Унификация архитектур однокристальных микроконтроллеров и ее применение для разработки программного обеспечения встраиваемых систем

• Автор: Белых, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ.
1.1 Проблемы разработки программного обеспечения встраиваемых систем, реализуемых на однокристальных микроконтроллерах
1.2 Цели анализа архитектуры микроконтроллеров и средств разработки программного обеспечения встраиваемых систем

1.3 Языки разработки программного обеспечения встраиваемых систем

1.4 Инструментальные среды разработки программного обеспечения для однокристальных микроконтроллеров.

1.5 Основные результаты и выводы

2. АРХИТЕКТУРА СОВРЕМЕННЫХ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ.

2.1 Типы микроконтроллеров

2.2 Архитектура микроконтроллеров.

2.3 Методы адресации и типы данных, используемые в микроконтроллерах
2.4 Анализ архитектуры современных промышленно выпускаемых микроконтроллеров.
2.5 Основные результаты и выводы
3. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ, ОСНОВАННАЯ НА УНИФИКАЦИИ ИХ АРХИТЕКТУР
3.1 Принципы разработки ПО встраиваемых систем
3.2 Выделение целевого класса и базового набора архитектур ОМК
3.3 Унификация архитектур ОМК, включенных в базовый набор.
3.4 Разработка программного обеспечения для ОМК.
3.5 Методика разработки программного обеспечения для микроконтроллеров.
3.6 Основные результаты и выводы
4. ПРОЦЕСС УНИФИКАЦИИ АРХИТЕКТУР ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ.
4.1 Определение целевого класса архитектур ОМК
4.2 Принципы построения унифицированной архитектуры.
4.3 Формализованное описание архитектуры
4.4 Процедура построения унифицированной архитектуры ОМК
4.5. Пример применения процедуры построения унифицированного ОМК.
4.6 Основные результаты и выводы
5. АРХИТЕКТУРА АБСТРАКТНОГО ОДНОКРИСТАЛЬНОГО МИКРОКОНТРОЛЛЕРА, ПОЛУЧЕННАЯ УНИФИКАЦИЕЙ АРХИТЕКТУР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ ШИРОКОГО ПРИМЕНЕНИЯ.
5.1 Базовый класс архитектур ОМК
5.2 Система команд унифицированной архитектуры
5.3 Структура унифицированного ОМК.
5.4 Общность унифицированной архитектуры ОМК.
5.5 Основные результаты и выводы.
6. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ НА УНИФИЦИРОВАННОМ АССЕМБЛЕРЕ.
6.1 Общее описание инструментальной среды разработки.
6.2 Разработка встроенного кросстранслятора.
6.3 Разработка базы данных Рмодулей
6.4 Разработка клиентской части инструментальной среды разработки
6.5 Основные результаты и выводы.
7. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДИКИ И СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ, ОСНОВАННЫХ НА УНИФИКАЦИИЦИИ АРХИТЕКТУР ОДНОКРИСТАЛЬНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
7.1 Область применения методики
7.2 Показатели эффективности средств разработки программ.
7.3 Сравнительная оценка эффективности средств разработки программ
7.4 Основные результаты и выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Программное обеспечение для микроконтроллеров преимущественно оперирующих с 8ми или ти разрядными данными, как правило, разрабатывается на языке ассемблера, позволяющем учитывать особенности микроконтроллера. Достоинством использования языка низкого уровня является то, что он позволяет писать компактные программные модули с лучшим временем выполнения критических участков по сравнению с программами, разработанными, например, с помощью языка Си. Однако это несомненное достоинство умаляется сужением области применения разработанных программных модулей, невозможностью их использования без существенных изменений для микроконтроллеров не входящих в выбранное семейство ОМК. В этих условиях разработка ПО встраиваемой системы всегда ведется под небольшой набор микроконтроллеров, входящих в соответствующее семейство и, следовательно, имеющих одинаковую архитектуру, один и тот же язык ассемблера 4. В то же время, необходимо отметить, что на практике проектирование встраиваемых систем предполагает использование различных микроконтроллеров. Проблемы возникают еще изза того, что для каждого семейства микроконтроллеров того или иного производителя выпускается своя среда разработки. Это осложняет выбор микроконтроллера с необходимой функциональностью и параметрами, делая слишком трудоемкой переориентацию на ОМК других производителей, требующую переноса имеющихся наработанных коллективом разработчиков библиотек ассемблерных программных модулей. С учетом сказанного, представляется целесообразным создание методики разработки программного обеспечения встраиваемых систем, совмещающей преимущества ассемблерной реализации программных модулей с их эффективной переносимостью в заданном классе целевых архитектур ОМК. Созданная методика должна быть поддержана инструментальными средствами, обеспечивающими разработку ПО для различных семейств однокристальных микропроцессоров, включающими единую среду разработки и позволяющими хранить массивы имеющихся в распоряжении разработчиков программных модулей в виде соответствующих библиотек. Концептуальной основой достижения поставленных задач является разработка архитектуры ОМК и языка программирования, унифицирующих все необходимые структурные и функциональные особенности некоторого заданного исходного целевого класса микроконтроллеров. В связи с этим анализ архитектур современных однокристальных микроконтроллеров и средств разработки ПО встраиваемых систем на основе ОМК должен преследовать две основных цели. Уточнение исходного класса целевых архитектур семейств ОМК. Определение набора признаков, характеризующих архитектуру ОМК как целевую дающую возможность включить отдельный микроконтроллер или целое ОМКссмсйство в число целевых см. Исследование частоты и эффективности использования тех или иных языков программирования для создания ПО микроконтроллеров целевого класса. Анализ возможностей использования имеющихся сред разработки ПО ОМКсемсйств для генерации целевого машинного кода при двухуровневой схеме трансляции унифицированный ассемблер целевой ассемблер целевой загружаемый машинный код. При разработке ПО ОМК возможно использование как языков низкого уровня машинного языка, языка ассемблера, так и языков высокого уровня С, РаясЫ и т. В данном разделе проводится анализ языков, используемых для программирования современных микроконтроллеров, выявление их достоинств и недостатков с точки зрения применения во встраиваемых системах. Каждый ОМК вычислительная машина имеет свой машинный язык, то есть свою совокупность машинных команд, которая отличается номенклатурой и форматом команд, количеством адресов в команде, назначением информации, задаваемой в адресах, набором операций, которые может выполнить машина и т. При программировании на машинном языке программист может держать под контролем всю последовательность команд программы, каждую рабочую ячейку памяти, используя все возможности имеющихся машинных операций и способов адресации. Процесс написания программы на машинном языке очень трудоемкий и утомительный. Программа получается ненаглядной, плохо воспринимаемой человеком се трудно отлаживать, изменять и развивать.