Применение интегрированной среды IEESD-2000 для разработки систем на базе FPSLIC

   

М. Долинский

Применение интегрированной среды IEESD-2000 для разработки систем на базе FPSLIC

FPSLIC И SYSTEM DESIGNER

Удешевление и сокращение сроковразработки систем на кристалле - одно из важнейших направлений развития цифровой микроэлектроники. Важный шаг в данном направлении сделала фирма ATMEL (США),анонсировавшая выпуск во втором квартале 2000 года микросхемы типа FPSLIC (Field Programmable System Level Integration Circuits)[1,2]. Основное достоинство таких микросхем - размещение на одном кристалле фиксированного сложного микропроцессорного ядра, включая оперативную память для хранения программ и данных, а также достаточного объёма программируемой логики для специализации кристалла пользователем под конкретную задачу. Заявленныефирмой ATMEL основные следствия такого инженерного решения включают пониженное энергопотребление, увеличение производительности и революционное сокращение времени выхода на рынок разрабатываемой системы. Последнее может быть достигнуто только при наличии адекватных новым инженерным решениям программных средств разработки и верификации проектов. Фирма объявила о готовности параллельно с выпуском новых FPSLIC-чипов (AT94K40, AT94K20 и AT94K10) выпустить и соответствующую программную разработку, получившую название System Designer. "По существу, это многооконная структура с удобным пользовательским интерфейсом, которая позволяет использовать многочисленные программные инструментальные пакеты" [1]. Для разработки программного обеспечения в System Designer интегрирован AVR Studio версии 3.xx. Для ввода описаний аппаратного обеспечения используется HDLPlanner, поддерживающий языки VHDL и Verilog. Для моделированияаппаратного обеспечения фирма ATMEL включила ModelSim (от Mentor Grafics). Для анализа взаимодействия аппаратуры и программного кода в System Designerреализована прозрачная для пользователя интеграция AVR Studio и ModelSim.

IEESD-2000 и модель микропроцессора AVR

В данной статье рассматриваетсяальтернативная среда разработки проектов () на базе FPSLIC, которая создана на базе универсальной интегрированной среды разработки встроенных систем IEESD-2000 (Integrated Environment for Embedded Systems Development ) [3,4,9-11]. IEESD-2000 обеспечивает иерархическое проектирование цифровых систем от поведенческого до логического уровня, поддерживая методологии "сверху - вниз" и "снизу - вверх". В том числе, одна или несколько компонент системы могутпредставлять модели процессоров (как типа iиInstruction Accuratelt, так итипа "Cycle-Accurate"). Для процессорных компонентов поддерживаются средства встроенного редактирования исходных текстов программ на современных языках программирования (ассемблер, C и др.). Для ассемблеров имеются встроенные средства ассемблирования в машинные коды и автоматическая загрузка сформированных машинных кодов в соответствующие ОЗУ на схемах и/или внутренние ОЗУ. Для языков более высокого уровня имеется возможность использовать внешние средства компиляции от сторонних производителей.

В IEESD-2000 поддерживаетсясовместная симуляция аппаратного и программного обеспечения проекта. Система содержит продвинутые средства отладки и анализа результатов симуляции.

Для отлаженного аппаратногообеспечения генерируется описание на синтезируемом подмножестве языка VHDL (практически используются только логические функции).

В настоящее время в IEESD-2000имеется модель ядра AVR. На базе данной модели выполнен (спроектирован, просимулирован, отлажен и изготовлен) электронный ключ для защиты системы IEESD-2000 от несанкционированного копирования, обеспечивающий также аренду IEESD-2000, сетевое использование и плавающие лицензии.

На базе этой же модели ведётсяразработка универсальных внутрисхемных эмулятора и симулятора, настраиваемых на целевую архитектуру [5,6].

Таким образом, наличие в IEESD-2000 модели ядра AVR позволяет с успехом использовать IEESD-2000 для разработки любых микропроцессорных (и даже мультимикропроцессорных) систем, в том числе и системна базе чипов семейства AT94Kxx.

IEESD-2000 и динамическое реконфигурирование FPSLIC

Важнейшей особенностью FPSLICсемейства AT94Kxx является возможность динамического реконфигурирования системы. То есть FPGA может быть перепрограммирован под управлением AVR непосредственно впроцессе работы. "...Например, можно сохранить несколько вариантов конфигурации FPGA во внешней энергонезависимой памяти, а затем, по мере необходимости, переписывать их в AVR, переформатировать и перезагружать в FPGA" [1].

В IEESD-2000 обеспечена поддержка адекватного моделирования и таких процессов, причём на нескольких уровнях представления проектов. Во-первых, конфигурационный файл может просто определять поведение соответствующего фрагмента апаратного обеспечения. Во-вторых, мы можем визуализировать функционально-логическое представление сконфигурированного содержимого FPGA. И наконец, в третьих, с конфигурационным файлом может быть связан проект IEESD-2000, который собственно и послужил источником конфигурационного файла. Таким образом, IEESD-2000 максимально гибко и с необходимой адекватностью обеспечивает симуляцию и анализ динамически реконфигурируемых систем.

Технология разработки моделей микропроцессоров

Важно отметить, что в рамках IEESD-2000 разработана технология создания моделей микропроцессоров, что позволяет легко переходить на новые разработки. В статье [2] сообщается о планах фирмы ATMEL исполнить FPSLIC на базе ядра ARM и готовности также разработать и поставлять в составе FPSLIC и другие ядра, вплоть до DSP, по "требованию рынка". В [2] отмечается также, что многие другие производители микросхем (например, LICENT TECHNOLOGIES, LSI LOGIC, TRISCEND) предпринимают аналогичные усилия по размещению в одном кристалле микропроцессорного ядра и программируемой логики. В частности, упоминается об анансе фирмой TRISCEND своего нового чипа TL505 (ядро 8032, 40 МГц, 10 MIPS, 16 Кбт SRAM, 6500 логических вентилей).

Это подчеркивает актуальность возможности при использовании IEESD-2000 легко переходить с одних FPSLIC на другие. Более того, использование IEESD-2000 гарантирует разработчику перенос его интеллектуальной собственности (иерахические проекты и синтезируемые VHDL-описания аппаратного обеспечения, исходные тексты и машинные коды программного обеспечения) на любые новые технологии создания чипов.

В IEESD-2000 уже реализовано ядро микропроцессора семейства MCS-51. На базе этого микроконтроллера нами разработан аппаратно-программный отладчик (полноценный внутрисхемный эмулятор ANT-97) для микроконтроллеров семейства MCS-51 [7. 8].

Ведутся работы по созданию ядер для микропроцессоров Intel8086, Motorola 68HC08, Texas Instruments TMS370.

Могут быть выполнены и другие модели микропроцесоров/микроконтроллеров, нужных пользователю. Сроки изготовления моделей МП/МК перечисленного выше класса - от одного до трех месяцев.

Взаимодействие с инструментальной ЭВМ

Важным достоинством IEESD-2000 является наличие специальных моделей, обеспечивающих "безшовную" интеграцию программ, которые должны, исполняясь на IBM PC, взаимодействовать с моделью разрабатываемого проекта. Это полезно как в случае разработки устройств, сопрягаемых с IBM PC (по параллельному или последовательному порту, PCI-шине и так далее), так и вс лучае использования разработчиком ПК типа IBM PC как средства генерации тестовых воздействий на разрабатываемую систему.

Добавляя в сой проект модель, например, параллельного порта, можно обеспечить взаимодействие реальной программы на IBM PC, пишущей в параллельный порт (и/или читающей из него), с моделью системы, которая должна принимать информацию из этого порта (и/или отсылать туда свою информацию).

Такая возможность повышает адекватность моделирования, сокращая сроки разработки и повышая ее качество.

Средства отладки программного обеспечения

Поскольку среда отладки программного обеспечения настраивается на целевую архитектуру, то ее развитие осуществляется как для всех прцессоров, модели которых уже созданы, так и для тех, модели которых будут созданы в будущем. Это позволяет сосредоточить значительные усилия на обеспечении эффективности и качества среды разработки без боязни напрасных потерь в человеко-годах (в связи с неактуальностью того или иного процессора).

Рисунок. Внешний вид среды отладки

Такой подход позволил полчить среду разработки, объединяющую в себе лучшие качества современных средств отладки программного обеспечения микроконтроллеров ().

В частности, в поле зрения нашего сравнения попали AVR Studio, mVision, ProViev32.

Средства отладки аппаратного обеспечения

Средства отладки аппаратного обеспечения () отличаются от традиционных в лучшую сторону по следующим параметрам:

  • возможность симуляции мультимикропроцессорных систем (в том числе, и с разными типами процессоров);
  • высокая скорость симуляции;
  • генерация синтезируемого VHDL-текста аппаратного обеспечения, скомпонованного из элементов поставляемых параметризованных библиотек;
  • возможность совместной отладки с программным обеспечением (с использованием команд на моделирование как из окон схем, так и из окон исходных текстов программ);
  • продвинутые средства интеллектуального анализа результатов моделирования: вывод и редактирование на схеме значений на любых контактах (внешних и внутренних любой вложенности), элементах памяти (регистров, счётчиков, ОЗУ, ПЗУ); фильтры списков сигналов, обеспечивающие автоматизированное группированиеотдельных линий в специализированные окна; навигатор по времени (с восстановлением на схеме и в памяти данных и программ информации, соответствующей установленному моменту времени); средства визуализации и звукового воспроизведения цифровых сигналов.

К недостаткам средств разработки аппаратного обеспечения в IEESD-2000 следует отнести отсутствие встроенных средств синтеза и программирования ПЛИС. Полученное в IEESD-2000 синтезируемоеVHDL-описание необходимо загружать в САПР более низкого уровня для синтеза, получения конфигурационных файлов и непосредственного программирования чипов.

Возможности по специализации IEESD-2000 для FPSLIC AT94Kxx

Поскольку аппаратная часть семейства FPSLIC жёстко фиксирована (даже при наличии некоторых параметров), возможно сокращение трудозатрат разработчиков при регулярной работе с FPSLIC в случаеразработки средствами IEESD-2000 специального параметризированного проекта для FPSLIC семейства AT94Kxx.

Этот проект может включать всеопределённые фирмой ATMEL известные компоненты и связи между ними. Например, микроконтроллер AVR, блоки ОЗУ, средства реконфигурации, структуру FPGA с точным указанием логических элементов FPGA и связей между ними.

В этом случае разработчики автоматически получат возможность как ручного управления размещением ресурсов проекта на ресурсах FPSLIC, так и коррекции результатов автоматического синтеза, а также возможность моделирования и соответствующей визуализации результатов моделирования непосредственно на логических элементах и связях внутри FPGA.

Такой подход позволит также, вслучае необходимости, проводить дополнительную оптимизацию проектов на FPSLIC.

Литература

  • Кривченко И. Системная интеграция в микроэлектронике - FPSLIC //Chip News. - 2000. - № 3. - С. 4-10.
  • Кривченко И. Системная интеграция в микроэлектронике - FPSLIC. Часть 2.FPSLIC - вопросы и ответы // Chip News. - 2000. - № 4. - С. 62-64.
  • Долинский М. Комплекс инструментальных средств разработки встроенных цифровых систем // Инженерная микроэлектроника. - 2000. - № 1. - С. 68-72.
  • Долинский М.С. Интегрированная среда для разработки встроенных систем IEESD-2000. - Рига: Автоматика и вычислительная техника. - 1999. - № 3. - С. 26-35.
  • Долинский М.С., Зисельман И.М., Федорцов А.О. Внутрисхемные эмуляторы микропроцессоров и микроконтроллеров. - Рига: Автоматика и вычислительная техника. - 1999. - № 1. - С. 62-66.
  • Федорцов А.О. Универсальный эмулятор микропроцессоров и микроконтроллеров // Chip News. - 2000. - № 1. - С. 18-20.
  • Федорцов А.О., Зисельман И.М., Долинский М.С. Внутрисхемный эмулятор ANT-97 // Радиорынок. - 1998. - № 1. - С. 12-13.
  • Федорцов А., Долинский М. Устройство для отладки микропроцессорных систем // Электроника. - 1999. - № 1. - С. 18-19.
  • M.Dolinsky, High-level design of embedded hardware-software systems, Advances in Engineer ing Software, Vol. 31, No 3, March, 2000, ISSN 0965-9978, UK, Oxford, «ELSEVIER», pp. 17-23.
  • M.S. Dolinsky Integrated environment IEESD-2000 for embedded system development, Automatic Control and Computer Sciences, Allerton Press,New York, 1999, No 3, pp. 22-28.
  • M.S. Dolinsky, I.M. Ziselman, A.O. Fedortsov, In-circuit emulators ofmicroprocessors and microcontrollers, Automatic Control and ComputerSciences, Allerton Press, New York, 1999, Vol. 33, No 1, pp. 53-56.

    Тел.: (0232) 57 9192, 47 3713
    E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript






  • Рекомендуемый контент




    Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.