Системи на кристалі

JTAG-емулятор дозволяє виконувати наступні дії:

1. Покроковий (на рівні машинних команд) режим виконання програми.

2. Заморожування периферії при зупинці: в момент переходу в режим зупинки виконання програми користувача JTAG-емулятор блокує джерело тактової частоти, керуючий роботою центрального процесора і периферійних пристроїв. Це забезпечує точне відстеження модельного часу. JTAG-емулятор забезпечує точну відповідність часу виконання програми користувача часу роботи периферійних пристроїв.

3. Доступ до ресурсів мікроконтролера при зупинці: JTAG-емулятор надає доступ до всіх ресурсів мікроконтролера в режимі зупинки виконання програми користувача.

Оскільки інформація вводиться в відлагоджувати пристрій і виводиться з нього через послідовний порт, метод JTAG не може служити заміною полнофункціональному емулятор, так як не в змозі відобразити поточний стан внутрішніх шин.

Однак він має ряд очевидних переваг:

1. Низька вартість засоби налагодження: в найпростішому випадку JTAG емулятор може складатися з кабелю, що з'єднує порт комп'ютера з JTAG-портом на відладжуваної платі. Всі режими налагодження мікроконтролера підтримуються програмним забезпеченням.

2. Максимально точна відповідність умов налагодження робочим умовам серійного виробу: налагодження МПС може здійснюватися на серійній платі, доповненої тільки 5-контактним роз'ємом порту ТАР на серійному МП. Як наслідок, електричні і тимчасові характеристики системи в процесі налагодження абсолютно ідентичні характеристикам робочого режиму.

3. Можливість одночасного тестування декількох пристроїв, об'єднаних JTAG-ланцюжком, причому стандарт не вводить ніяких обмежень на кількість пристроїв у ланцюжку.

До недоліків JTAG-емулятора відносяться наступні:

1. Необхідна умова використання JTAG-емулятора - наявність вбудованої в мікроконтроллер Flash-пам'яті програм, оскільки для завантаження програми користувача при налагодженні JTAG-емулятор задіює власну пам'ять мікроконтролера. У мікроконтролерах, у яких застосовується інший тип пам'яті програм (наприклад, тільки ППЗП), реалізація JTAG-емулятора на кристалі неможлива.

2. JTAG-емулятор має обмежене (зазвичай не більше 8) кількість точок зупину.

3. Труднощі в реалізації покрокового режиму на рівні операторів мови високого рівня, так як для відпрацьовування цього режиму в вихідний текст відладжуваної програми на початку кожного оператора ЯВУ повинна вставлятися команда виклику відладжуваного монітора, а кількість контрольних точок обмежено.

4. Програма користувача, яка завантажується для налагодження, має більший розмір і більшу часів виконання, ніж робоча програма, у зв'язку з необхідністю вставки в неї команд виклику відладжуваного монітора. Це порушує, хоча й несуттєво, масштаб реального часу виконання програми користувача в режимі налагодження з JTAG-емулятором.

5. JTAG-емулятор не підтримує точки останову по складним (комплексним) умовам, які реалізовані, наприклад, під внутрісхемних емуляторах.

JTAG широко використовується для відладки реальних пристроїв. Тестована програма може бути тією остаточною версією (після видалення команд виклику монітора налагодження), яка буде поставлятися.

Інтерфейс JTAG застосовується не тільки для тестування, але і для програмування різних пристроїв, у тому числі і незалежної пам'яті мікроконтроллерів. Контакти для сигналів JTAG є на шині PCI, проте в їх використанні одноманітності не спостерігається (або залишаються непідключеними, або з'єднуються для організації ланцюжка).

Відзначимо, що інтерфейсом JTAG в даний час оснащуються не тільки однокристальні мікроконтролери та сигнальні процесори, але і універсальні мікропроцесори аж до моделей з найвищою на сьогоднішній день продуктивністю, наприклад, Intel Core i7.

ExTReme Edition. Тут він дозволяє не тільки тестувати сам процесор (це не представляє особливого прикладного інтересу), але і організувати зондовий режим відладки (probe mode). Зондовий режим є потужним засобом налагодження системного програмного забезпечення; звичайний процесор, пов'язаний з тестовим контролером інтерфейсом JTAG, перетворюється у внутрісхемний емулятор.

3.3 Засоби розробки та налагодження програмного забезпечення

Для розробки програмного забезпечення в даний час використовуються інтегровані середовища розробки, що містять у своєму складі текстові редактори, компілятори, редактори зв'язків, завантажувачі та симулятори.

Текстові редактори служать для створення тексту програми. Як правило, вони мають більш обмежені можливості в порівнянні з універсальними програмами цього типу і орієнтовані на особливості написання програм на використовуваних мовах програмування.

Традиційним мовою програмування для МПС, що працюють в реальному масштабі часу (а саме до цього класу належить більшість систем керування, збору і обробки інформації на базі однокристальних мікроконтролерів і ЦСП), є Асемблер. В даний час в розпорядження розробників практично повсюдно надається також компілятор з мови С, а іноді С++ і навіть Паскаля. Як правило, в цьому випадку використовуються спеціальні оптимізують компілятори, але навіть вони не завжди дозволяють написати прийнятну за часом виконання і обсягом пам'яті програму, що викликає необхідність їх доопрацювання на Асемблері.

Редактор зв'язків збирає єдиний виконуваний модуль з декількох об'єктних програмних модулів.

Якщо програми попередніх типів використовуються при будь-якому процесі програмування, то симулятори є специфічним програмним засобом, використовуваним в процесі проектування МПС. Симулятори надають користувачеві можливість виконати тестування і налагодження розробленого програмного забезпечення на програмно-логічної моделі мікропроцесора. Симулятори дозволяють запустити програму і повністю простежити її виконання. Завантаживши програму в симулятор, користувач має можливість запускати її в покроковому чи безупинному режимах, задавати умовні або безумовні точки зупинки, контролювати і вільно модифікувати вміст комірок пам'яті і регістрів модельованого мікропроцесора.

Симулятор охоплює відразу кілька процесорів одного сімейства. Вибір конкретного типу МП серед моделей сімейства забезпечується відповідними опціями меню. При цьому моделюється робота ЦП, всіх портів введення/ виводу, переривань і іншої периферії.

Спочатку налагодження програм з використанням симуляторов велася на рівні машинних команд в символьних позначеннях регістрів. До складу сучасних симуляторів входять також отладчики на мовах високого рівня, оскільки в комплект розробника, як правило, входить і відповідний компілятор. Основна перевага симуляторів полягає в тому, що, оскільки вони не вимагають наявності реальних апаратних засобів, розробка програмного забезпечення може йти паралельно з їх разра робкою.

Головним недоліком цього підходу є те, що, оскільки моделювання здійснюється програмним способом, відлагоджувати програми виконується не в реальному масштабі часу. При цьому всі сигнали вводу/виводу повинні генеруватися спеціальними підпрограмами, розробленими для імітації периферійних пристроїв. Однак існує думка, що добре написаний симулятор дає досить точне уявлення про роботу програми цільового МП, включаючи її часові характеристики.

Спочатку симулятори створювали самі розробники МП БІС і продавали їх за дуже низькою ціною або навіть поставляли безкоштовно, для того щоб потенційні користувачі могли заздалегідь познайомитися з особливостями нових схем і почати розробку ПЗ для них до появи на ринку достатньої кількості нових БІС. Нині сімуляторs поставляють безліч виробників емуляторів і компіляторів, в той час як традиційні постачальники - виробники інтегральних схем - воліють залишати цей ринок.

3.4 Комплексне налагодження мікропроцесорних систем

Як правило, мікропроцесорна система на основі МК або ЦСП - це система реального часу, тобто коректність її функціонування залежить від часу виконання окремих програм і швидкості роботи апаратури. Тому система вважається налагодженої після того, як робочі програми правильно функціонують на дійсній апаратурі системи в реальних умовах.

Додатковим властивістю, яким повинні володіти кошти комплексної налагодження порівняно з засобами автономної налагодження, є можливість управління поведінкою МПС та збору інформації про її поведінку в реальному часі.

Ці засоби дозволяють вести розробку і налагодження, поступово ускладнюючи апаратуру і програми. При цьому розробка, виготовлення та налагодження проводяться поетапно із наростанням складності. Нові блоки апаратури та програми вводяться в створювану систему, приєднуючись до перевіреної її частини.

На етапі комплексного налагодження мікропроцесорної системи використовуються наступні основні прийоми:

1. Покрокове відстеження поведінки системи.

2. Останов функціонування системи при виникненні певної події;

3. Читання і зміна вмісту пам'яті або регістрів системи в момент зупинки;

4. Відстеження поведінки системи в реальному часі.

Усім цим умовам в найкращій мірі задовольняють повнофункціональні внутрісхемний емулятор.

3.5 Оціночні набори на базі високопродуктивного процесора OMAP-L138

Недорогі, універсальні оціночні набори CS-VERSA-EVM-OMAPL138-LCD3 і CS-VERSA-EVM-OMAPL138-VGA дають можливість розробнику в повній мірі оцінити Систему-на-Модулі CS-SOM-OMAPL138 на базі процесора OMAP-L138 від Texas Instruments і використовувати її в своїх власних розробках. Набори можуть бути використані для первісної розробки та налагодження власного програмного забезпечення, а так само для установки в готовий виріб. Для виведення графічної інформації використовується або 3,5 "TFT LCD (набір CS-VERSA-EVM-OMAPL138-LCD3), або зовнішній дисплей, що підключається до інтерфейсу VGA (набір VERSA-EVM-OMAPL138-VGA).

Для підключення зовнішніх пристроїв на материнській платі є безліч інтерфейсів, таких як Ethernet, USB Host, USB OTG, Audio In / Out, роз'єм SD карти, SATA, RS-232. На роз'єм розширення винесені інтерфейси EMIFA, VPIF, I2C, SPI, PWM і GPIO. Напруга живлення базової плати становить 5 В і здійснюється від зовнішнього джерела.

Завантаження програмного забезпечення, у тому числі і операційної системи Linux, здійснюється трьома способами: з NAN DFlash, через UART2, і через режим Emulation. Режим Emulation використовується для відладки ПЗ за допомогою інтерфейсу JTAG і середовища розробки Code Composer Studio.

Материнські плати, використовувані в наборах є універсальними і надають можливість замість модуля CS-SOM-OMAPL138 і спользовать модуль CS-AM1808-SOM на базі процесора AM1808 від Texas Instruments. Завдяки цьому розробник має можливість змінювати кінцеве пристрій як у бік збільшення продуктивності і розширення функціоналу, так і у бік зниження кінцевої вартості виробу.

Відмінні особливості:

· Процесор TI Integra OMAP-L138, 375 МГц;

· Пам'ять DDR2 SDRAM 128 МБ

· Пам'ять Flash 128 МБ;

· 3,5 "сенсорний TFT LCD або роз'єм DB-15 (VGA);

· Інтернет Ethernet 10/100 Мбіт / с;

· Інтерфейс USB Host;

· Інтерфейс USB OTG;

· Інтерфейс RS-232;

· Слот для SD картки;

· 3,5 мм роз'єми аудіо входу та виходу;

· На роз'єм розширення винесені інтерфейси EMIFA, VPIF, I2C, SPI, PWM і GPIO;

· Напруга живлення 5 В;

· Діапазон робочих температур: 0... 70 ° C;

· Вологість: 10... 90%.

Зображення плат CS-VERSA-EVM-OMAPL138-LCD3 та CS-VERSA-EVM-OMAPL138-VGA приведені у додатку 2.

Висновок

Система на кристалі - електронна схема, що виконує функції цілого пристрою і розміщена на одній інтегральній схемі. У залежності від призначення вона може оперувати як цифровими сигналами, так і аналоговими, аналого-цифровими, а також частотами радіодіапазону. Як правило, застосовуються в портативних і вбудованих системах.

Поява систем на кристалі дала величезний поштовх в питанні мінімізації виробів і їх універсальності.

Від моменту появи і до сьогодні системи-на-кристалі є однією з найперспективніших, популярних, універсальних та затребуваних технологій на ринку мікроелектроніки. Завдяки своїм компактним розмірам, гнучкості у програмувані, універсальності та продуктивності вони знайшли місце майже у всіх сферах побуту та виробництва. Можна сказати, що вся сучасна електроніка будується саме на системах-на-кристалі. Нині вони досягли величезного успіху у питанні продуктивності та рентабельності, але на цьому їх розвиток не зупиняється. Експерти впевнені що у систем-на кристалі є ще великий нерозкритий потенціал. Дійсно, з кожним роком з'являються все нові пристрої побудовані за цією технологією, і темпи розвитку лише з кожним роком збільшуються.

Компанії виробники, експерти з ринку мікроелектроніки та навіть звичайні користувачі можуть безпомилково прогнозувати - системи-на-кристалі - майбутнє мікроелектроніки.

Література

1. Новые кристаллические процессоры OMAP-L1x для приложений с низким энергопотреблением: www.compeljournal.ru

2. Недорогие оценочные наборы на базе высокопроизводительного ристалле OMAP-L138 от TI с богатым набором периферии: www.terraelectronica.ru

3. Разработка устройств на базе TI OMAP-L138 и Microsoft Embedded Windows CE 6.0 R2 msembedded: msembedded.ru

4. Система на кристалле разбираемся в терминах: android.com.ua

5. Triscend Система на кристалле Е5

6. В. Ломакин, Высокопроизводительные процессоры класса «Система на кристалле», Электроника: наука, технология, бизнес 6/2005, с 8 - 13.

7. И. Шагурин, Системы на кристалле. Особенности реализации и перспективы применения: www.russianelectronics.ru

8. Недорогие оценочные наборы на базе высокопроизводительного процессора OMAP-L138 от TI с богатым набором периферии: www.terraelectronica.ru

Додаток 1

Схема підсистеми PRU

Додаток 2

Плата CS-VERSA-EVM-OMAPL138-LCD3

Плата CS-VERSA-EVM-OMAPL138-VGA

Размещено на Allbest.ru