II48: Disseny de Sistemes Basats en Microprocessado

Vicente Martí, José

Repositori Institucional de la Universitat Jaume I

1 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorTema 3: Herramientas de diseño • Dificultades en el diseño de un SE• Herramientas de diseño– Requerimientos del entorno de desarrollo– Simuladores– Analizador Lógico– Sistemas de depuración. Monitores– Emuladores  ROM– Emuladores In-Circuit (ICE)• TestBibliografía: Capítulos 4, 5, 6, 7 y 8“Embedded Systems Design: An introduction to Processes, Tools, & Techniques”. Arnold S. Berger. CMP Books, 2002. Cap. 2 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorDificultades en el diseño de un SE• El desarrollo de aplicaciones para un PC se realiza con herramientas que funcionan sobre la misma plataforma donde esta se ejecutará• El software de un SE se ejecuta en un hardware único– Distinto del host donde se desarrolla– Es posible que éste no existiera cuando se creó el entorno de desarrollo• Al escribir código para un SE debemos conocer de éste– Uso y organización de la memoria, incluyendo manejo de la pila– Qué ocurre al arrancar el sistema (direcc. Inicio, qué ejecuta, etc.)– Cómo se manejan las interrupciones y las excepciones 3 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorOrganización de la memoria• Mapa de Memoria– Espacio de código• ROM/EPROM/EEPROM/Flash/– Espacio de datos• Pila• Memoria Libre (variables)– Espacio de E/S• Registros E/S, Timer, Conv. A/D, etc.• Reset, excepciones e interrupciones– Espacio de expansión• RAM• ROM• E/S4 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorSistema de arranque (Reset)• Supondremos que el SE ejecuta un código almacenado en el espacio de memoria propio  Memoria ROM/EPROM• Fases del arranque– Fase Hardware (después de activar la línea de RESET)• Fuerza al procesador a ejecutar el programa de arranque o transferir el control a este programa  La dirección inicial siempre es fija– Fase Software (primeras instrucciones del programa de arranque)• Unas pocas instrucciones que inicializan los elementos principales del hardware (conv. A/D, timer, etc.) y estructuras de datos en memoria (pila, excepciones, etc.)5 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorCiclo de respuesta de las interrupciones• Diferencias en el manejo de las interrupciones según el tipo de procesador• ¿Cómo sabe la CPU dónde encontrar el código de manejo de la interrupción? – Vectorización?  Direcciones fijas?• ¿Qué hace para salvar y restaurar el “contexto” del  hilo principal?– Qué registros intervienen?• ¿Cuándo deberían habilitarse las interrupciones?6 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorLlamada a funciones y marco de pila• Instrucciones de llamada y retorno• Instrucciones de manejo de la pila– Load/store sobre el puntero de pila  manual (MIPS R2000)– Instrucciones push (apilar) y pop (desapilar) (MC68HC11)• Código generado por los compiladores– Apilado de argumentos en la pila– Llamada a la función (almacenamiento direcc. retorno en pila)– Reserva almacenamiento variable locales (pila)– Trabajo de la función– Liberación almacenamiento variables locales– Retorno de la función– Desapilado del espacio usado para los argumentos7 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorEmplazamiento/ubicación de código• El código diseñado debe ser independiente de las posiciones de memoria absolutas (Position Independent Code (PIC))– Uso de etiquetas/símbolos– Uso de referencias relativas• Código reubicable– Simplifica el emplazamiento de código generado desde compiladores de alto nivel– Permite a módulos individuales ser actualizados independientemente y recompilados– En sistemas de propósito general simplifica la gestión de la memoria y facilita el uso de librerías compartidas precompiladas.• El enlazador o linker– Se encarga de unir los objetos reubicables y generar el código ejecutable final8 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorHerramientas de diseño• Un sistema de diseño mínimo debe:– Proporcionar un control de ejecución para el SE (total, paso a paso)– Permitir un medio para reemplazar el código del SE– Proporcionar una monitorización no intrusiva (que no afecte al comportamiento del sistema monitorizado) de la ejecución en el SE• El sistema de diseño más barato que cumple estas condiciones está formado por:– Núcleo de depuración (conectado a un programa depurador remoto en un host)– Un analizador lógico– A veces, se requiere además un emulador de ROM (aconsejable)9 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorSimuladores • ISS (Instruction Set Simulator)– Programa que crea una versión virtual del microprocesador / microcontrolador– Permiten compilar y/o desarrollar código ejecutándolo en la propia estación de trabajo (host)• Algunos están muy elaborados y permiten– Compilar/Ensamblar código (incluso desde lenguajes de alto nivel)– Ejecución paso a paso– Visualizar memoria, registros, etc– Manejar puertos de E/S, interrupciones, timers– Ejemplos HC11:• Wookie• Shadow1110 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorAnalizador Lógico• Complementa otras  Depuradores (debuggers)• Toma simultánea de señales digitales• Análisis en Tiempo Real del procesador• Trazas de ejecución CPU/ acceso a memoria• Sin perturbación significativa del sistema• Modos– Tiempos Sinc. reloj interno• Transiciones, glitchs (pulsos indeseados)– Estados  Sincronizado con el reloj del SE (Clock, E)• Posibilidad de desensamblado• Triggers  disparo toma datos– Nivel, flancos– Estados– Transición estados CPU ROM RAM11 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorDepuradores• Servicios de ejecución– Puntos de ruptura (Breakpoints)– Carga de programas desde el host– Visualizar/modificar registros, memoria (RAM, EEPROM)– Ejecutar desde una dirección: completa o paso a paso– Ensamblar/desensamblar instrucciones/posiciones de memoria• Núcleo de depuración  en el SE– Hardware: Capacidad del procesador/circuitería integrada• Motorola: Background Debug Mode (BDM))• Joint Test Action Group (JTAG)– Software: Monitor (HC11: buffalo en ROM)• Depurador Remoto  en el host– Simple (terminal) o sofisticado (debugger, máquina virtual, etc.)• Se conectan mediante una interfaz serieUART CPU MEM12 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorEmulador de ROM• Permite cargar rápidamente la imagen del código en una RAM• RAM de doble puerto  acceso simultaneo SE/HOST• Elementos– Cable con conector para sustituir la ROM– RAM rápida para emular la ROM– Procesador de control local– Comunicación con el host– Otras: memoria de trazas (buffer), alg. de programación • Ventajas– Genérico, descarga rápida de código,trazado de ROM, UART, breakpoints, etc.• Inconvenientes– Memoria de SE en condición estable,código en ROM, algunos SE ejecutan el código en RAM  CPU RAMprobe13 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorICE• ICE: In Circuit Emulator• Solución integrada (debugger, emulador ROM, AL y más)– Control de ejecución– Sustitución de memoria en el host– Trazado en tiempo real• Bloques que lo componen:– Lógica de control  de NMI (No Mask Interrupt)– Lógica de selección de memoria– ROM y RAM de respaldo (shadow)• Desventajas:– Díficiles de usar– Caros– Específicos de un procesador/familia de procesadores• Tipos– Sistemas de desarrollo completos– Conectados a un host• Etapas del diseño  configuraciones ROM RAMprobeCPU14 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorTest• Por qué?– Buscar errores (bugs) en el software/hardware– Reducir costes de desarrollo y mantenimiento– Aumentar las prestaciones• Cuando?– Tan pronto como sea posible  Coste = exp (tiempo proyecto) • Qué comprobar?– Funcionalidades diseñadas/modificadas/ampliadas– Hacer test por pares: uno diseña y el otro hace el test.• Tipos de test– Caja blanca: comprobación de elementos internos del SE– Caja negra: Sin conocer el funcionamiento interno del SE• Cuando parar?– Lo dice el jefe / errores < k / errores = 0• Tests más críticos– Tiempo real15 Diseño de Sistemas Basados en MicroprocesadorConclusiones• Problemas al abordar el diseño de un SE• Características Herramientas de Diseño• Alternativas en la instrumentación necesaria• Facilidades de los fabricantes para depuración• Importancia del test en el producto final

Tema 3: Herramientas de diseño

http://repositori.uji.es/xmlui/bitstream/handle/10234/5938/tema3-0607.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Tema 3: Herramientas de diseño

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repositori Institucional de la Universitat Jaume I