Разработка микропроцессорного устройства

Этапы разработки микропроцессорного устройства

Микропроцессорное устройство – это конструктивно и функционально законченное изделие, которое состоит из нескольких микросхем с микропроцессором, необходимым для преобразования, передачи, получения и обработки данных, а также управления.

При разработке любого микропроцессорного устройства необходимо:

1. Разработать общую функциональную схему.
2. Разработать структурную схему, которой определяется аппаратный состав и распределение функций по узлам.
3. Разработать алгоритм программной части.
4. Написать текст программы.

В общем виде процесс разработки микропроцессорного устройства состоит из следующих этапов:

1. Получение технического задания.
2. Разработка алгоритма управления.
3. Разработка структуры программных и аппаратных средств.
4. Разработка аппаратных средств.
5. Монтаж макета.
6. Автономная отладка аппаратуры.
7. Коррекция топологии и схем (при необходимости).
8. Разработка программных средств.
9. Трансляция программы.
10. Отладка программы на модели.
11. Коррекция исходного текста (при необходимости).
12. Совместная отладка аппаратных средств и программного обеспечения в реальном масштабе времени.
13. Интеграция разработанного изделия.
14. Испытания изделия.

При соответствии готового изделия ранее полученному техническому заданию оно запускается в эксплуатацию, в противном случае разработка повторяется со второго этапа.

Написание программ для микропроцессора. Система команд

Написание программы для микропроцессорного устройства значительно отличается от написания программ для универсального компьютера. В микроконтроллерах операционная система развита слабо или отсутствует вовсе. Написанной программой для микропроцессорного устройства должны решаться задачи, которые на персональном компьютере решаются оператором или операционной системой. Такая программа должна запускаться при включении устройства и работать до тех пор, пока не будет выключено питание.

Примером самой простой программы, которая может решать поставленные задачи, является программа монитора. Алгоритм программы монитора выглядит следующим образом: включение питания, инициализация, сбор данных, обработка данных, обработка ошибок. После включения питания программа настраивает микросхему под выполняемую программой задачу, то есть она определенным образом настраивает соответствующие контакты микросхемы на ввод и вывод информации, включает и настраивает внутренние таймеры микроконтроллера и т. п (инициализация процессора). Основная часть программы выполняется после настройки микроконтроллера. В данном случае необходимо понимать, что, если в аппаратуре ввод, обработка и вывод информации осуществляются различными блоками, то при выполнении программы такие же действия производятся последовательно одним и тем же устройством - микропроцессором.

Для того чтобы обеспечить функциональную полноту типичная программа процессора содержит код команды, который определяет операцию, выполняемую над двумя двоичными числами, включающий до четырех операндов в виде адресов в оперативной памяти. Первые два адреса необходимы для определения местоположения чисел, над которыми выполняется операция. Третий адрес указывает, куда записывается результат операции. Четвертый операнд является следующей командой, к которой переходят после завершения текущей. Если вычислительная система реализовывается непосредственно по приведенным принципам, то в результате получается вычислительная машина с большим объемом требуемой памяти и низким быстродействием. Сократить размер команды можно посредством уменьшения количества адресов, которые задаются в явном виде. В большинстве микроконтроллеров используются одноадресные, что может достигаться за счет: указания следующего адреса только в командах переходов, в других случаях следующая программа выбирается из ячеек памяти, которые следуют после выполненной программы; использование команд с регистром аккумулятором, в котором находится один из операндов, также в нем запоминается результат операции.