Структура и функции системного ПО

При необходимости предоставления пользователю возможностей манипули­рования ходом вычислительного процесса на микооконтроллерной системе (загрузка новых модулей из инструментальной системы, изменение содержи­мого памяти данных и оперативной памяти программ, запуск модулей на вы­полнение, управление обменом информацией в мультимикроконтроллерных системах) в состав программного обеспечения микроконтроллерной системы вводятся компоненты, обладающие способностью управления про­цессом выполнения задач на основе команд оператора. Такие npoграммные системы, называемые операционными системами (ОС), содержат в своем со­ставе: ядро, реализующее общую логику функционирования операционной системы (реакция на прерывания, исполнение команд и др.). модули диалога с пользователем (проведение которого предполагает наличие в составе микропроцессорной системы устройств ввода-вывода информации), модули управления задачами (загрузкой, выгрузкой, переключением между задачами в мультизадачных системах, определением достижения условий останова и др.), а также модули связи с внешними вычислительными системами (в мультимикроконтроллерных системах, в системах с инструментальными ЭВМ и др.) (рис.).

Рис. Структура операционной системы МК

Для осуществления своих функций ядро операционной системы, передача управления на которое осуществляется в соответствии с определенными вре­менными метками, должно использовать высшие приоритеты системы обра­ботки прерываний (рис.). В отличие от операционных систем, библиотеки подпрограмм непосредст­венно не решают задачи управления вычислительным процессом, однако со­держат набор функционально законченных модулей, выполняющих типовые действия по обмену информацией с устройствами ввода-вывода, математиче­ские функции и т. п.

Программы диагностики выполняют проверку исправности микроконтрол­лерной системы и ее составных частей. Проведение диагностических про­цедур описано в

Структура и функции инструментального ПО

В состав инструментального ПО входят: сервисные программы, трансляторы, размещающие программы и средства отладки.

К сервисным программам относятся редакторы, библиотекари, информаци­онно-обучающие программы и др.

Редакторы предназначены для подготовки исходных текстов программ мик­роконтроллерной системы. Редакторы принимают исходную программу с некоторого устройства ввода-вывода (клавиатуры, дисковой памяти и пр.) и заносят в оперативную или дисковую память инструментальной ЭВМ. Для подготовки программ в инструментальных системах используются общеце­левые редактирующие программы, которые могут использоваться для созда­ния исходных программ на любом языке. Редактор оперирует с исходной программой как с текстом, не учитывая те синтаксические правила, которым должна удовлетворять программа.

Библиотекари предназначены для создания и ведения библиотек подпро­грамм, реализующих типовые функции, часто применяемые в разработках. Библиотекари, как правило, имеют команды организации библиотеки, вклю­чения и удаления программных модулей, получения информации о еодержа- щихся в библиотеке программных модулях.

Информационно-обучающие программы предназначены для начинающих пользователей и позволяют приобрести некоторые навыки применения инст­рументальных систем.

Трансляторы преобразуют исходную программу, написанную на входном языке (в качестве которого, как правило, применяются ассемблер и ряд язы­ков высокого уровня, в частности язык Си) в результирующую — так назы­ваемую объектную программу на языке кодов команд микроконтроллера. Кроме объектной программы трансляторы выдают листинг программы, со­держащий распечатку исходной и объектной программ, таблицы идентифи­каторов, сообщения об ошибках и другие виды диагностической информа­ции. Как правило, трансляторы обладают возможностью формировать объектную программу в перемещаемых адресах и обрабатывать внешние связи между программными модулями.

Размещающие программы преобразуют объектные программы к виду, непо­средственно готовому к выполнению на микропроцессорной системе, и зано­сят полученные программы в память микроконтроллерной системы (МКС). Процесс перевода объектных программ к виду, пригодному для исполнения, включается в преобразовании перемещаемого варианта объектной програм­мы в вариант программы в абсолютных адресах. При необходимости уста­новления связей между отдельными объектными модулями производится до­полнительное редактирование внешних ссылок. Отметим, что сам процесс внесения программы в память микропроцессорной системы должен быть поддержан средствами как инструментальной вычислительной системы, так и самой МКС.

В качестве примера подобных систем можно привести пакет фирмы 2500 A.D. v4.02, включающий в себя макроассемблер Х8051 для МКС, совмести­мых с однокристальными микро-ЭВМ семейства МК-51, библиотекарь и ре­дактор связей, формирующий результирующие программы в ряде широко распространенных форматов.

Структура и функции прикладного ПО

Прикладное ПО, реализующее процесс управления объектом, как любая сиожная программная система, строится по модульному принципу, в соответ­ствии с которым каждая функционально законченная программная единица оформляется в виде подпрограммы, обращение к которой возможно из других программных модулей (рис.).

Задающие модули (задатчики) реализуют функцию, описывающую желаемое поведение объекта управления в виде набора ряда программнодоступных переменных управления. Информацию, необходимую для форми­рования задающей функции (например, выбор типа функции) задатчик может получать от оператора либо генерировать самостоятельно на основе инфор­мации об объекте управления. Функция, задающая желаемое поведение объ­ема, может быть реализована либо путем математических вычислений, либо путем обращения к участку памяти, хранящему набор значений данной функции. Критериями выбора одной из методов служат необходимая точность и требуемая скорость вычислений

Рис. Организация взаимодействия прикладного ПО

Измерительные модули выполняют взаимодействие с аппаратурой датчиков объекта управления, предоставляя программам информацию о текущем со­стоянии объекта управления в виде значения ряда программно-доступных переменных.

Регулирующие модули (регуляторы) предназначены для построения выда­ваемого на объект воздействия на основе информации о требуемом поведе­нии объекта управления и его реальном поведении. В настоящее время в рам­ках теории автоматического управления разрабогано достаточно большое количество способов регулирования.

Драйверы объекта предназначены для преобразования информации об управ­ляющем воздействии в управляющее воздействие того типа, которое соответ­ствует объекту управления.

Так, например, для реализации управления частотой вращения шагового дви­гателя с тахогенератором в роли датчика частоты, задатчик формирует тре- буемое значение частоты вращения (в оборотах в секунду), измеритель опре- деляет текущее значение частоты в тех же единицах, что задатчик, осуще­ствляя пересчет показаний аналого-цифрового преобразователя в количество оборотов в секунду, регулятор определяет уровень воздействия на объект (например, путем вычислений функции пропорционального регулятора), а драйвер преобразует полученный уровень воздействия в сигналы коммутации фазовых обмоток шагового двигателя, следующие с частотой, определяю­щейся информацией, полученной с регулятора.

Драйвер и измеритель принадлежат к объектно-зависимым компонентам прикладного ПО, а задатчик и регулятор— к объектно-независимым.

При смене объекта управления драйвер объекта также подлежит смене (в описанной системе замена шагового двигателя на двигатель постоянного гока потребует от драйвера объекта реализации управления, например, методом широтно-импульсной модуляции). При смене датчиков объекта замене подлежит измеритель.

Стадии разработки программного обеспечения

При проектировании программного обеспечения микроконтроллерных сис­тем управления техническим объектом разработчику необходимо осуществить продвижение проекта через ряд стадий:

Постановка задачи.

Анализ проблемы и построение математической модели.

Построение алгоритмов решения задачи.

Проектирование программы, решающей поставленную задачу.

программирование задачи.

Проведение автономной oтладки

Проведение комплексной отладки.

8 Передача в эксплуатацию.

9 Сопровождение.

Первый этап предполагает формирование описания (на естественном языке либо на языке специальных символов) условий задачи и желаемого результа­та. Как правило, постановка задачи представляется в виде технического за­дания.

На втором этапе осуществляется построение математической модели того физического процесса, который описывается в постановке задачи.

На третьем этапе математическая модель представляется в виде, удобном для числовой оценки, и осуществляется выбор метода решения задачи. На двух первых этапах описывалась сущность, которую необходимо получить в про­цессе проектирования, начиная с третьего этапа формируется способ реали­зации этой сущности — алгоритм получения результата на основе исходных данных.

На четвертом этапе осуществляется проектирование программного комплек­са, завершающееся разработкой спецификаций требований к составным час­тям программного комплекса.

На пятом этапе выполняется собственно программирование, т. е. кодирова­ние алгоритма с помощью выбранного языка программирования.

На шестом этапе выполняется автономная отладка каждой программы, вхо­дящей в состав программного комплекса, т. е. достижение правильности реа­лизации функции, возложенной на данную программу.

На седьмом этапе проверяется соответствие техническому заданию всего программного комплекса.

На восьмом этапе разработанный программный комплекс передается в экс­плуатацию с изготовлением необходимой документации.

Процесс сопровождения (девятый этап) заключается в устранении обнару-, женных ошибок, в модификации и улучшении применяемых подпрограмм.

Следует отметить, что в микроконтроллерных системах заключительная пе­редача в эксплуатацию разработанного программного комплекса требует проведения комплексной отладки аппаратного и программного обеспечения (см. рис.).

Отладка

микроконтроллерных систем

Под отладкой понимается процесс поиска, обнаружения и исправления оши­бок в разрабатываемой системе.

Отладка микроконтроллерных систем включает в себя стадии отладки аппа­ратных средств, программных средств, а также комплексную совместную отладку аппаратуры и программного обеспечения.

Дата добавления: 2014-12-10