Программно-инструментальные средства разработки и отладки

Современные программно-инструментальные средства разработки и отладки (средства разработки) позволяют провести весь этап разработки электронного устройства- от выработки схемотехнического решения до выпуска полного набора конструкторской документации и моделирования физических процессов, происходящих в устройстве. В статье представлена классификация средств разработки, в качестве примеров приводятся устройства, предлагаемые компанией "Терраэлектроника".

Выбираем схему BMS для заряда литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

А. Гурин
П. Перевозчиков

Преимущества современных средств разработки

Еще каких-нибудь 15-20 лет назад наиболее распространенным способом создания макета (прототипа) будущего устройства был "живой": подобрав электронные компоненты, разработчик брал в руки паяльник и собирал на макетных платах отдельные узлы или устройство в целом. Затем начинался процесс отладки: исправление ошибок принципиальной схемы, установка режимов работы, уточнение параметров применяемых компонентов и т.д. Этот вариант не потерял своей актуальности и по сей день, но применяется сейчас только при разработках относительно простых устройств, при производстве единичных экземпляров и при ограниченном бюджете разработки. Но если на первый план выходят такие критерии, как скорость, удобство и надежность разработки, то без профессиональных средств не обойтись. К преимуществам использования средств разработки можно отнести:

уменьшение времени выхода готовой продукции;
уменьшение материальных затрат и риска при разработке;
использование собственных ресурсов для ускорения разработки;
свободное использование собственных разработок в дальнейшем;
доступность простейших исходных кодов для быстрого освоения и ознакомления с новым прибором.

Классификация средств разработки

По функциональному назначению средства разработки можно классифицировать следующим образом:

Оценочные и демонстрационные платы (Evaluation & demonstration board).
Позволяют быстро ознакомиться с тем или иным прибором или семейством приборов и в короткие сроки разработать на нем устройство.
Внутрисхемные эмуляторы (In-circuit emulator).
Наиболее мощные и универсальные отладочные инструменты, представляющие собой набор аппаратно-программных средств и позволяющие замещать собой эмулируемый микроконтроллер в реальной схеме.
Программные симуляторы (Simulator).
Программные средства, способные имитировать работу микроконтроллера и его памяти.
Отладчики (Debugger).
Своего рода мост между разработчиком и отлаживаемым устройством, позволяющий пользователю одновременно контролировать ход выполнения программы и видеть соответствие между исходным текстом, образом программы в машинных кодах и состоянием всех ресурсов эмулируемого микроконтроллера.
Эмуляторы ПЗУ (ROM emulator).
Программно-аппаратные средства, способные замещать ПЗУ на отлаживаемой плате путем подстановки вместо него ОЗУ и загрузки программы с помощью компьютера через один из стандартных интерфейсов.
Программаторы (Programmer).
Устройства, позволяющие программировать м/с памяти, микроконтроллеры и программируемые логические интегральные схемы.
Интегрированные среды разработки (Integrated Development Environment).

Реальные средства разработки часто объединяют в себе различные функции и режимы работы. Поэтому удобнее различать средства разработки по типу прибора (серии приборов), на работу с которым они ориентированы. Наиболее многочисленная группа средств разработки рассчитана на работу с микроконтроллерами, без которых сейчас редко обходится создание новых устройств. В настоящее время наибольшей популярностью в России пользуются микроконтроллеры таких производителей как Atmel, Microchip, Motorola, Philips, STMicroelectronics, Texas Instruments.

Cредства разработки для микроконтроллеров фирмы Atmel

ICE200 - внутрисхемный эмулятор фирмы Atmel для отладки устройств на МК семейства AVR (ATtiny12, AT90S2313, AT90S2333/4433, AT90S4414/8515, AT90S4434/8535). Эмулятор подключается к отлаживаемому устройству с помощью специальной эмуляционной головки и может использоваться с платами, на которых установлены панельки DIP8, DIP20, DIP28 и DIP40.
ATJTAGICE - внутрисхемный JTAG эмулятор с фоновой отладкой пользовательской программы, который может быть использован в качестве внутрисхемного программатора для микроконтроллеров AVR, имеющих JTAG-интерфейс.
ATSTK500 - отладочная система, облегчающая работу с AVR-микроконтроллерами и обеспечивающая поддержку программирования через параллельный и последовательный интерфейсы. Дополнительно система может быть использована в качестве ISP-программатора. Используя интегрированную среду разработки AVR Studio (начиная с 3.2 или выше), ATSTK500 обеспечивает режимы симуляции и эмуляции, а также внутрисхемное программирование AVR-микроконтроллера.
ATSTK501 - модуль расширения к ATSTK500, позволяющий увеличить список поддерживаемых устройств из семейства AVR: ATmega64, ATmega103, ATmega128.
ATSTK502 - модуль расширения, разработанный для введения в ATSTK500 поддержки микроконтроллеров ATmega169. В ATSTK502 входят разъемы, перемычки и аппаратные средства для полной поддержки всех особенностей mega169, в т.ч. управление встроенным ЖКИ.

Cредства разработки для микроконтроллеров фирмы Microchip

DV164005 (MPLAB® ICD2) - внутрисхемный отладчик/программатор для МК серии PICmicro® , работающий почти со всеми Flash-микроконтроллерами серий PIC12F, PIC16F, PIC18F и dsPIC30F под управлением бесплатной и обновляемой универсальной среды разработчика MPLAB IDE. Для поддержки вновь появляющихся микроконтроллеров имеется возможность обновления ПО.
DM163014 (PICDEM^TM 4) - демонстрационная плата для изучения NanoWatt-микроконтроллеров с функциями сбережения энергии из семейств PIC16F и PIC18F в 8-, 14- и 18-выводных корпусах. Плата также поддерживает подключение внутрисхемного отладчика MPLAB® ICD2 что позволяет быстро отлаживать пользовательские программы и программировать микроконтроллер.
DM163022 (PICDEM 2 Plus) - усовершенствованная демонстрационно-отладочная плата для Flash-микроконтроллеров серий PIC16хххх, PIC18хххх в 18-, 20- и 40-выводных корпусах. В комплект входит демонстрационная программа для PIC18F452, позволяющая превратить PICDEM 2 Plus в часы реального времени и комнатный термометр с выводом информации на встроенный ЖКИ.
DM183020 - недорогая демонстрационная плата, идеально сочетающаяся с внутрисхемным отладчиком MPLAB® ICD2 для тех, кто хочет оценить возможности и производительность High-End линейки 8-ми битных микроконтроллеров PIC18Fxx20.
DV164101 - недорогой стартовый набор для освоения Flash-микроконтроллеров серии PICmicro 12F629, 12F675, 16F630 и 16F676. Включает в себя плату PICkit^TM1, подключаемую к компьютеру по USB-интерфейсу и может использоваться в качестве отладчика и программатора. Входящий в комплект CD-ROM содержит необходимое ПО, интегрированную среду разработчика MPLAB IDE, компилятор С HI-TECH PICC Lite^TM и примеры программ.

Cредства разработки для микроконтроллеров фирмы Motorola

DSP56F803EVM - оценочный набор для ознакомления с архитектурой линейки 56800 и демонстрирующий возможности гибридного микроконтроллера DSP56F803. Наличие встроенного порта JTAG/OnCE позволяет отлаживать загруженную в МК или во внешнюю память программу пользователя.
MC56F8300DSK - демонстрационно-стартовая плата для гибридных микроконтроллеров серии 56F8300. На плате установлены МК 56F8323 с производительностью 60 MIPS и новый датчик электрического поля MC33794 для бесконтактного обнаружения объекта и его перемещения в пространстве. На плате также реализован JTAG-to-LPT конвертер, упрощающий отладку программ пользователя. Отладочный комплект MC56F8300DSK включает все необходимые составляющие для начала работы, в т.ч. CD с пакетом ПО CodeWarrior Development Studio с бесплатной лицензией для программ, объем которых не превышает 16Kбайт.
M68DEMO908QT4 - демонстрационная плата для МК семейства Nitron (HC908Qx), позволяющая создавать новый код программы на ассемблере или Си, используя бесплатное ПО CodeWarrior^TM Development Suite for HC08, отлаживать код в реальном времени и программировать МК.

Cредства разработки для микроконтроллеров фирмы Philips

EPM900 - внутрисхемный эмулятор и параллельный программатор для МК семейства P89LPC9xx Philips. На плате установлен МК P89LPC932, который по своим ресурсам перекрывает другие МК этой серии: P89LPC920/ 921/ 922 / 930/ 931. Для подключения этих микроконтроллеров на плате EPM900 предусмотрен интерфейс с целевой системой или с адаптером для программирования.
PE-ICD900 - внутрисхемный эмулятор/программатор для микроконтроллеров семейства LPC900 Philips.

Cредства разработки для микроконтроллеров фирмы Texas Instruments

MSP-FET430P410 - мощный инструмент для программирования МК MSP430F412 и MSP430F413 с Flash-памятью. Программатор поставляется в сопровождении интегрированной программной среды - "IAR Kickstart", включающей: ассемблер, трассировщик, симулятор, низкоуровневый отладчик и ограниченный по размеру кода Си компилятор.
MSP-PRGS430 - последовательный программатор второго поколения с функцией внутрисхемного программирования МК серии MSP430 FLASH, OTP или UV-EPROM.
ES149 - отладочная плата, позволяющая разработчику быстро освоить возможности микроконтроллера фирмы Texas Instruments MSP430F149. Плату можно подключать к программатору MSP-PRGS430.

Интегрированные среды разработки для микроконтроллеров

В настоящее время все большую популярность завоевывают так называемые интегрированные среды разработки (Integrated Development Environment) - совокупность программных средств, поддерживающая все этапы разработки программного обеспечения до ее компиляции и отладки, обеспечивающая простое и быстрое взаимодействие с другими инструментальными средствами. Примером может служить интегрированный пакет "Project" (Фирма Фитон) - объединение внутрисхемного эмулятора, программного отладчика-симулятора, компиляторов, текстового редактора, менеджера проектов и программатора в виде единой "интеллектуальной" среды разработки. На сегодняшний день разработаны и поставляются пакеты "Project", поддерживающие разработку и отладку систем на базе микроконтроллеров семейств: 8051, MCS-196, PICmicro, AVR Atmel, MSP430 Texas Instruments, Xemics, Sensory.

Средства разработки для цифровых сигнальных процессоров (ЦСП)

Это наиболее сложный и дорогой класс устройств, что объясняется не только высокой стоимостью самого процессора, но и потребностью в различных периферийных устройствах, без которых возможности ЦСП не будут использованы в разрабатываемой системе с максимальной эффективностью. В качестве периферии могут выступать: различные типы памяти объемом до нескольких мегабайт, аппаратная реализация различных интерфейсов с поддержкой соответствующих протоколов, включая USB и Ethernet, внешние АЦП и ЦАП с различной разрядностью, всевозможные датчики и источники опорных напряжений, стабилизаторы напряжений для питания цифрового ядра ЦСП и аналоговых цепей, и др.
KIT-761119A-LF2407 - автономная плата eZdsp LF2407 DSK, позволяющая разработчику изучить возможности цифрового сигнального процессора TMS320LF2407 фирмы Texas Instruments и определить, отвечает ли он его требованиям. Благодаря встроенной оперативной памяти программ и данных объемом 32Кб возможно решение самого широкого спектра задач. Упрощение разработки кода и сокращение времени отладки обеспечивается символическим ассемблером и оконным отладчиком. Встроенный разъем JTAG обеспечивает подключение к эмуляторам, работающим с другими отладчиками. Все выводы процессора доступны пользователю. Совместимость с C2000 Code Composer от Texas Instruments.
TMDSDSK5416-OE - недорогой стартовый набор для ускорения разработки и отладки приложений на базе цифровых сигнальных процессоров семейства TMS320C54x фирмы Texas Instruments с возможностью подключения дополнительных модулей для расширения функциональных возможностей: конвертеров данных, макетных плат, интерфейсов ввода-вывода и других периферийных устройств. Разработчик может использовать высокую производительность устройства (160MIPS) для реализации таких функций как компрессия и декомпрессия голоса, распознавание голоса, конвертирование текста в речь, обработка факсимильных данных и гашение эха.
TMDX3P761128E - отладочная плата eZdsp LF2812 для разработки и отладки программ пользователя для процессора TMS320LF2812. Встроенные разъем и контроллер JTAG обеспечивает подключение к эмуляторам, работающим с другими отладчиками.

Средства разработки для других компонентов

Помимо средств разработки для микроконтроллеров и ЦСП существует множество других оценочных и отладочных плат для новых компонентов ведущих производителей. Например, такие компании как International Rectifier и IXYS большое внимание уделяют сопровождению своих силовых приборов.
IRPLDIM1E - демонстрационная плата балласта на базе м/с драйвера балласта IR21592 и корректора мощности на L6561D. К балласту можно подключить одну лампу типа Т8 мощностью 36Вт. Имеется функция защиты от ошибок с автоматическим рестартом. Диапазон питания балласта ~185-255В 50-60Гц. Коэффициент мощности 0,98. Максимальное выходное напряжение 750В. Время прогрева 1сек с напряжением 220В.
IRDCiP2001C - демонстрационная плата DC/DC-конвертера на основе 4-х фазного ШИМ-контроллера HIP6311 и четырех ключей с интегрированным драйвером IP2001, позволяющего получить напряжения питания ядра процессора в диапазоне от 1.10V до 1.85V (шаг 0,025В) с токами потребления до 80А без охлаждения. Максимальный КПД - 91,5%, эффективная частота переключения - 2МГц (4х500кГц), входное напряжение от 5В до 12В.
EVDN404 - отладочная плата, содержащая в своем составе ИС драйвера затвора IXDN404 с предусмотренным местом под установку силового MOSFET-а. Отличительной особенностью драйверов является высокая динамическая нагрузочная способность и высокая скорость переключения емкостной нагрузки.

Программаторы

Особую группу средств разработки составляют программаторы. По функциональным возможностям программаторы условно можно разделить на следующие группы:

специализированные программаторы для микросхем памяти (EPROM, EEPROM, FLASH);
специализированные программаторы для микросхем памяти и внутренней памяти отдельных семейств микроконтроллеров;
универсальные программаторы микросхем памяти, внутренней памяти микроконтроллеров, микросхем программируемой логики (PLD).

Основные функциональные возможности современных программаторов:

тестовая колодка с нулевым усилием (ZIF- socket), обеспечивающая многократный надежный контакт с программируемой микросхемой в корпусе DIP;
для программирования микросхем с корпусами, отличными от DIP, программаторы снабжаются специальными адаптерами под соответствующий тип корпуса;
возможность обновления ПО для расширения количества программируемых микросхем;
программная установка параметров программирования: Vccp, Vvpp;
самотестирование при включении питания;
тестирование правильности установки микросхем;
проверка качества контакта по всем выводам программируемой микросхемы;
защита всех выводов микросхемы от перенапряжения и статического электричества.

Компания "Терраэлектроника" представляет программаторы фирм "Elnec" (Словакия) и "Фитон" (г. Москва), удовлетворяющих всем требованиям, предъявляемые к современным программаторам. Среди новейших приборов можно выделить: BeeProg - универсальный сверхбыстрый программатор с интерфейсом USB и функцией ISP. Поддерживает более 11200 устройств, имеет функцию тестирования логических микросхем и статической RAM. MEMProg - универсальный программатор микросхем памяти (более 5300 программируемых устройств): EPROM (серии 27xxx, 27Cxxx), EEPROM (серии 28xxx, 28Cxxx, 27EExxx ), Flash EPROM (серии 28Fxxx, 29Cxxx, 29Fxxx, 29BVxxx, 29LVxxx, 29Wxxx, 49Fxxx), Serial EEPROM (серии AT17Сххх, 24Cxxx, 24Fxxx, 25Cxxx, 59Cxxx, 85xxx, 93Cxxx), конфигурационной памяти PROM серии 17xxx, энергонезависимой памяти NV RAM (серий Dallas DSxxx, SGS/INMOS MKxxx, Simtek STKxxx, Xicor 2xxx, ZMD U63x).

О выборе средств разработки

В заключение необходимо сказать несколько слов по поводу выбора между средствами разработки зарубежных и отечественных производителей. При небольших различиях в своих функциональных возможностях первые, как правило, дороже, но сопровождаются очень подробными описаниями и примерами. Однако при приобретении отечественных изделий разработчикам становятся доступны русскоязычная техническая документация, а при необходимости - консультации и пояснения производителей.
Можно обобщить отличительные особенности средств разработки, предлагаемые вниманию разработчиков компанией "Терраэлектроника":

перспективность использования на российском рынке;
поддержка возможно большего количества устанавливаемых приборов;
разнообразие встроенных интерфейсов (RS-232, IEEE1284/LPT, USB) и дополнительных компонентов, расширяющих функциональные возможности;
наличие на плате поля для макетирования и контактов для непосредственного подключения к выводам прибора;
возможность подключения дополнительных модулей;
хорошее соотношение высокой функциональности к цене;
наличие демонстрационных программ и примеров использования;
универсальное питание (питание от внешнего источника, интерфейсов ПК, батареи; наличие встроенных регуляторов напряжения).

В рамках одной статьи трудно охватить весь спектр современных средств разработки и тем более рассмотреть особенности их применения. Более детально ознакомиться с предложением компании "Терраэлектроника" можно на сайте www.terraelectronica.ru и непосредственно в офисе.