Типовые конфигурации МП систем

Методики проектирования/отладки микропроцессорных и микроконтроллерных систем имеют определенную специфику. В соответствии с названием микроконтроллерные системы ориентированы на выполнение задач управления определенными устройствами или их комплексами. Микропроцессорные системы можно условно разделить на два основных класса: универсальные, которые используются для решения широкого круга задач обработки информации, и управляющие, которые специализируются на решении задач управления процессами и объектами. Типичными примерами универсальных микропроцессорных систем являются персональные компьютеры и рабочие станции, которые применяются в самых различных сферах деятельности.

Управляющие микропроцессорные системы имеют много общего с микроконтроллерами. Они также содержат различные устройства, расширяющие возможности процессора для реализации сложных алгоритмов управления. При этом периферийные устройства, многие из которых располагаются на кристалле микроконтроллера, в микропроцессорных системах реализуются с помощью дополнительных микросхем, что повышает их стоимость и снижает надежность. Разработка интегрированных микропроцессоров, имеющих в своем составе ряд периферийных устройств, и сложнофункциональных микроконтроллеров, содержащих высокопроизводительное 32-разрядное процессорное ядро, приводит к размыванию границы применения управляющих микропроцессорных и микроконтроллерных систем, постепенному стиранию функциональных и структурных различий между ними.

Основной особенностью микроконтроллеров является наличие в их составе ПЗУ (ППЗУ, РППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-памяти), в которое записывается резидентная рабочая программа системы. Разработка, отладка и запись в ПЗУ этой программы является важнейшей стадией проектирования микроконтроллерных систем. Записанная в ПЗУ рабочая программа становится составной частью системы, последующее изменение или коррекция которой обычно нежелательны или невозможны. При использовании внутреннего ПЗУ возможности внешнего контроля работы микроконтроллера в процессе отладки очень ограничены. Поэтому комплексная отладка программного и аппаратного обеспечения микроконтроллерных систем является достаточно сложной процедурой, требующей использования специализированных методов и средств контроля. Данный этап проектирования является также наиболее ответственным, так как невыявленная ошибка может привести к весьма дорогостоящим последствиям. Особенностью микропроцессорных систем для ряда областей применения является необходимость строгого соблюдения определенных норм времени на выполнение программы или ее отдельных модулей.

В микропроцессорных системах выполняемые модули рабочей программы загружаются в ОЗУ. Благодаря этому имеется возможность оперативной коррекции рабочей программы в случае необходимости. В процессе отладки проектировщик имеет доступ к общей шине, что облегчает текущий контроль за работой системы. Однако наличие в большинстве современных микропроцессоров внутренней кэш-памяти ограничивает возможности внешнего контроля за ходом выполнения программы. Особенно возрастают сложности отладки при использовании микропроцессоров с суперскалярной структурой, в которых несколько команд выполняются одновременно и естественная очередность их выполнения может не соблюдаться. Хотя при проектировании микропроцессорных систем выполняются практически те же этапы, что и для микроконтроллерных систем, однако используемая процедура разработки и средства отладки во многих случаях существенно различаются. Рассмотрим основные этапы проектирования/отладки этих систем и особенности их реализации.