Файл: Конспек лекций (основной).doc

2.3. Средства разработки прикладных программ.

Как уже отмечалось ранее, программы, написанные с использованием условных обозначений, т.е. программы, написанные на языке ассемблера и языках высокого уровня называются исходными программами. Для использования таких программ в МП, они должны быть переведены (транслированы) в объектные программы. Для осуществления такой трансляции используются специальные программы, называемые трансляторами.

Программа-транслятор, переводящая исходную программу, написанную на языке ассемблера, называется ассемблером. Программа-транслятор, переводящая исходную программу, написанную на языке высокого уровня, называется компилятором. Программы-трансляторы относятся к так называемым системным программам, предназначенным для облегчения подготовки и отладки разрабатываемых программ.

Если ассемблер или компилятор реализуются на той же ЭВМ, для которой ими вырабатывается объектная программа, то они называются резидентным ассемблером и резидентным компилятором соответственно. Если ассемблер или компилятор реализуются на ЭВМ другого типа, то они называются кросс-ассемблером и кросс-компилятором соответственно. Та ЭВМ, для которой кросс-ассемблер или кросс-компилятор создает объектные программы, называется целевой ЭВМ.

Программа для микропроцессорной системы обычно транслируется с помощью кросс-ассемблера или кросс-компилятора. Объясняется это тем, что микропроцессорные системы предназначены в основном для решения задач управления и им не хватает объема памяти и периферийного оборудования для решения сложных задач обработки текстов и символьной информации, которые возникают при трансляции исходных программ. В таком случае сначала на какой-либо ЭВМ с помощью кросс-ассемблера или кросс-компилятора транслируют исходную программу в объектную, а затем полученную объектную программу помещают в память микропроцессорной системы для выполнения.

У компиляторов и ассемблеров имеется важное достоинство - наличие встроенных редакторов. Такие редакторы, используя одну и ту же системную программу позволяют не только составлять текст исходной программы, транслировать ее в объектную, но и выполнять ее путем моделирования процессов, протекающих в реальных микропроцессорных системах. Такие редакторы позволяют программисту без ошибок записывать мнемонические обозначения команд. Если ошибки и возникают, то редактор вовремя проинформирует программиста об этом и позволит легко их исправить. Такие редакторы позволяют составлять программы в виде отдельных коротких модулей. При трансляции в объектную программу редактор связей определит очередность всех модулей, наличие необходимых связей и обеспечит программным модулям возможность обращения друг к другу.

2.4. Средства отладки прикладных программ.

Отладка - это процесс обнаружения ошибок и определение источников их появления по результатам тестирования при проектировании микропроцессорных систем. Отладка программ микропроцессорной системы производится обычно на той же ЭВМ, на которой они и разрабатывались и с помощью тех же служебных программ, которыми эти программы были созданы. При этом эти служебные программы должны содержать эмуляторы, моделирующие реальные процессы, протекающие в разрабатываемых микропроцессорных системах. Программы проверяются на функционирование с различными исходными данными и осуществляется сравнение полученных результатов с заданными.

Отладку программ разделяют на следующие этапы: планирование отладки, составление тестов, исполнение программ при заданных исходных результатах, анализ результатов исполнения программ, обнаружение ошибок и локализация неисправностей.

Различают два способа отладки программ: пошаговый режим и трассировка программ.

Пошаговый режим характерен тем, что программа выполняется по одной команде за один раз. При этом программист может контролировать содержимое памяти, регистров, чтобы проверить их содержимое и сравнить их с ожидаемым. При этом приходится использовать ряд дополнительных команд, для осуществления показа этих данных на каждом шаге. Задача отладки значительно упрощается, если в распоряжении программиста имеется программа-отладчик, позволяющая в автоматическом режиме показывать содержимое необходимых регистров и ячеек памяти на каждом шаге без использования каждый раз специальных команд. Кроме того, программист может в любой момент, как только это потребуется изменить содержимое регистра или ячейки памяти.

Трассировка программ заключается в непрерывном выполнении команды одной за другой. Трассировка программ не дает возможности программисту изменять на каждом шаге содержимого регистров или памяти. Кроме того не все программы-трассировщики позволяют контролировать содержимое ячеек памяти. Программисту остается только контролировать содержимое регистров, изменяемое в ходе выполнения программы согласно алгоритму и выбранным начальным переменным.

Средства отладки прикладных программ должны обеспечивать выполнение следующих функций: осуществления управление исполнением программ (их запуска, остановки, изменения порядка следования и пр.); сбора информации о ходе выполнения программ; обеспечения диалога между программистом и ЭВМ; моделирования работы аппаратных средств микропроцессорной системы.

При отладке программ используются специальные критерии полноты тестирования. Эти критерии характеризуются глубиной контроля и объемом проверок. В процессе отладки основная часть неисправностей в программах выявляется и устраняется.

Неверно было бы считать, что для отладки программ микропроцессорной системы достаточно только программных средств. Для проведения отладки микропроцессорных систем используются также логические анализаторы, генераторы слов, осциллографы, различные системы диагностики и прочие приборы и устройства.

3. Типовые микропроцессоры и их применение.

3.1. Структура и характеристика типовых мп с фиксированной разрядностью и набором команд.

Структурная схема типового МП с фиксированной разрядностью и набором команд представлена на рис.3.1.

Устройство обработки данных в данной структуре представлено арифметико-логическим устройством (АЛУ), аккумулятором, двумя временными регистрами АЛУ, регистром признаков, регистрами общего назначения (РОН). Блок интерфейса содержит счетчик команд, адресные регистры (в частности указатель стека), буферные регистры данных и адреса, регистр команд (очередь команд). Устройство управления включает в себя дешифратор команд, схему синхронизации и управления, регистры временного хранения и мультиплексор регистров.

В МП использован магистральный принцип организации связи между узлами, заключающийся в том, что все узлы МП работают поочередно на общую внутреннюю шину данных. Обмен информацией между внутренней шиной данных и внешней шиной данных МП осуществляется через трехстабильный двунаправленный буферный регистр данных. Трехстабильный буферный регистр адреса осуществляет выдачу адресов на шину адреса и кроме того позволяет отключить МП от этой шины.

Рис. 3.1. Структура типового однокристального МП.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ), выполняет арифметические и логические операции, а также операции сдвига. К входам АЛУ подключены два временных регистра АЛУ, необходимых для хранения участвующих в операции операндов на время выполнения всей команды. Эти операнды могут поступать с внутренней шины данных или из специального регистра, называемого аккумулятором. Аккумулятор служит для хранения результата операции, поступающего с выхода АЛУ или слова данных поступающего через внутреннюю шину данных из памяти, портов ввода или других регистров. К АЛУ подключен регистр признаков. Регистр признаков (регистр флагов) предназначен для хранения признаков результата операции. Регистр признаков может также содержать информацию о состоянии МП на определенном этапе выполнения программы. Обычно минимальная конфигурация регистра признаков содержит следующие разряды (обозначения разрядов введены условно):

• С - разряд признака переноса. Указанный разряд устанавливается в 1, если в результате сложения двух двоичных чисел длиной в одно слово возникает перенос в старший разряд или в результате вычитания возникает заем из старшего разряда. В противном случае разряд признака переноса устанавливается в 0. Этот признак используется, например, для организации выполнения арифметических операций с повышенной точностью, т.е. с числами длиной более одного слова.

• Р - разряд признака четности. Разряд этого признака устанавливается в 1, если в полученном результате общее число единиц является четным. В противном случае устанавливается в 0. Этот признак используется при контроле данных на четность.

• Z - признак нуля. При нулевом значении результата разряд этого признака устанавливается в 1, при ненулевом - в 0. Этот признак используется, например, для получения временных задержек программным путем.

• S - признак знака. Разряд этого признака дублирует содержимое старшего разряда результата. При выполнении арифметических операций в дополнительных кодах ноль в старшем знаковом разряде результата соответствует положительному числу, а единица - отрицательному.

Регистры общего назначения (РОН) предназначены для хранения поступающих данных и промежуточных результатов. Все РОН доступны программисту, который рассматривает их как сверхоперативное запоминающее устройство. Для некоторых МП в зависимости от типавыполняемой команды РОН могут использоваться или как самостоятельные регистры, или как регистровые пары удвоенной разрядности, или наоборот быть разбитыми на части по группам разрядов. Регистры временного хранения предназначены для кратковременного хранения данных во время выполнения команды и являются программно недоступными. Адресные регистры используются для хранения адресов при косвенной регистровой и других многокомпонентных видах адресации. В некоторых МП функции адресных регистров могут выполнять РОН.

Указатель стека - регистр, содержащий адрес области памяти ОЗУ, называемой стеком.

Счетчик команд - регистр, содержащий адрес ячейки памяти, в которой хранится подлежащая выполнению команда. Выбор и подключение к внутренней шине данных нужного РОH, адресного регистра, указателя стека, счётчика команд или регистров временного хранения осуществляется через мультиплексор регистров. Код операции из памяти через буферный регистр данных и внутреннюю шину данных поступает в регистр команд. Дешифрация кода операции производится в дешифраторе команд, благодаря чему устройством синхронизации и управления вырабатывается нужная последовательность сигналов управления.

Эволюция развития наиболее популярных однокристальных МП фирмы Intel (США) и их основные характеристики представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Эволюция развития МП фирмы Intel и их основные характеристики.