用于在MCU進(jìn)行測(cè)試的編程器/調(diào)試器

　　曾經(jīng)有一段時(shí)間，對(duì)微控制器單元 （MCU） 進(jìn)行編程需要編程工具來加載代碼，需要模擬器來嘗試，調(diào)試器來幫助定位和修復(fù)錯(cuò)誤。今天，復(fù)雜的編程器/調(diào)試器工具以非常經(jīng)濟(jì)的價(jià)格提供更多功能。與集成開發(fā)環(huán)境 （IDE） 一起使用時(shí)，它們?yōu)槭褂脝蝹€(gè)組件更有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程和調(diào)試提供了一種途徑，從而降低了開發(fā)成本并加快了上市時(shí)間。

　　調(diào)試涉及三個(gè)主要元素：IDE、調(diào)試器引擎和程序員/調(diào)試器工具。IDE 在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，??通常包括源代碼編輯器、編譯器和用于常用子例程（驅(qū)動(dòng)程序等）的軟件庫(kù)等元素。調(diào)試器引擎由集成到 MCU 中的調(diào)試電路組成。編程器/調(diào)試器工具與目標(biāo)設(shè)備連接，并在測(cè)試代碼、將性能和故障信息傳遞給開發(fā)人員的過程中對(duì)其進(jìn)行詢問。

　　對(duì) MCU 進(jìn)行編程的基本過程包括首先使用高級(jí)語言（通常是 C 或 C++）開發(fā)代碼，然后編譯代碼。接下來，編程工具將代碼從 IDE 移植到仿真器中，該仿真器旨在模擬 MCU 或 MCU 本身的性能。

　　仿真器提供了一個(gè)生成適當(dāng)輸出信號(hào)的測(cè)試接口，以及一系列復(fù)雜的調(diào)試工具。STMicroelectronics的模塊化STice 系統(tǒng)以高達(dá) 50 MHz 的時(shí)鐘速度模擬其 STM8 MCU。通過對(duì)代碼或數(shù)據(jù)的覆蓋分析，該系統(tǒng)為整個(gè) MCU 內(nèi)存空間提供無限的指令斷點(diǎn)，以及數(shù)據(jù)斷點(diǎn)和具有多達(dá)四級(jí)用戶配置條件的高級(jí)斷點(diǎn)。

　　越來越多的趨勢(shì)是跳過仿真器并將調(diào)試引擎直接集成到芯片本身中。事實(shí)上，STice 系統(tǒng)還通過單線接口模塊 （SWIM） 提供實(shí)際 MCU 的在線調(diào)試/編程。這種轉(zhuǎn)變部分是由于更復(fù)雜的芯片制造技術(shù)，部分是當(dāng)今高速芯片的功能。事實(shí)上，開發(fā)人員經(jīng)常不得不在實(shí)際的 MCU 上進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)槟M器不再能夠充分模擬它們。

　　盡管調(diào)試引擎在控制器上占據(jù)了寶貴的空間，但它可以以驚人的低成本實(shí)現(xiàn)，并且通常不會(huì)對(duì)運(yùn)行造成速度或功率損失。同時(shí)，集成方法提供了多種好處。設(shè)計(jì)用于在 MCU 本身上進(jìn)行測(cè)試的編程器/調(diào)試器的成本可能比仿真器低 4 到 20 倍。他們還可以加快上市時(shí)間。開發(fā)人員無需遵循測(cè)試和實(shí)施的兩步過程，而是可以在生產(chǎn)中看到的相同硬件上執(zhí)行所有測(cè)試和調(diào)試，這種方法可以最大限度地減少問題和延遲的可能性。如果開發(fā)團(tuán)隊(duì)在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，他們可以開發(fā)解決方案，將新固件部署到目標(biāo)設(shè)備中，并使其快速啟動(dòng)并運(yùn)行。

　　也許最重要的是，開發(fā)人員所見即所得。使用仿真器時(shí)，測(cè)試版本可能無法完全反映實(shí)際芯片的性能。通過將調(diào)試器引擎直接集成到芯片中，開發(fā)人員可以放心，他們?cè)诰幊踢^程中看到的性能正是他們?cè)诎l(fā)布期間將遇到的性能。

　　選擇正確的調(diào)試器

　　不同的微控制器和編程器/調(diào)試器具有不同的功能和復(fù)雜程度。Microchip Technology的PICkit 3 編程器/調(diào)試器例如，允許用戶定義硬件斷點(diǎn)并根據(jù)內(nèi)部事件（如數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭牖蚨褩Ｒ绯觯┙帱c(diǎn)（圖 1）。它還可以監(jiān)視內(nèi)部文件寄存器。該工具提供 512 KB 的 EE 程序映像空間。它還具有真正的電壓基準(zhǔn)，電壓范圍為 1.8 至 5 V VDD（1.8 至 14 V VPP）。

　　圖 1：設(shè)置用于調(diào)試的 PICkit 3 編程器 / 調(diào)試器。該圖顯示了內(nèi)部保護(hù)電路。（由 Microchip Technology 提供。）

　　MPLAB ICD 3的復(fù)雜性更上一層樓，可容納以最高速度運(yùn)行的處理器，并能夠整合 I/O 端口數(shù)據(jù)輸入。

　　STMicroelectronics 與 Raisonance 合作，為其選定的 MCU 提供STX-RLINK評(píng)估套件。該工具由 Ride7 IDE 驅(qū)動(dòng)，提供高達(dá) 32 KB 代碼的在線調(diào)試，并支持 SWIM、在線通信 （ICC） 和聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)組 （JTAG） 協(xié)議。該軟件還允許將其用于某些 MCU 的在線編程。

　　更復(fù)雜的工具可以提供數(shù)據(jù)捕獲，允許用戶在 IDE 中實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)變量的變化。調(diào)試器引擎可以提供復(fù)雜的斷點(diǎn)，使開發(fā)人員不僅可以定義代碼執(zhí)行的停止點(diǎn)，還可以定義其他細(xì)微之處，例如在子例程重復(fù)一定次數(shù)后暫停執(zhí)行，然后系統(tǒng)可以詢問寄存器并將輸出發(fā)送到 IDE。在其他情況下，引擎可以捕獲硬件跟蹤，顯示芯片的輸出信號(hào)和各種指令序列。

　　Microchip 的MPLAB REAL ICE例如，直接連接到目標(biāo) MCU 的在線仿真器系統(tǒng)可以以 10 KB/s 的速率記錄指令執(zhí)行和可變內(nèi)容，用于 4 MHz、16 位內(nèi)核。用戶可以選擇使用設(shè)備 I/O 端口的流式并行跟蹤或使用 SPI/UART 的流式串行跟蹤。探頭驅(qū)動(dòng)器具有保護(hù)電路，可防止目標(biāo)產(chǎn)生的電涌損壞。對(duì)于要求苛刻的應(yīng)用，低壓差分信號(hào) （LVDS） 可在長(zhǎng)達(dá) 3 米的距離內(nèi)提供高速、低噪聲的電導(dǎo)率。

　　調(diào)試器可以將面包屑放入代碼中以允許跟蹤，然后發(fā)出代碼已到達(dá) A 點(diǎn)、B 點(diǎn)、C 點(diǎn)等的信號(hào)。這種方法允許開發(fā)人員跟蹤代碼流并檢查子程序的正確執(zhí)行，讓用戶更深入地挖掘代碼，更容易發(fā)現(xiàn)問題。

　　借助多種可用選項(xiàng)，您可以輕松找到具有適合您應(yīng)用程序的功能集的編程器/調(diào)試器工具。重要的是要注意，該領(lǐng)域的術(shù)語往往有些流動(dòng)——一些工具被稱為編程器，但也被稱為調(diào)試器，其他工具被稱為仿真器/調(diào)試器，但連接到目標(biāo)設(shè)備以運(yùn)行代碼。在其他情況下，仿真器可用于調(diào)試實(shí)際芯片。請(qǐng)密切注意數(shù)據(jù)表，以確保您獲得所需的性能。