Разработка программной и аппаратной поддержки к методическим указаниям Программирование микроконтроллеров (стр. 12 из 18)
Рис. 3.10. Окно регистров ввода/вывода для МК AT90S8515.
Так как мы определили для встроенного симулятора микроконтроллер типа AT90S8515, то окно регистров ввода/вывода откроется автоматически со всеми надлежащими устройствами для этого типа МК (см. рис. 3.10). Данное окно содержит перечень устройств, содержимое которых можно просмотреть, как «древовидную» структуру, где один элемент может содержать ряд вложенных подэлементов.
Рис. 3.11. Содержимое порта В.
Так как наша программа работает с портом В, то рассмотрим его содержимое более подробно. Для этого по названию «Port B» щелкнем мышью два раза (double click) или один раз по плюсику слева. Список порта В раскроется, как показано на рис. 3.11, и можно будет увидеть регистр данных (PORTB), регистр направления данных (DDRB) и выводы порта В (PINB) – «Port B Data», «Data Direction» и «Input Pins», соответственно.
Каждый бит этого регистра представлен в виде флажка. Логическая единица соответствует установленному флажку, а логический ноль – снятому. Состояния этих флажков обновляются во время выполнения программы и показывают текущее значение каждого бита. Вы также можете устанавливать или очищать значения битов, щелкая мышью по соответствующим флажкам, тем самым изменяя значения соответствующих регистров ввода/вывода.
Существует пара команд для одиночного пошагового выполнения программы. Это «Trace into» /F11/ и «Step Over» /F10/ из меню «Debug» (см. рис. 3.7). Отличие состоит в том, что «Trace into» при вызове подпрограммы входит в неё в пошаговом режиме, т.е. можно отследить каждую команду по отдельности; а «Step Over» выполняет подпрограмму целиком и продолжает выполнение в пошаговом режиме со следующей команды после вызова подпрограммы, т.е. как бы «обходит» подпрограмму. Наш пример не содержит подпрограмм, поэтому различие заметно не будет.
Дойдя до последней строчки программы, следует обратить внимание на изменение цвета регистров порта В. Те регистры, которые в последнем шаге трассировки поменяли свое значение, становятся красными, остальные – черные. Это облегчает наблюдать за теми регистрами ввода/вывода, которые меняют свое значение при трассировке. Продолжая трассировку (нажимая /F11/ ) можно наблюдать как регистры порта В меняют свое значение – инкрементируются.
Рис. 3.12. Добавление точки останова.
Добавляя точки останова, мы можем выполнять программу с максимальной скоростью, останавливаясь лишь там, где установлены точки останова.
Установив, курсор на нужном месте и нажав <F9>, или вызвав контекстное меню и нажав команду «Toggle Breakpoint» можно легغо установить точку останова (см. рис. 3.12). Повторное нажатие приведет к её снятию. Красный квадратик на полоске слева как раз и обозначает точку останова. В данном примере точка останова установлена для демонстрации увеличения скорости выполнения программы. Когда не было точки останова нам требовалось трижды нажимать <F11> чтобы совершить один цикл (loop:). Установив же точку останова на команде “rjmp loop” и запустим программу на выполнение через меню «Debug» команда «Go» или нажмем <F5> (см. рис. 3.7), остановка произойдет лишь в точке останова и таким образом для одного цикла потребуется всего лишь одно нажатие <F5>. Это реальный пример ускорения отладки программы.
Предположим нам надо чтобы регистр порта В не инкрементировался, а декрементировался во время выполнения программы. Для этого немного изменим код программы. В окне исходного кода программы строчку "inc temp" изменим на "dec temp" (см. рис. 3.13). Если теперь продолжить выполнение программы (нажать <F5> или <F10> или <F11>), то AVR Studio выдаст диалоговое окно, которое информирует об изменение исходного файла и спрашивает, нужно ли перекомпилировать проект. Следует нажать «Yes».
Рис. 3.13. Изменение исходного кода программы и перекомпиляция проекта.
После перекомпиляции указатель счетчика команд будет установлен в начало на первую команду. Заметим, что установленные точки останова остаются без изменения.
«Смотровое» окно.
Для наблюдения за переменными, а точнее за их значениями удобно использовать «Смотровое» окно (Watch window). Открыть его можно использовав комбинацию клавиш «Alt» + «1» или вызвав меню «View» команду «Watch» (см. рис. 3.9) или нажав кнопку на панели инструментов – . 
Переменные, которые определены с помощью макроса “.DEF” могут быть помещены в «Смотровое» окно несколькими способами. Выделив нужную переменную ее можно просто перетащить в «Смотровое» окно или в меню «Watch» нажать команду «Add Watch» или на панели инструментов нажать кнопку – .В данной программе только переменная “temp” является таковой. Ее мы и можем увидеть на рис. 3.14.
Рис. 3.14. Смотровое окно.
Во время пошагового выполнения программы можно наблюдать, как меняется наша переменная “temp”. Заметим, что данное окно также позволяет пользователю изменять значения переменных, т.е. непосредственно влиять на ход выполнения программы, облегчая отладку.
Рис. 3.15. Окно процессора.
Окно процессора.
Теперь понаблюдаем за окном процессора. Откроем его, нажав «Alt» + «3» (см. рис. 3.9) или щелкнув по иконки – . Это окно (см. рис. 3.15.) предоставляет определенную информацию о выполнении программы включая Счетчик Команд (Program Counter), Указатель Стека (Stack Pointer),флаги регистра состояния (Flags), Счетчик Циклов (Cycle Counter) и др.Очень полезными для оценки длинны циклов или времени выполнения подпрограммы могут оказаться «Cycle Counter» и «StopWatch». Хоть в данном примере мы практически не используем это окно, оно все же играет очень важную роль в отладки программы.
Перед закрытием проекта необходимо его сохранить. AVR Studio запомнит расположение окон и использует эти установки при следующем запуске проекта.
3.2. Анализ методики реализации разработки программного обеспечения
3.2.1. Классификация вариантов заданий
Цель заданий – практическое освоение методики программирования на ассемблере микроконтроллеров ATMEL семейства AVR, отладка программы на симуляторе AVR Studio и программирование кристалла с помощью программатора расположенного в системе макета. Примеры заданий могут использоваться не только как для проверки знаний и навыков по программированию, но и для наглядного объяснения архитектуры при чтении теоретического материала.
После изучения теоретического материала, а именно: архитектуры МК, аппаратных и программных средств, основных типов интерфейсов, системы команд и симулятора МК, можно приступить к практической реализации различных задач на основе МК.
Именно написание программ и умение их объяснить является критерием понимания архитектуры МК, а также критерием способности использовать данную архитектуру в сочетании с программированием (ассемблером).
Конкретных примеров заданий может быть очень много. Мы разделим эти примеры на несколько общих классов. Сначала перечислим достаточно простые классы задач.
1. Работа с памятью.
К этому классу задач можно отнести любые операции с различными областями памяти, такие как чтение или запись. К примеру, можно считывать или записывать данные из/в EEPROM, SRAM или даже памяти программ (Program Memory). Меняя начальный адрес и размер данных, а также тип (область) памяти можно создавать различные примеры задач.
2. Индикация.
Подключая к выводам портов различные системы индикации, будь то простые светодиоды, ССИ или ЖКИ можно создать широкий класс задач. Различные варианты примеров можно создать, изменяя очередность или длительность световой индикации. Можно сделать несколько примеров заданий с движущимися символами или «бегущей строкой», задавая различные символы и строки. Реализация различной длительности индикации может осуществляться либо с помощью таймера, либо с помощью циклов задержки, либо другими способами, что увеличивает разнообразие вариантов заданий.
3. Вычисления и обработка данных
Существует много примеров с арифметическими вычислениями. К примеру, можно производить сложение, вычитание, умножение, деление или сравнение 8- или 16-разрядных чисел. Также существуют математические или базисные логические функции, из которых можно строить более сложные произвольные функции.
Еще к этому классу задач относятся преобразование 8-, 16-разрядных чисел в упакованные (или нет) двоично-десятичные (Binary Coded Decimal – BCD) и обратно, сортировка чисел различными способами и фильтрация.
4. Измерение внешних параметров и устройства управления:
Сюда входят задачи по измерению напряжения, тока, частоты, давления, скорости вращения и других параметров. Создание часов реального времени, калькулятора, кодового замка, управление двигателем, регулировка температуры.
Это достаточно сложный класс задач, так как он может включать в себя и некоторые вышеперечисленные классы (1-3).
Префикс 0x – обозначает шестнадцатеричное число, 0b – двоичное, без префикса пишется десятичное число.
Во всех вариантах необходимо составить и отладить программу с помощью симулятора и если необходимо запрограммировать микроконтроллер с помощью программатора в системе макета.
1. Дан массив А из 8 (или др.) однобайтовых чисел распложенных в Program Memory или EEPROM начинающийся с адреса 0x0A (или др.). Переписать из массива А в массив В все числа, большие 0x05 (или др.) и меньшие 0x2С. Массив В может находиться либо в EEPROM, либо в SRAM.