МК в процессе выполнения программы;

·

производит конфигурирование адресного пространства дляконкретного типа МК из перечня серии (например, M68ICS05B поддерживает целевыеМК НС05В5, НС05В16, НС05В32). Контролирует обращение к несуществующим вадресном пространстве выбранного МК ячейкам памяти, сообщает о попытке чтенияранее неинициализированной памяти.

Учитываясложности с учебным оборудованием по курсам микропроцессорной техники, следуетотметить, что описанные внутрисхемные симуляторы позволяют создать прекрасныйнедорогой лабораторный практикум.

1.2 Внутрисхемныеэмуляторы

Для эффективной отладки прикладныхпрограмм управления в реальном масштабе времени фирма МотоRоLа предлагаетмодульные системы внутрисхемной эмуляции MMEVS и MMDS. Каждая из них состоит издвух плат:

1.

Плата основной платформы универсальна для всех МК семействHC05 и HC08. Для системы типа MMEVS эта плата носит название M68MMPFB0508, адля системы типа MMDS — M68MMDS05.

2.

Плата эмуляционного модуля (EM) специфицирует систему MMEVSили MMDS для конкретного типа МК. Эмуляционный модуль часто называютнаездником, так как плата модуля конструктивно устанавливается поверх платыосновной платформы. Платы эмуляционных модулей инвариантны по отношению к типусистемы (таблица). Общее число модулей для семейств HC05 и HC08 составляетоколо 50. В таблице приведены модули только для МК программы “NO EXUSES”.

Длясоздания законченной системы внутрисхемной эмуляции комплект из двух платдолжен быть обязательно дополнен:

·

гибким высокочастотным кабелем;

·

адаптером целевого МК;

·

переходной головкой целевого МК.

Типсоединительного кабеля инвариантен по отношению к корпусу целевого МК, но, ксожалению, различается для разных серий МК. Тип адаптера определяется корпусомцелевого МК (таблица). Если МК выполнен в корпусе DIP или PLCC, то переходнаяголовка не потребуется вовсе, а для остальных типов корпусов адаптер долженбыть дополнен переходной головкой.

Каждыйиз пяти описанных компонентов системы MMЕVS или MMDS имеет свой порядковыйномер (таблица) и при покупке должен быть заказан отдельно. Такой подходпредоставляет пользователю возможность последовательно дополнять базовыйкомплект средств отладки при переходе на новый тип МК семейства HC05 или HC08.

Программноеобеспечение для систем внутрисхемной эмуляции поставляется в комплекте с платамиосновной платформы. В настоящее время в комплекте с платой системы MMЕVSM68MMPFB0508 поставляется интегрированная среда разработки RAPID, котораяработает под управлением DOS и включает редактор текста, макроассемблер иполноэкранный отладчик. Системы MMЕVS и MMDS не имеют в своём составе средствпрограммирования, среда отладчика не может работать в режиме симулятора.Программная среда RAPID и аппаратные средства MMЕVS предоставляют следующиевозможности:

·

отладка в реальном времени, полная внутрисхемная эмуляция безкаких-либо ограничений;

·

эмулируемая память программ — 64 Кбайт SRAM ОЗУ, то естьэмулируется резидентное ПЗУ любого МК семейства HС05 или HC08. Адаптацияуниверсального отладчика RAPID к конкретному типу МК производится с помощьюфайлов 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 ипортов ввода/вывода;

·

позволяет задать 64 “аппаратных” точки останова. Память точекостанова 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 выбранномкорпусе;

·

соединение с ПК посредством интерфейса RS-232, скоростьобмена — 57600 бод.

Внастоящее время фирма MOTOROLA разработала новую программную оболочку длявнутрисхемных эмуляторов MMEVS и MMDS. Интегрированная среда разработки носитназвание MCUez и работает под управлением Windows 9Xили Windows NT. Основное её преимущество по отношению к RAPID — возможностьотладки на уровне исходного текста на языках C и Ассемблер. Однако С-компиляторв состав MCUez не входит. Демонстрационную версию MCUez можно найти по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/swupgrd/swug/htm

ДляOTP МК семейства НС05, входящих в программу “NO EXUSES”, на основе базовойплатформы MMEVS созданы завершённые комплекты средств отладки KITMMEVS05xx, всостав которых входит среда MCUez.

Системытипа MMЕVS фирма МотоRоLа относит к классу дешёвых внутрисхемных эмуляторов. Ихразвитием являются системы типа MMDS, которые имеют следующие дополнения поотношению к MMEVS:

·

аппаратные средства платформы M68MMDS05 содержат двухпортовоеОЗУ, на основе которого выполнен логический анализатор;

·

встроенный логический анализатор позволяет записать в память8К состояний выводов целевого МК при выполнении прикладной программы в реальномвремени;

·

встроенный источник питания;

·

все элементы системы отладки объединены в металлическом корпусе.1.3 Программаторы

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

·

пользователь записывает прикладную программу в отдельныйкорпус ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием при помощи универсальногопрограмматора;

·

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

Следует отметить, что данныйспособ программирования не является высокотехнологичным и предназначен толькодля создания рабочих образцов целевых МК на этапе разработки. Аналогичнуюфункцию программирования выполняют внутрисхемные симуляторы ICS. Поэтому, еслицелевой МК поддерживается внутрисхемным симулятором ICS, то безусловно,предпочтение следует отдать последнему. В противном случае плата “параллельного”программатора является наиболее экономичным средством на пути получениязаконченного образца разрабатываемого изделия. Это, в первую очередь, относитсяк перспективным МК серии L со встроенным модулем управления ЖКИ. Подробнаяинформация о платах “параллельных” программаторов находится по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/flldrl9/pgmr.htm

В случае, если читателяинтересуют универсальные программаторы, то из отечественных можно предложить“Стерх-ST011” (http://www.sibfair.ru/bond

) и “KROM” (http://msl.gaw.ru). Перечень универсальныхпрограмматоров зарубежного производства Вы найдете по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/devtools.htmв разделе 3rd PartyPartners. В настоящее время ведутся разработки драйверов для отечественныхпрограмматоров фирмы Фитон.1.4 Средстваразработки третьих фирм

Pазнообразие МК фирмы MOTOROLA, с одной стороны, и глубокаяпродуманность структуры внутрисхемных эмуляторов MMEVS и MMDS, с другойстороны, обуславливают тот факт, что большинство компаний, специализирующихсяна разработке высокопрофессиональных средств отладки микропроцессорных систем,избрали в качестве магистрального направления создание программного обеспеченияк уже существующим аппаратным средствам типа MMEVS и MMDS. Перечень этих компанийможно найти в Internet по адресу http://mot-sps.com/csic/devsys/devtools.htm

в разделе 3rd PartyPartners. Фирма MOTOROLA выделяет в качестве основных партнеров фирмы HIWARE иCOSMIC. Продукция фирмы HIWARE включаетнесколько версий компиляторов с языка С, макроассемблеры, библиотекистандартных функций, программные симуляторы, полноэкранные отладчики дляплатформ типа MMEVS и MMDS для всех семейств МК фирмы MOTOROLA. Достоинствомпредлагаемых средств является их полная программная совместимость. На основеуниверсальной интегрированной среды ведения проекта пользователь может создатьсобственную конфигурацию системы отладки и, в случае необходимости, дополнитьеё недостающими программными пакетами. Многооконный интерфейс пользователяинвариантен по отношению к выбранному типу средства отладки: так при отключенииплатформы MMЕVS от ПК отладчик может работать в режиме программного симулятора.Отладчик поддерживает высокоуровневую символьную отладку, символьную отладку науровне исходного текста языка Ассемблер и в машинных кодах. Следует обратитьвнимание на утилиту создания графических образов объектов управления, котораяпозволяет создать образ панели управления и индикации разрабатываемогоустройства и назначить соответствие сигналов на входах МК состоянию органовуправления и отображения. В процессе отладки разработчик может имитироватьрежимы работы устройства под управлением прикладной программы в естественномрежиме, например, нажимая на кнопки мобильного телефона (рисунок).

2 Отладочные средства БИС

Средства разработки электронных схем

Средства предназначены дляускорения внедрения разработок, ориентированных на использование схемпрограммируемой логики.

Рис. 1 Средства разработки

Cостав средств:

платы разработчиков для схем программируемой логики; прототипные платы для БИС фирмы Altera; специальное тестирующее оборудование; программное обеспечение; методическое обеспечение.

Применение средств обеспечивает быструю реализацию проектов иконтроль их работоспособности на всех этапах изготовления и внедрения, включаяотладку образцов, входящих в состав конечной аппаратно-программной системы.

Основныехарактеристики:

стандарт интерфейсных плат — ISA, PCI; PLD семейства — MAX7000S, FLEX10K, ACEX; сложность реализуемых проектов — 10 — 100 тыс. вентилей.

На отечественном рынкене имеется аналогичного комплексного подхода к проблемам проектирования платрасширения.

Особенности и преимущества:

·

эффективность: учет специфики отлаживаемого оборудования;

·

стоимость: значительно меньшая, чем у традиционных средствотладки программно-аппаратных систем или у зарубежных аналогов;

·

передачу конкретных схемотехнических решений для определенныхобластей использования;

2.2Прототипные платы схем программируемой логики с интерфейсом ISA

Прототипные платы программируемой логики с интерфейсом ISAпозволяют отлаживать широкий круг пользовательских проектов, ориентированных наБИС PLD FLEX10K (Рис.2).

Рис. 2 Плата программируемой логики с интерфейсом ISA

Особенности реализации:

·

допустимость отладки больших и сложных пользовательскихпроектов (так как логическая мощность системных БИС составляет 10, 20 или 30тысяч эквивалентных логических вентилей, а в ближайшее время превысит 70 тысячвентилей);

·

возможность использования в проектах встроенныхсверхоперативных блоков ОЗУ;

·

обеспечение простоты и легкости смены пользовательскихпроектов при реконфигурировании через интерфейс ISA;

·

отсутствие ограничений на количество цикловреконфигурирования;

·

возможность загрузки конфигурации из схемы постоянной памяти;

·

предоставление средств организации гибкого взаимодействиямежду аппаратными ресурсами PLD и программным обеспечением ПЭВМ;

·

допустимость разнообразных способов организациивзаимодействия между аппаратными ресурсами PLD и программным обеспечением ПЭВМ.

2.3 Прототипные платы схемпрограммируемой логики с интерфейсом PCI

Прототипные платыпрограммируемой логики с интерфейсом PCI позволяют отлаживать широкий кругпользовательских проектов, ориентированных на БИС PLD FLEX10K.

Рис.3 Прототипные платы

Семейство в своей основе содержит:

·

три схемы программируемой логики;

·

четыре БИС сверхоперативной памяти (цикл обращения не более 15 нсек).

По функциональному назначению схемы PLD распределяются:

интерфейсная БИС типа FLEX10K — EPX10K30QC240-3; системная БИС типа FLEX10K — EPX10K30ATC144-4, управляющая БИС типа MAX7000S — EPM128STC100-6.

Особенности реализации:

·

допустимость отладки больших и сложных пользовательскихпроектов до 60 тысяч вентилей;

·

возможность использования в проектах встроенныхсверхоперативных блоков ОЗУ;

·

возможность использования в проектах блоков ОЗУ большойемкости (до 128K 32-разрядных слов);

·

обеспечение простоты и легкости смены пользовательскихпроектов, загружаемых в системную БИС через интерфейсную БИС;

·

отсутствие ограничений на количество цикловреконфигурирования;

·

обеспечение загрузки конфигурации интерфейсной БИС из схемыпостоянной загрузочной памяти;

·

возможность закрытия битом секретности доступа к содержимомувнутреннего ОЗУ платы.

2.4 Платы разработчика для схем программируемойлогики с интерфейсом PCI

Платы разработчика для схем программируемой логики синтерфейсом PCI позволяют отлаживать широкий круг пользовательских проектов,ориентированных на БИС PLD ACEX.

Рис. 3 Платапрограммируемой логики с интерфейсом PCI

Семейство в своей основе содержит:

схему программируемой логики; две БИС сверхоперативной памяти (цикл обращения не более 15 нсек).

Особенности реализации:

·

допустимость отладки больших и сложных пользовательскихпроектов до 100 тысяч вентилей;

·

возможность использования в проектах встроенныхсверхоперативных блоков ОЗУ;

·

возможность использования в проектах блоков ОЗУ большойемкости (до 128K 16-разрядных слов);

·

обеспечение простоты и легкости смены пользовательскихпроектов, загружаемых в БИС;

·

наличие монтажной зоны для размещения ИС пользователя;

·

возможность использования дополнительных плат по мезониннойтехнологии;

·

обеспечение загрузки конфигурации БИС из схемы постояннойзагрузочной памяти.

2.5 Оборудование для контроля и отладки проектныхплат

Оборудование для контроля и отладки проектных плат синтерфейсом по стандарту ISA или PCI представляют собой платы-удлинители длясоответствующих интерфейсных плат, у которых каждая линия интерфейса имеетсоединение с контролирующей БИС PLD.

Рис. 4 Оборудование для кон