А. Аганичев, Д. Панфилов, М. Плавич, О. Полянский

Программно-аппаратный комплекс для отладки МП систем на основе микроконтроллеров семейства MC68HC11 фирмы MOTOROLA

Всё возрастающее применение 8-разрядных микроконтроллеров (МК) семейства HC11 фирмы MOTOROLA во встраиваемых системах управления делает актуальной разработку относительно недорогих систем отладки, доступных широкому классу разработчиков. Работы в этом направлении активно ведутся в МИЭТ, МИФИ, НГУ, КТЦ-МК и других.

Разработка нового отладочного средства должна производиться с учётом уже имеющегося парка отладочных средств и занимать определённую нишу в потребностях разработчика. Краткие описания некоторых известных средств отладки для МК семейства HC11 приведены на врезках.

В общем случае, при создании нового электронного устройства, управляющим элементом которого предполагается использовать МК, перед разработчиком встаёт ряд задач:

• выбор типа МК (на основании количества необходимых линий управления, вычислительной мощности, объёма памяти, требований к наличию периферийных устройств, габаритов, энергетических характеристик и прочего);
• ознакомление со структурой, системой команд и особенностями функционирования выбранного МК;
• написание и отладка программного обеспечения для МК.

При решении второй и третьей задач перед разработчиком часто встаёт проблема выбора оптимального отладочного средства. Наиболее удобные с точки зрения отладки универсальные внутрисхемные эмуляторы, как правило, очень дороги и поэтому во многих случаях неприемлемы. Неуниверсальные, то есть ориентированные на определённый тип МК, внутрисхемные эмуляторы позволяют работать только с наиболее распространёнными МК семейства HC11 серий A и E. Если в отлаживаемой системе МК работает в расширенном режиме и реализует доступ к внешней памяти, то, благодаря наличию специального режима работы (bootstrap), имеется возможность отладки непосредственно в этой системе, подключая её через интерфейс RS-232 к компьютеру. Таким образом затраты на аппаратное отладочное обеспечение сводятся к минимуму, и акцент делается на программу обслуживания. Существующие отладочные комплексы, как правило, такой возможности не имеют.

В начале работы с новым микроконтроллером, кроме решения проблемы выбора отладочного средства, разработчику приходится тратить определённое время на изучение аппаратной и программной структуры МК. Эту часть работы можно сократить, применяя учебные средства с соответствующим методическим материалом, который, в отличие от самого отладочного обеспечения, менее доступен. Неудобство доставляет также необходимость перевода большого количества информации с английского языка.

Учитывая всё это, учебной лабораторией фирмы MOTOROLA в МИЭТ был разработан программно-аппаратный комплекс HC11EVB. Используя его, можно производить отладку устройств, собранных на базе МК семейства HC11. Для МК серии A, D и E возможна эмуляция однокристального режима. Для систем, работающих в расширенном режиме, отладка возможна непосредственно в разрабатываемой системе для любых представителей семейства HC11. Комплекс можно использовать как программатор встроенных EPROM и EEPROM МК, причём программирование может производиться непосредственно в отлаживаемом устройстве без извлечения из него МК. При необходимости комплекс можно целиком использовать в учебных целях, для этого в нём предусмотрены соответствующие аппаратные и программно-методические средства.

В состав комплекса входят:

• отладочный модуль (HC11EVB);
• программный комплекс XDBG11;
• курс лабораторных работ для изучения МК;
• техническая документация и описание комплекса.

Отладочный модуль представляет собой плату-эмулятор, имеющую возможность непосредственного подключения к компьютеру и к отлаживаемому устройству. В состав модуля входят следующие узлы:

• блок микроконтроллера;
• блок оперативной памяти;
• блок последовательного интерфейса;
• эмулятор портов B и C микроконтроллера;
• блок имитатора внешних устройств;
• разъёмы подключения периферийных устройств.

Для работы с отладочным модулем используется программный комплекс XDBG11. Программа предоставляет пользователю следующие возможности: написание программы, её трансляция (ассемблирование), загрузка полученного кода в отладочный модуль и отладка работы программы. В процессе отладки пользователь может устанавливать точки останова, производить трассировку команд, просматривать и модифицировать содержимое регистров и памяти. Также имеется возможность программировать встроенные EPROM и EEPROM. Для успешного функционирования XDBG11 необходима персональная ЭВМ, совместимая с IBM PC и обладающая процессором 80386 и выше, а также, по меньшей мере, 1-Мбайт оперативной памяти. Для более продуктивной работы рекомендуется оперативная память размером 4-Мбайт и выше. Программный комплекс XDBG11 нормально функционирует в любой среде, предоставляющей сервис DPMI (Linux/NetBSD DOS emulator, OS/2 DOS box, Windows 9x), а при его отсутствии (в операционных системах типа DOS) использует собственный сервер DPMI.

Для работы отладчика в памяти микроконтроллерной системы должен быть выделен 1 Кбайт оперативного адресного пространства. Функции программирования встроенной памяти и загрузки программы во внутреннее ОЗУ не требуют наличия дополнительной внешней памяти.

Важной чертой XDBG-11 является возможность его использования независимо от отладочного модуля. Если разрабатываемая пользователем система имеет достаточный объём внешней оперативной памяти, то процесс отладки может производиться непосредственно в этой системе. Если работа системы предполагается в расширенном режиме, то вместо программного ПЗУ устанавливается ОЗУ, и отладка программы осуществляется непосредственно в нём. Если работа системы предполагается в однокристальном или других режимах, но с задействованным внутренним ПЗУ МК, то для взаимодействия с XDBG-11 можно доработать систему на время отладки, включив в её состав ОЗУ с объёмом, равным объёму внутреннего ПЗУ МК с соответствующими устройствами выборки. Для связи с компьютером в данном случае будет задействован последовательный порт МК и потребуется установить интерфейс RS-232. XDBG-11 может производить поддержку модулей пользователя для работы с любыми представителями семейства MC68HC11.

Представленный комплекс может использоваться в качестве учебного стенда, на котором можно изучать систему команд МК серии HC11, а также внутренние периферийные устройства, входящие в их состав. В модуле эмулятора для этой цели предусмотрен имитатор внешних устройств. С целью получения начальных практических навыков работы с микроконтроллерами M68HC11 в состав комплекса включен курс лабораторных работ. Он выполняется на отладочном модуле, работающем с микроконтроллером MC68HC11E1, и включает в себя 10 лабораторных работ, функционально разбитых на две группы. Первые пять - изучение системы команд микроконтроллеров семейства HC11:

• знакомство с отладочным комплексом;
• методы адресации; команды пересылки данных;
• арифметические команды;
• логические команды; команды работы с битовыми полями; команды сдвигов;
• команды передачи управления; специальные команды.

Вторые пять - изучение внутренних периферийных устройств:

• порты параллельного ввода/вывода;
• прерывания;
• система таймера;
• последовательный асинхронный интерфейс (SCI);
• работа с EEPROM.

Каждая лабораторная работа включает теоретическую и практическую часть, в конце работы приводятся контрольные вопросы и задания. Используя дополнительные соединители, можно значительно расширить возможные учебные приложения комплекса, например, изучение взаимодействия в мультиконтроллерной системе при обмене по асинхронному или синхронному интерфейсу, изучение АЦП и другие.

Данный комплекс был с успехом использован для разработки ряда устройств на базе МК MC68HC11DO, MC68HC11D3, MC68HC11E9, MC68HC11F1. В число разработок входят два кассовых аппарата, выполненных по заказу Курского завода "Счетмаш". Кроме того, комплекс успешно используется в учебном процессе ряда ведущих российских ВУЗов, в частности, в Московском энергетическом институте и Санкт-Петербургском институте телекоммуникации им.Бонч-Бруевича.

С работой комплекса можно ознакомиться в МИЭТ (xdbg@eed.miee.ru) и МЭИ (rdp001@europe2.mot.com).

Литература

1. Шагурин И., Бродин В., Калинин Л., Толстов Ю., Петров С., Исенин И., Эйдельман С., Ванюлин В. Средства проектирования и отладки систем управления на базе МК фирмы Motorola. // Приборы и системы управления. - 1998.- № 9. - С. 4-10.
2. Motorola. Development Tools Selector Guide. SG180/D.
3. Motorola Microcontroller Development Tools Directory. MCUDEVTLDIR/D.
4. Motorola. Microcontroller Development Tool Configuration and Order Information. SG188/D.

E-mail: Aaganichev@hypercom.com