МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ОТЛАДЧИК INTER

Федорцов А.О., Долинский М.С., Зисельман И.М.
Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины
fedortsov@gsu.by (0232) 57-91-92

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В целях проектирования программного обеспечения, а также комплексной отладки микропроцессорных систем повсеместно применяются инструментальные кросс-средства разработки. С каждым годом таких средств становится все больше, в соответствии с постоянным появлением новых типов и расширением уже существующих семейств микропроцессоров, микроконтроллеров и процессоров цифровой обработки сигналов. При этом разработка новых инструментальных средств требует значительных временных и материальных затрат. Кроме того, такое разнообразие не слишком удобно для пользователей этих средств, поскольку при приобретении чего-то нового им нужно привыкать к изменившемуся интерфейсу и заново овладевать навыками работы.

Для решения этих проблем в Гомельском государственном университете им Ф.Скорины с 1988 года ведется разработка многофункциональной отладочной системы INTER с возможностью настройки на конкретный процессор. Настройка осуществляется с помощью мощного декларативно-алгоритмического метаязыка для описания процессора на уровне его системы инструкций и ассемблера. Метаязык позволяет быстро и эффективно описать проектируемую систему (в сроки от одного дня до одного месяца в зависимости от ее сложности) вместе с ее периферийными устройствами и даже внешней средой, а затем разрабатывать и исследовать программное обеспечение для этой системы.

INTER - это интегрированная среда разработки описаний архитектуры процессора и его ассемблера и последующей отладки ассемблерных программ для описанных процессоров. Комплект поставки пользователям может быть трех видов:

1. Для заданного процессора.
Из INTER выделяется интегрированная среда отладки ассемблерных программ, кроме того, в комплект поставки включаются файлы описаний заданного процессора. В момент запуска такой программы автоматически загружается описание процессора и интегрированная среда отладки готова к работе.

2. Для нескольких заданных процессоров.
Из INTER выделяется интегрированная среда отладки ассемблерных программ плюс возможности:
a) передача имени требуемого процессора, в момент запуска;
b) выбора требуемого процессора из заданного списка после запуска.
В результате получается интегрированная среда отладки ассемблерных программ для группы указанных процессоров. В комплект поставки включаются также файлы описаний для нескольких процессоров.

3. Для разработки описаний новых процессоров.
Полный комплект включает в себя возможность вводить и отлаживать описания новых процессоров, а также загружать описания любого процессора и отлаживать для него ассемблерные программы.

К настоящему времени уже описаны следующие процессоры:
1) цифровые сигнальные процессоры
фирмы Texas Instruments TMS320c30, 'c40, 'c50, 'c80 (Master Processor)
фирмы Analog Devices ADSP 210x0
2) Транспьютеры T414, T800
3) Популярные микроконтроллеры i8051, i8096, PIC, TMS370, МБ57, COP880
4) Популярные микропроцессоры i8080, i8086/87, Z80, PowerPC 601
5) Отечественные микроконтроллеры NT8020, DN1630 (NTL, Minsk, Belarus)
6) "Старые" процессоры PDP-11, IBM 360/370, Apple (6502)
7) Разнообразные гипотетические процессоры
( с целью исследования мощности метаязыка описания процессоров)
- процессор, управляемый потоками данных
- процессор базы данных
- процессор под язык ФОРТ (FORTH)
8) Программируемые микрокалькуляторы МК-61, МК-64

НЕТРАДИЦИОННЫЕ СРЕДСТВА ОТЛАДКИ АССЕМБЛЕРНЫХ ПРОГРАММ

INTER позволяет в многооконной, интерактивной среде набирать ассемблерные программы пользователя и проводить символьную отладку.

Наряду со стандартными возможностями отладчика (редактирование программ в среде, пошаговое выполнение с различными условиями останова, отслеживание выражений (регистров, ячеек памяти, операндов ассемблера) , установка новых значений для разрешенных выражений, поддержка в среде мыши, управление палитрой среды, сохранение/восстановление конфигурации, контекстная помощь) реализованы некоторые дополнительные возможности (инкрементальный анализ, "теневые" команды среды, окна-картинки, загрузка файла языковых фраз) .

В INTER реализован инкрементальный синтаксический анализ исходного текста. Таким образом, во время набора программы пользователя, во время вызовов различных диалоговых окон, исходный текст анализируется и составляется его внутреннее представление. Инкрементальный анализ осуществляется постоянно, с первой строки программы до последней, до тех пор, пока весь текст не будет скомпилирован. Если строка модифицируется, то она перекомпилируется. Если строка программы содержит ссылки, то она перекомпилируется при отсутствии или изменении ссылок в месте их определения.

Во время процесса отладки при выполнении инструкций программы пользователя бывает нужным модифицировать исходный текст (соответственно и выполняемый код) программы. В большинстве ассемблерных отладчиков для этого необходимо выйти в текстовый редактор. В очень редких можно модифицировать исходный текст, но после этого опять требуется компиляция и выполнение программы пользователя до прерванной точки, что понятно не всегда легко осуществимо. INTER же дает возможность после модификации исходного текста продолжить выполнение с любой точки программы, не изменяя содержимое переменных программы, стека и других элементов, которые при обычном входе устанавливаются в начальные значения.

Команды установки и проверки значений используются для тестирования инструкций процессора (при отладке описания процессора) и в основном для тестирования процедур пользователя. Команда установки позволяет занести эталонное значение, а команда проверки позволяет проверить эталонное значение и выдать сообщение о результате операции.

Реализован также механизм подсчета количества выполнившихся инструкций и прошедших тактов в программе пользователя. Для подсчета тактов соответствующая информация должна быть задана в описании процессора.

СРЕДСТВА СОВМЕСТНОЙ СИМУЛЯЦИИ
АППАРАТНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

В процессе решения конкретной задачи пользователь имеет возможность модифицировать и развить описание процессора: ввести свои перечислимые типы, добавить новые мнемоники инструкций, описать новые метафункции для преобразования данных при отображении, ввести свой вещественный формат, ввести свои "теневые" инструкции и т. д. Для реализации таких возможностей предлагается подмножество метаязыка описания процессора и ассемблера.

Кроме того, INTER позволяет описывать среду функционирования процессора и отлаживать ее работу совместно с программным обеспечением. При этом есть возможность создавать модели различных электронных компонент (логики, регистров, памяти, триггеров и пр.), отображать на экране ПК различные дисплеи и индикаторы (Рис.1), использовать клавиатуру ПК для эмуляции кнопок и клавиш проектируемой системы, а также моделировать среду функционирования микропроцессорной системы (датчики, измерители).

Рис.1.

На базе INTER можно создавать и программно-аппаратные отладочные комплексы, настраивая его на работу совместно с соответствующими аппаратными отладочными устройствами.

ПРИМЕРЫ АПРОБАЦИИ

Отладчик INTER неоднократно применялся для решения конкретных задач. Так, для 8-битного микроконтроллера NT8020 и для 16-битногоа DN1630, разработанных лабораторией наукоемких технологий (NTL, г.Минск), на основе INTER создано системное программное обеспечение, а также программно-аппаратный отладчик (для NT8020). В рамках научно-технического сотрудничества с многопрофильным предприятием "Шлях" (г. Гомель) разработано программное обеспечение для 2-х приборов измерения электрической активности жидкости, созданных ГМП "Шлях" на базе микроконтроллеров Intel 8051 (для чего предварительно был настроен на Intel 8051 многофункциональный отладчик INTER). Применение отладчика INTER позволило разработать программу в 7000 ассемблерных строк за 20 рабочих дней.

В настоящее время ГМП “Шлях” производит внутрисхемный эмулятор ANT-97 для микроконтроллеров семейства Intel 8051. Программное обеспечение для этого эмулятора реализовано на основе INTER.

ЛИТЕРАТУРА

1. Долинский М.С., Зисельман И.М., Белоцкий С.Л. Настраиваемый отладчик-интерпретатор ассемблерных программ // Программирование.-1995.-No.6, c.36-45.

2. Долинский М.С., Зисельман И.М., Белоцкий С.Л. "Инструментальная система высокоуровневого проектирования микропроцессоров и микропроцессорных систем", Санкт-Петербург, ж-л ЭЛЕКТРОНИКА, 1996 г No 4,с. 51-59

3. Федорцов А.О., Зисельман И.М., Долинский М.С. "Внутрисхемный эмулятор ANT-97", Минск, Бюллетень "Радиорынок", 1998, No.1., с 12-13.

4. Федорцов А.О, Зисельман И.М., Долинский М.С. "Внутрисхемный эмулятор микроконтроллеров семейства MCS51", Минск, Радиолюбитель. No.8,9. 1998г.