Программно-аппаратная эмуляция процессора

Для отладки мехатронной системы с МПК

Варианты построения программно-аппаратных комплексов

Технология отладки мехатронной системы с МПК

Лекция 3

Си, Паскаль, Бейсик

Фортран

Моделирование мехатронной системы с МПК

Для создания собственной программы моделирования конкретной мехатронной системы подходят несколько языков программирования - Фортран, Си, Паскаль, Бейсик. Наибольшее распространение здесь получили Фортран и Паскаль.

Несмотря на солидный возраст (с 1954 г) Фортран прочно занял нишу языка научных и инженерных расчетов благодаря огромному количеству библиотек подпрограмм, накопленных с момента его создания, и отлично подходит для разработки программы моделирования мехатронной системы «под себя». За время своего развития Фортран сменил несколько стандартов, отслеживая основные тенденции в мировом программировании и отбрасывая отмирающие конструкции своего синтаксиса – стандарты 66, 77, 90, 95.

Программу моделирования можно разработать как в варианте «под DOS», так и в варианте «под Windows». И здесь выбор варианта программы моделирования является вопросом личных пристрастий и традиций.

Для разработки варианта «под DOS» могут использоваться компиляторы фирмы Microsoft MsFortran 4.0 (стандарт 77), 5.0 (стандарт 90), 5.1 (стандарт 90). Последние два имеют в своем составе графическую библиотеку. Тем не менее, можно рекомендовать версию 4.0 как более «мощную», позволяющую создавать большие по объему модели. А для построения графиков в этом случае целесообразно использовать дополнительные библиотеки графических подпрограмм и функций, например, «Графор».

Для разработки варианта «под Windows» могут использоваться пакеты MsFortran PowerStation 4.0, Compaq Fortran 6.1, 6.5, причем все они в процессе инсталляции интегрируются в среду Microsoft Visual Studio.

При моделировании мехатронных систем на языках Си и Паскаль используются те же пакеты, что и при создании программы контроля и настройки. При моделировании на языке Бейсик целесообразно использовать Visual Basic, входящий в состав пакета Visual Studio.

Рассмотрим два типовых варианта построения программно-аппаратных комплексов для отладки мехатронной системы с МПК. Варианты различаются по технологии взаимодействия МПК с отладочными средствами.

На рис.3 представлена схема аппаратно-программного комплекса отладки мехатронной системы при помощи программно-аппаратного эмулятора процессора. Этот тип отладки характерен для МПК, построенного на основе микросхемы процессора и набора микросхем периферийных устройств к нему. На рис.3 обозначено: 1-мехатронная система; 2–МПК; 3–процессор; 4–ПЗУ; 5–универсальный асинхронный приемо-передатчик (UART); 6–усилитель мощности и исполнительный двигатель мехатронной системы; 7–IBM PC №1; 8–IBM PC №2; 9–эмулятор; 10–плата эмулятора; 11–программное обеспечение эмулятора: 12–шлейф эмулятора; 13– исполняемый модуль управляющей программы МПК; 14– последовательный порт IBM PC; 15– программа настройки и контроля; 16– кабель RS-232; 17– системная шина МПК; 18-программатор.

Эмулятор подключается к МПК вместо штатного процессора, который на время отладки удаляется из системы. Подключение шлейфа эмулятора на место процессора осуществляется при помощи специального технологического разъема. Аппаратная часть эмулятора (плата 10) подключается к IBM PC №1 через системную шину последнего (ISA или PCI). Заметим, что в ряде случаев аппаратная часть эмулятора может представлять собой отдельный блок, подключаемый к IBM PC через USB интерфейс, что позволяет использовать для отладки любой тип IBM PC, включая и ноутбук. В процессе работы эмулятор полностью заменяет собой процессор МПК («эмулирует его работу») и при помощи своего программного обеспечения отражает текущее состояние «эмулируемого» процессора (регистры, порты ввода/вывода) и связанной с ним периферии (ОЗУ, ПЗУ), а также обеспечивает пошаговое выполнение управляющей программы МПК, т.е. выполняет функции отладчика. Однако, если ограничить отладочный комплекс только одним IBM PC с эмулятором, то не возможно в полном объеме отладить управляющую программу МПК.

Для полноценной отладки необходимо формирование различных команд для мехатронной системы, что достигается включением в комплекс второго IBM PC с программой настройки и контроля. Второй IBM PC соединяется с UART МПК через канал последовательной асинхронной связи RS-232. В этом случае при помощи программы настройки и контроля, загруженной в IBM PC №2, можно управлять работой всей мехатронной системы, посылая в нее управляющие команды и получая ответную реакцию, а при помощи эмулятора следить за работой управляющей программы МПК, т.е. за детальным выполнением посылаемых команд в мехатронной системе. Наличие программы настройки и контроля позволяет накапливать массивы данных о работе мехатронной системы, и после обработки представлять их в виде удобном для анализа. Очевидно, что программа настройки и контроля и управляющая программа МПК должны быть взаимосвязаны, т.е. алгоритмически и программно соответствовать друг другу. На рис.4 представлен пример фрагмента схемы взаимодействия программы настройки и контроля в IBM PC №2 и управляющей программой в МПК.

Для отладки управляющая программа в виде исполняемого модуля загружается в эмулятор. После окончания отладки эмулятор меняют на штатный процессор, а управляющая программа в виде исполняемого модуля записывается («прошивается») в ПЗУ с помощью специального устройства, называемого программатором.

Дата добавления: 2014-12-16