Учебный лабораторный комплекс SDK-1.1

Учебный лабораторный комплекс SDK-1.1 (рис.1) предназначен для освоения студентами архитектуры и методов проектирования:

· систем на базе микропроцессоров и однокристальных микроЭВМ;

· встраиваемых контроллеров и систем сбора данных;

· периферийных блоков вычислительных систем;

· подсистем ввода-вывода встраиваемых систем.

Рис.1. Комплекс SDK-1.1

В состав комплекса входит:

1. Лабораторный стенд SDK-1.1 (рис. 2), включающий:

§ микроЭВМ ADuC812 с архитектурой MCS-51. К внешнему разъему стенда подключены встроенные адаптеры ввода-вывода:

· 8-канальный 12-разрядный АЦП;

· 2-канальный 12-разрядный ЦАП;

· 4-разрядный порт ввода-вывода, поддерживающий функции запроса прерывания (2 канала), счетных входов (2 канала), входа синхронизации АЦП, интерфейса microLAN (Dallas).

§ Внешнее ОЗУ 64Кб, используемое как память программ или данных.

§ Оптически развязанный приемопередатчик инструментального канала RS232C.

§ ИМС периферийных устройств:

· E²PROM AT24С01 (128 байт);

· интегральные часы со встроенным ОЗУ PCF8583 (Philips);

· модуль символьного ЖКИ 2*16;

· матричная клавиатура 4*2;

· звуковой излучатель;

· 8 управляемых светодиодов.

· 16-разрядный параллельный порт ввода-вывода.

§ Ручные переключатели тестовых сигналов для аналоговых и дискретных портов ввода: коммутатор аналоговых каналов и стимулятор дискретных портов.

§ Разъем интерфейса JTAG для контроля периферийной шины и портов, реализованных в ПЛИС MAX3064 (Altera).

Стенд выпускается в виде печатной платы с двусторонним поверхностным монтажом элементов, установленной в корпусе с выведенными клавиатурой, индикатором, переключателями коммутатора и стимулятора портов ввода-вывода, разъемами внешних интерфейсов и электропитания. Параметры портов ввода-вывода соответствуют спецификации TTL, динамический диапазон аналоговых сигналов ЦАП и АЦП – 0..5В.

2. Внешний адаптер электропитания.

3. Коммуникационный кабель.

4. IBM PC совместимый персональный компьютер.

Инструментальная система программирования включает:

· Транслятор с языка ассемблера или C для ядра MCS51 и симулятор ADuC812 (пакет uVision51 фирмы Keil Software).

· Резидентный монитор-загрузчик HEX202.

· Программируемую инструментальную систему (загрузчик, терминал) T167B (IBM PC/ DOS) и T2 (IBM PC/Win32).

· Встроенное программное обеспечение и драйвер для ОС Windows 9x/NT для использования контроллера SDK-1.1 в качестве внешнего адаптера ввода-вывода в составе управляющего вычислительного комплекса на базе персонального компьютера.

Рис.2. Лабораторный стенд SDK-1.1.

Рис. 3. Взаимодействие учебного стенда с ПК.

Подготовка программ для микроконтроллера ADuC812 осуществляется на языке программирования Си на ПК в обычном текстовом редакторе (или средах программирования, IDE, предназначенных для разработки программ под ядро MCS-51), далее программа компилируется в исполняемый модуль, доставляемый в стенд с помощью разработанного программного обеспечения.

Программы для стенда располагаются в ОЗУ объемом 128 Кб. Из этих 128 Кб как память программ (особенности MCS-51) могут использоваться лишь 56 Кб (в стенде первые 8 Кб памяти программ заняты ПЗУ, в котором располагается системное программное обеспечение, отсюда 64 Кб - 8 Кб = 56 Кб). Однако, как показывает практика, программы такого размера для стенда подготавливать не требуется. В процессе обучения с использованием SDK-1.1 студенты могут на практике ознакомиться с управлением периферийными устройствами, взаимодействующими с вычислителем посредством различных интерфейсов, освоить некоторые специфические аспекты программирования встраиваемых вычислительных систем, эффективного управления ресурсами.

Рис. 4. Процесс написания программ для SDK-1.1.

В стенде предусмотрена возможность симулировать некоторые внешние сигналы без использования дополнительного оборудования: сигналы внешних прерываний, счетные импульсы таймеров, аналоговые сигналы на входах АЦП. Интересно отметить возможность программного инициирования прерываний, не предусмотренную в MCS-51, однако реализованную в стенде через механизм программного управления состоянием входа внешнего прерывания INTO ADuC812. ПЗУ с резидентным программным обеспечением реализовано на кристалле ОКЭВМ ADuC812 по технологии FLASH/ЕЕ и может быть перепрограммировано через интерфейс RS232C с обычного ПК. Новые версии резидентного программного обеспечения могут доставляться в стенд без использования специальных программаторов, а тем более новых микросхем ПЗУ – достаточно иметь лишь образ доставляемой программы в виде файла и специальную утилиту на ПК.

Некоторые устройства стенда подключены к вычислителю через периферийный расширитель, реализованный на базе ПЛИС небольшой емкости, перепрограммируемой через специальный JTAG-порт, что дает возможность при желании изменять механизмы работы с этими устройствами.

Иногда при программировании SDK-1.1 возникает необходимость сохранять программу и после выключения питания. Так как стенд создавался для массового использования студентами, такая возможность в базовой его конфигурации имеется лишь за счет замены содержимого FLASH-памяти вычислителя. Однако ее размер составляет всего 8Кб, что не всегда достаточно для более-менее серьезных программ. К тому же, во FLASH-память ADuC812 может быть записан только один образ, т.е. либо одна программа, либо несколько программ, но скомпонованных в один файл. Это затрудняет обновление отдельной программы в наборе, так как, во-первых, для этого необходимо заново компоновать все программы из набора, во-вторых, невозможно перезаписать часть FLASH-памяти ADuC812 без стирания всего ее содержимого. Для решения этой проблемы в модификации стенда SDK-1.1/E может быть использована внешняя EEPROM емкостью 32 Кб. Во FLASH-памяти вычислителя можно поместить утилиту приема, распаковки и сохранения в EEPROM, а также извлечения и запуска исполняемых файлов. Все пользовательские программы, таким образом, можно размещать в EEPROM и загружать в ОЗУ только на время исполнения. При старте стенда на жидкокристаллическом индикаторе будет отображаться список содержащихся в EEPROM программ, и пользователь сможет с помощью клавиатуры стенда выбрать нужную. В EEPROM можно сохранять не только исполняемые файлы, но и требуемые пользовательскими программами файлы с данными, к которым они могут обращаться, пользуясь сервисами системного ПО, размещаемого во FLASH вычислителя. Иными словами, на имеющейся в SDK-l.l/E EEPROM можно организовать простейшую файловую систему в составе программного окружения. Пример такой системы показан на рис. 5.

На схеме также изображено взаимодействие с периферийными устройствами через сервисы системного ПО. Это может быть удобным, когда основной задачей не является научиться взаимодействовать с периферией, но требуется управлять ею в процессе решения иной задачи.

 

Рис. 5. Размещение программ в EEPROM стенда SDK-1.1

Стенды SDK-1.1 используются для решения широкого круга задач. В частности, можно использовать стенд в качестве контроллера приборов для автоматизации экспериментов. После запуска эксперимента может проводится автоматическое управление прибором и снятие измерений. Для проведения экспериментов не требуется наличия ПК. При этом имеется возможность переслать результаты на ПК при его подключении к стенду для дальнейшего их исследования.