Файл: Конспект лекций.doc

Однако появились модели интеллектуальных эмуляторов ПЗУ, которые позволяют “заглядывать” внутрь микроконтроллера на плате пользователя и вообще, по управлению отладкой, стали похожими на внутрисхемный эмулятор.

Интеллектуальные эмуляторы ПЗУ представляют собой гибрид из обычного эмулятора ПЗУ, монитора отладки и схем быстрого переключения шины с одного на другой. Этим создается эффект, как если бы монитор отладки был установлен на плате пользователя и при этом он не занимает у микроконтроллера никаких аппаратных ресурсов, кроме небольшой зоны программных шагов, примерно 4К.

Логические анализаторы - контрольно-измерительные приборы, предназначенные для сбора данных о поведении дискретных систем, для об­работки этих данных и представления их человеку на различных уровнях аб­стракции. Они работают независимо и незаметно для испытуемых дискретных систем и применяются для их отладки и диагностирования МПС на всех этапах жизненного цикла.

В соответствии с сегодняшними требованиями можно разделить ЛА на несколько типов. Фирма Tektronix выделяет два основных типа: анализаторы микропроцессорных систем на программном уровне описания (embedded microprocessor software debug applications), называемые также анализаторами состояний (state analyzer) и анализаторы цифровых систем на логическом и временном уровне (hardware debug applications), называемые анализаторами временных соотношений (timing analyzer).

Первый тип ЛА характеризуется отсутствием явной причинно-следственной связи между событием и вызванным им следствием. Причем событие и следствие намного разнесены по времени. Очень часто следствие, вызванное неисправностью, появляется много позже, чем неисправность. Поэтому основные требования для таких анализаторов - наличие разнообразных сложных механизмов запуска, позволяющих отследить причину и следствие, и большие объемы памяти, необходимые для этого. Основной задачей ЛА данного типа является фиксация логических состояний на шинах процессора с частотой, соответствующей частоте работы процессора. Целесообразнее использовать внешнюю синхронизацию процессора и синхронный режим, вследствие чего частота синхронизации будет, как правило, меньше, чем у второго типа ЛА.

Для отладки микропроцессорных систем требуется не только зафиксировать логические состояния, передаваемые по одной магистрали, но и идентифицировать информацию, то есть определить, к какому типу она относится (данные, команды или управление). Для этого используют многофазную синхронизацию. Этот режим работы анализатора может быть реализован следующим образом. Входные каналы анализатора разбиваются на две или три группы. По одной группе каналов записывается адрес, по другой - данные, по третьей - команды и коды управления. Каждая группа каналов записывается по своему тактовому сигналу и в свои разряды буферного регистра. После прихода всех тактовых импульсов данные из буферного регистра подаются одновременно и в память, и на логический компаратор. Информация из памяти расшифровывается, коды команд переводятся в мнемонический код, соответствующий данному типу процессора, а данные и коды управления остаются без изменений. Эта операция называется дисассемблирование, после чего производятся визуализация и сохранение информации.

Второй тип ЛА характеризуется тесной причинно-следственной связью и хронологической зависимостью между событием и следствием. Поэтому часто требуется срабатывание ЛА именно по причине, а не по следствию. Для данного типа характерен небольшой объем памяти, но анализ временных соотношений требует более высокой частоты опроса. В таких устройствах чаще всего используется асинхронный режим, позволяющий отследить временные сдвиги сигналов. Способы запуска таких анализаторов не отличаются большим разнообразием и часто ограничиваются запуском по какому-либо событию.

Основные типы ЛА на примере анализаторов фирмы HP:

1. Настольный логический анализатор (benchtop logic analyser). Предназначен для решения комплексных задач программно-аппаратной отладки микропроцессорных систем. Сочетает в себе все необходимые возможности для решения конкретной задачи. Прибор может включать различные опции, например, аналоговый вход, большой объем памяти, осциллограф, генератор логических состояний.

2. Модульная система логического анализа (modular logic analysis system). Предоставляются наборы измерительных средств для различных задач тестирования цифровых систем, например, модули анализа временных соотношений и анализа состояний (state and timing analysis modules), модули цифрового осциллографа (digitizing oscilloscope modules), генератор логических состояний (pattern generator module), программные анализаторы реального времени (real-time software analyzers). Модульная система представляет собой более мощное средство логического анализа, чем настольный логический анализатор. Она включает основной блок (mainframe) и набор модулей. При помощи добавления различных модулей можно как наращивать число каналов системы, так и расширять ее функциональные возможности.

3. Анализатор прототипов (prototype analyser). Используется для обработки и визуализации сигналов, собранных при помощи модульной системы логического анализа. Пользователю предоставляется удобный оконный интерфейс, позволяющий в различных окнах разместить такие представления сигналов, как временные диаграммы, листинг кода, гистограммы и т.д. С помощью маркеров обеспечивается привязка сигналов во времени для всех окон.

Сигнатурный анализатор. Поиск неисправности в МПС с помощью логического анализатора сопряжен, как правило, со значительными трудностями, прежде всего, это требование высокой квалификации оператора и необходимость знания им принципов работы МПС. Кроме того, для каждой конкретной неисправности необходимо заново разрабатывать процедуру испытаний, настраивать прибор и исследуемую систему на новый режим работы, который, по мнению оператора, позволит обнаружить и локализовать неисправность. Но даже при выполнении этих двух условий локализовать неисправность с точностью до компонента схемы часто не удается.

Поэтому логический анализатор, который является незаменимым прибором на этапе проектирования и отладки МПС, малопригоден для производственных испытаний и эксплуатационного обслуживания. Это и стало причиной писков нового метода испытаний МПС, который, не требуя высокой квалификации персонала, позволял бы быстро и точно отыскивать вышедший из строя компонент МПС с помощью недорогого и компактного оборудования. Таким методом стал сигнатурный анализ (СА).

Сигнатурный анализ основан на преобразовании длинных последовательностей двоичных сигналов в двоичное число, называемое сигнатурой. Измеряемые двоичные последовательности возбуждаются в контрольных точках МПС под действием специальной тестовой программы. Сигнатуры контрольных точек измеряются на заведомо работоспособной системе и указываются на принципиальной схеме МПС подобно тому, как на схемах аналоговых устройств указываются осциллограммы и некоторые параметры аналоговых сигналов. При поиске неисправности в МПС оператору достаточно установить режим исполнения тестовой программы, и за тем, прослеживая сигнатуры в контрольных точках схемы от выходов к входам, найти элемент, у которого входные сигнатуры верны, а выходная нет.

Недостатком можно выделить тот факт, что СА регистрирует только те события, которые синхронны с сигналом синхронизации, используемым для получения сигнатур от узлов системы. Кроме всего прочего, для СА очень важна хорошая документация, так как любые модификации в системе влекут за собой необходимость повторного получения всех сигнатур. Возникают также проблемы в системах с шинной структурой, вследствие распространения отказа по всей петле, вызывая получение кажущихся плохих сигнатур в тех местах, где отказ отсутствует. Усовершенствованной формой СА явился трассовый анализ, который локализует отказ в окне пуска-останова.

Комплексы диагностирования объединяют возможности логических анализаторов и генераторов слов (приборы, предназначенные для формирования и подачи входных воздействий): способны подавать входные воздействия на диагностируемую систему, собирать и анализировать ответные реакции системы. КД используют главным образом при проектировании как микропроцессорных, так и других дискретных систем, а также для проверки работоспособного состояния и диагностики неисправностей систем при их производстве и эксплуатации. К объекту диагностирования комплекс подключается с помощью выносных зондов, у каждого канала которых три состояния. Управление комплексом может осуществляться через интефейс IEEE-488.

4. Типовые микропроцессоры и их применение.

4.1. Структура и характеристика типовых мп.

Структурная схема типового МП с фиксированной разрядностью и набором команд представлена на рис.4.1.

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.

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

Рис. 4.1. Структура типового однокристального МП.

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.