Запасные части для коммунальной и дорожно-строительной техники

Эксперименты

2006. Зныкин П.А., "Что такое «Интегрированная среда разработки - IDE»".


Что такое «Интегрированная среда разработки - IDE».

Зныкин П.А.

По материалам переводов, рукопись 14 мая 2006 года.

        Электроника сегодняшнего дня приобрела совершенно иной вид с точки зрения классической электроники даже середины прошлого века. Она стала программной.
        Уже не нужно конструировать сложные схемы, состоящие из сотен  больших и маленьких чипов, почти ненужно проводить механические работы. Всё необходимое современному экспериментатору можно купить по вполне приемлемой цене и, что самое удивительное, не отходя от компьютера. Вся работа монтажника сводится к распайке нескольких десятков проводов между разъёмами уже готовых плат, все остальные проблемы решаются с помощью компьютера. Удивительные устройства – микропроцессоры - завоевали мир и преобразовали его лицо. А сколько их! Одних типов не перечесть: MCS-51, Atmel AVR, PIC, Ubicom, ST10, MSP430, Zilog и Fujitsu. Кажется, это еще один элемент, который делает мир техники закрытым и удаленным от человека.
        Система Windows, сделала компьютер вещью в себе, мне ещё не встречался человек, восхищённый всеми её наворотами, но вот что странно - система Windows сделала компьютер доступным широкому кругу пользователей.
        Точно так же появление микропроцессоров, как это не странно, делает электронику более доступной. Несмотря на изобилие микропроцессоров и фирм-изготовителей их объединяет единый программный принцип построения. Вас не интересует, какие операции проводит собственный компьютер, пересылая мегабайты информации в Интернет. Вам нужно знать, какие операции необходимо сделать, чтобы этот процесс пошел.
        Так и современный инженер может не беспокоиться о всех тонкостях преобразования напряжения в цифровой сигнал. Ему нужно знать, как программно считать число, соответствующее значению этого напряжения и что с этим числом делать дальше.
        Программных инструментов для управления микропроцессорами много. Фирмы, выпускающие микропроцессоры, снабжают их и соответствующим программным инструментом. Этих инструментов тоже не мало и у разных фирм они разные. По установившемуся принципу все фирмы эти инструменты объединяют в единый блок программ, за которым закреплено название: интегрированная среда разработки или в английской абриовитуре - IDE. Из огромного количества существующих в мире микропроцессоров в дальнейшем я буду говорить о семействе MCS-51, а среди них - о процессорах C8051Fxxx, как наиболее распространённых сегодня в мире. Если быть более точным, то о наиболее мощном из них C8051F120.
        На семейство микропроцессоров фирмы «Сигнал» C8051Fxxx ориентирована интегрированная среда разработки фирмы «Keil», обеспечивающая использование всех инструментальных средств, необходимых  для разработки и отладки любых программных проектов для микроконтроллеров семейства C8051. Следует отметить, что программно это семейство совместимо с микроконтроллерами Intel/Atmel WM 251, Philips 80C51MX и другими, имеющими ядро С8051, AT89C1051, AT89C2051, I8051 и например отечественными КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751, КР1816ВЕ31, КР1830ВЕ751, КР1830ВЕ31. Это значит, что со всем этим набором микроконтроллеров можно работать, как и с семейством микропроцессоров фирмы «Сигнал», с помощью программных средств, входящих в пакет IDE фирмы «Keil».
        Для этого необходимо, чтобы интегрированная программная среда разработки, размещённая в компьютере, была связана через один из СОМ-портов с помощью интерфейса JTAG с микросхемой основного блока управления C8051Fxxx . Это создает цельную систему разработки программ, полного системного программирования.
        Это всё, что требуется для создания промышленного устройства. Уже не требуется дополнительная целевая оперативная память, ПЗУ памяти программы или каналы связи  через шину данных и шину адреса.
        Интегрированная среда разработки фирмы «Сигнал» поддерживает отладку исходного уровня прямо на языке Cи или ассемблере.
        Отладка происходит при пошаговым выполнении, включая программы обработки прерываний. Программы могут выполняться до заданной контрольной точки или до заданного пункта времени. До заданных адресов памяти и точек прерывания - по блокам. Предусмотрен просмотр и модификация регистров, памяти данных и памяти программы.
Интегрированная среда разработки фирмы «Сигнал» работает под Windows 95/98/Me и Windows NT, XP.  Интегрированная среда разработки общается с основным блоком управления на плате контроллера, используя только последовательный порт PC и интерфейс JTAG на плате контроллера. (Необходимый последовательный адаптер для преобразования протокола RS232- в JT AG включен во все средства разработки. Следует отметить, что этот адаптер сам выполнен на маленьком микроконтроллере C8051F012.)
        Таким образом конструктор современной электроники уже работает как программист.
        Рассмотрим какие возможности даёт ему использование IDE.
        Редактирование исходного текста. Организация проекта. Поддерживается полной скоростью процессора фирмы «Сигнал». Встроенная логика отладки. Контрольные точки в реальном времени, при отладке исходного уровня могут быть заданы контрольные точки остановки.
        Контроль памяти и регистров, их просмотр и изменение. Пошаговый и анимированный режимы выполнения программы. Возможность включения в комплекс IDE сторонних программах средств. Я например, использую программу RS232 Pro, которая удобно и органично вошла в IDE и даёт возможность следить за работой, например, АЦП через последовательный канал порт связи УАПП микроконтроллера.
        Удобную возможность формирования аппаратных средств, которые будут задействованы в устройстве, дает использование программы мастер Конфигурации основного блока управления. IDE имеет единый для всего семейства 8051 Макроассемблер, хотя можно применить и другой. Не перестают удивлять возможности Flash программатора, не требующего как раньше возни с ультрафиолетовым стиранием и необходимости иметь целую батарею ПЗУ.
        Обновления и дополнительная информация можно найти на http://www.cyqnal.com
   
        Работа с пакетом IDE кроме знания тонкостей программирования на языках Си или ассемблер, как и с любой другой программой, требует необходимости разобраться с функциями его управления. Запустив в своём компьютере IDE мы попадаем в

        Редактор исходного текста.
        Редактор включает все стандартные функции редактора Windows - вырезку, вставку, копирование, отмену/восстановление, поиск/замену и отмену.
        Можно настраивать цветное подсвечивание трансляции для ассемблера и Cи.
        Вы можете расширить список подсвеченных ключевых слов. Удобно, когда можно определить используемые цвета. Возможность изменения шрифта, украсит текст и придаст эстетический вид программе.

        Организатор проекта.
        Проект создаваемой программы состоит из исходных файлов. С помощью организатора проекта создаётся их библиотека, конфигурируется инструмент и настраиваются параметры  интегрированной среды разработки.
        Менеджер проекта сохраняет обозрения и параметры настройки инструмента так же, как организовывает многократные файлы, используемые в строении, включая файлы, которые могут быть разработаны с помощью сторонних ассемблеров, компиляторов и компоновщиков.
 


















                   
                                           







                                            Рис. Оконная структура IDE «Keil».

        Объединенный  Макроассемблер семейства 8051.
        Макроассемблер 8051 внедрён в интегрированную среду разработки.
        Ассемблер принимает МК Intel 51, имеет совместимые исходные файлы и создает загружаемые шестнадцатеричные файлы в стандарте Intel.
        Он сообщает  всю информацию отладки, необходимую для  отладки исходного уровня ассемблера.

        Flash Программатор.
        Интегрированный программатор производит загрузку кода во Flash память основного блока управления сразу после написания и, если нужно, выйти из интегрированной среды разработки.

        Начальная отладка.
        Проводится на чипе основного блока управления. Отладка проходит с полной скоростью. Это отладка с целью оценки реального, промышленного применения логики работы основного блока управления.
        Можно проводить эмуляцию системы, использующей чипы 8051 в интегрированной среде.
        Позволяет использовать специализированные переходные приставки и выходные терминалы, а также обеспечивать правильность сигналов, необходимых  для оценки истинной  работы вашей конструкции.

        Окончательный  уровень отладки.
        При окончательной - рабочей отладке можно просмотреть прямо на объекте текущий счетчик программы, местоположение в источнике, набор в контрольных точках и провести пошаговое выполнение программы в исходном тексте на уровне Cи или трансляции, контролируя регистры и содержание памяти.

        Окна отображения Памяти Данных.
        В них отображается содержание Памяти Данных. Окна обновляются каждый раз при  остановке выполнения программы, если значения изменились, начиная с последнего останова - они  выделены другим цветом.
        Регистры и содержание памяти могут быть изменены с помощью редактирования содержимого окон.

        Окно Памяти программы
        позволяет просмотр и модификацию Flash памяти программы на чипе.

        Окно Разборки.
        Одна единственная исходная команда на Cи может состоять из многих  машинных команд.
        Окно показывает эти команды оттранслированными на машинный язык 8051 и их можно просматривать  во время пошагового режима на фоне исходного текста на Cи.

        Контрольные точки.
        Контрольные точки могут быть установлены в исходных линиях программы. Выполняются при выполнении исходной командой линии, где установлены.
        Контрольные точки поддержаны на чипе схемой отладки основного блока управления и не влияют на скорость выполнения в реальном времени программы.

        Память сторожевых точек.
        Условная память сторожевых точек может быть определена при остановке выполнения программы, когда значения полученных в них данных отличается от указанного значения  в адресе памяти или регистре.

        Поддержка стороннего инструмента.
        Абсолютные объектные файлы полностью поддержаны, возможно использование многих сторонних инструментов для разработки программного обеспечения. Мною уже сказано об опыте использования программы RS232 Pro. Она устанавливается в опции Tools и вызывается просто вызовом из меню. Так же можно поступить и с любой другой программой. Там же у меня находится и мастер Конфигурации Config2.

        Мастер Конфигурации.
        Структура однокристальных контроллеров «Сигнал» такова, что требуется предварительная настройка всех входящих в неё узлов. Например, задания коэффициентов усиления АЦП или задание режима работы УАПП (Последовательного приёмо-передатчика). Эта настройка производится с помощью задания логических «0» и «1» в соответствующих для каждого случая разрядах регистров SFR. Это своего рода программные ручки управления микроконтроллера. Мастер конфигурации автоматически создаёт на чипе основного блока управления коды их настройки. Мастер создания кода начальной конфигурации микроконтроллера предназначен для быстрого и наглядного формирования стартового кода на языках Си или ассемблер для всех микроконтроллеров SiLabs. Можно конечно обойтись и без него. Только это потребует обращения к ряду справочников для настройки регистров SFR. Существует два вида мастеров задания начальной конфигурации:
        Config. Имеет красиво оформленный, но «устаревший», интерфейс и работает со старыми типами контроллеров.
        Config2. Усовершенствованная версия мастера Config. Поддерживает большее количество  микроконтроллеров SiLabs и рекомендуется для использования.

        Мастер создания кода начальной конфигурации включает:
        Возможность выбора из списка устройств MCU, поддержанных Кремниевых Лабораторий.
        Возможность графического описания начальной конфигурации и генерации кода для языков Си и ассемблер; библиотеки описания регистров специального назначения SFR. микроконтроллеров SiLabs; поддержку создания и загрузки шаблонов.
        Можно выбирать меню записи созданного файла или чтения готового обеспечения.
        После того, как исходный текст записан, он может непосредственно использоваться в проекте IDE. Выбор меню Файла записи может быть: Шаблон/Проект. Этот выбор позволяет пользователю сохранять определенную конфигурацию устройства. Записанные файлы Шаблона/Проекта могут быть повторно открыты, используя варианты в меню файла. Произведенный текст полностью комментируется и рассматривается в формате, на который наносят цветную маркировку, чтобы сделать текст понятым и поддающимся изменению.
Для определенного устройства можно повторно формировать периферию.

        Интегрированная среда разработки – IDE
        это набор программных инструментов разработчика. Их существует большое количество, рекламируемое различными фирмами мира. μVision2, μVision3 - это пример её одной интегрированной среды разработки программного обеспечения от «Keil”, объединяет проект, управление, редактирование исходного текста и отладку программы в одну мощную среду. Описание на них могут быть найдены по адресу http://www.keil.com. Фирма «Cipcon” пропагандирует свою CC1010IDE Integrated Development  Environment для микроконтроллера CC1010, имеющего ядро С8051. С этим контроллером можно работать и с применением трёх выше упомянутых IDE.
        Можно привести пример ещё одной оригинальной IDE BASCOM- AVR-оригинальный БЕЙСИК Windows КОМПИЛЯТОР для семейства микроконтроллеров AVR.
        Это Бейсик для работы с микроконтроллерами, он предназначен, чтобы работать на W95/W98/NT/W2000 и XP
http://www.mcselec.com/index.php?page=shop.product_details&flypage=shop.flypage&product_id=27&category_id=5&option=com_phpshop&Itemid=1
http://8051help.mcselec.com/index.html
        Потребителю на производстве решительно все равно, с помощью какого IDE сделано программное обеспечение для автоматики управляющей двигателями станков или режимами дизель-генераторов. В конечном итоге и для контроллера это безразлично. Он использует машинный код, скомпилированный из написанной Вами программы. Вас ведь не интересует, какие операции проводит ваш компьютер, пересылая мегабайты информации в Интернет.
        IDE - это инструмент и Вас должно интересовать только то, чтобы этот инструмент был Вам по руке и по силам.

Примечания.

Высокопроизводительные 8051 - совместимые микроконтроллеры компании CYGNAL Integrated
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/Cygnal/index.htm

IDE компании Cygnal. Интегрированная среда разработки компании Cygnal
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/soft/mcs-51/ide_signal.htm

Документация по электронным компонентам
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/ic/start.htm

Рекламный проспект, 2006 год
http://stock.planar.ru/pdf/Cygnal/soft/ide_short.pdf

Справка:

Зныкин Павел Александрович (1950 г.р.), физик, в 1973-1985 гг. работал в САО АН СССР на крупнейшем в мире (в те годы) телескопе с цельным 6-метровым зеркалом. С начала марта по конец мая 1972 г. помогал Н.А. Козыреву проводить эксперименты со временем. С 1985 г. старший научный сотрудник БТУ им. Шухова (г. Белгород).
E-meil: znykin@mail.ru