Аппаратно-программные средства компании Hitex для ARM микроконтроллеров STMicroelectronics

В статье производится обзор основных возможностей и характеристик аппаратно-программных средств компании Hitex для семейств 32-разрядных Flash-микроконтроллеров компании STMicroelectronics, разработанных на основе ядра ARM.

Архитектура ARM — одна из самых распространенных в мире архитектур 32-разрядных микропроцессоров и важная составляющая современных разработок «систем на чипе» (SoC). В настоящее время SoC с встроенным процессорным ядром ARM7 или ARM9 выпускаются в самых разных вариантах различными производителями полупроводниковых компонентов. В таких SoC применяется встроенный в кристалл центральный процессор с внутренними шинами, что требует сложных отладочных средств для программирования и тестирования.

Компания Hitex является стратегическим партнером STMicroelectronics. Комплексом технических средств Hitex поддерживается архитектура микроконтроллеров ARM и встроенный модуль трассировки макроячейки (ETM), а также предоставляются все необходимые средства для профессиональной разработки продуктов ST на основе ядра ARM.

Наряду с доступностью аппаратно-программных средств для разработчиков важное значение имеет доступность документации на новые компоненты, в первую очередь, по особенностям их программирования. И здесь неоценимую помощь разработчикам могут оказать «Инженерные введения…» для серий ARM микроконтроллеров ST, подготовленные специалистами Hitex (The Insider’s Guide To The…) [1–3].

Эти уникальные, ориентированные на практику книги включают систематическое введение в фундаментальные особенности новых микроконтроллеров. Помимо познания архитектуры и команд центрального процессора читатель постепенно осваивает команды и примеры для того, чтобы быстро начать развитие своего проекта с ARM-микроконтроллерами компании ST.

Каждая книга состоит из пяти глав. В первой главе рассматривается архитектура и система команд ядра микроконтроллера ARM. Вторая глава посвящена описанию программного обеспечения и его использованию для написания программ на Си для ARM-микроконтроллеров. Изучив первые две главы, читатель осваивает процессор и средства его развития. В третьей главе описывается порядок использования периферийных системных устройств ARM-микроконтроллеров. Здесь раскрывается системная архитектура микроконтроллера и даются указания по установкам кристалла для повышения его производительности. В четвертой главе рассматриваются встроенные периферийные устройства пользователя и порядок их конфигурации для прикладного кода. В каждой главе приводятся различные примеры с исходным кодом. Каждый из приведенных примеров подробно описывается в пятой главе, посвященной обучающим упражнениям.

Обучающая программа содержит листинг исходного кода для каждого упражнения, которые поэтапно рассматриваются для важнейших аспектов применения микроконтроллера. Все упражнения базируются на применении аппаратно-инструментального комплекта развития Hitex для данного микроконтроллера в составе из оценочной платы, JTAG-отладчика и ARM компилятора Си из комплекта программных инструментальных средств.

Insider’s Guides могут использоваться как обучающие программы и справочные руководства. Их можно загрузить бесплатно в формате PDF с вэб-сайта Hitex (www.hitex.com) или с сайта STMicroelectronics (mcu.st.com).

Рассмотрим кратко состав и основные возможности аппаратно-программных средств, предлагаемых компанией Hitex. Инструмент входного уровня Tantino для ARM7-9 обеспечивает допуск программного обеспечения для отладки управления работы центрального процессора через интерфейс JTAG. Профессиональное инструментальное средство Tanto для ARM c дополнительным модулем Tanto PortTrace для захвата трассировки поддерживает комплексный анализ хода программы и ее быструю загрузку.

Для разработчиков, которые желают перейти от 8- и 16-разрядных микроконтроллеров к ARM-микроконтроллерам, а также для разработчиков, которые желают ознакомиться с архитектурой ARM, компания Hitex предлагает стартовые комплекты. Они представляют недорогой способ освоения новых ARM-проектов и имеют в своем составе полнофункциональную интегрированную среду проектирования HiTOP5 IDE Hitex, GNU компилятор Си, документацию и симулятор системы команд ARM HiSIM. Перечень аппаратно-программных средств для ARM-микроконтроллеров, поставляемых компанией Hitex, представлен в таблице 1.

Все стартовые комплекты для ARM-микроконтроллеров (рис. 1) содержат все необходимое для установки первого ARM-проекта и ознакомления с архитектурой ARM.

В состав пакета входят руководство для легкого и быстрого начала работы, оценочная плата от Hitex, GNU компилятор, симулятор ARM, отладчик Tantino Hitex и примеры исходных кодов программ.

При инсталляции с CD на компьютер полнофункциональной IDE HiTOP5 Hitex разработчик получает следующие инструменты и возможности для развития и отладки:

• администрирование проекта;
• язык сценариев HiSCRIPT;
• интеллектуальное управление ресурсами;
• отладка языков низкого и высокого уровня (HLL) с C/C++;
• поддержка обратного ассемблирования ARM и Thumb-команд;
• быстрое программирование флэш-памяти;
• быстрая загрузка программ с реальной скоростью перемещения данных до 130 кбайт/с (зависит от тактовой частоты центрального процессора и JTAG);
• поддержка аппаратных точек останова;
• неограниченное число программных точек останова.

В составе стартового комплекта есть все необходимое для работы с операционной системой Windows и использования USB-порта персонального компьютера:

• отладчик JTAG Tantino для ARM7-9;
• оценочная плата для ARM с микроконтроллером STMicroelectronics STR710F, STR730F или STR750F;
• руководство для быстрого начала работы;
• инсталляционный CD, на котором находятся:
• HiTOP5 IDE для Windows (совместимая со всеми средствами Hitex);
• GNU компилятор Си (бесплатный);
• примеры программ;
• электронное руководство пользователя;
• симулятор системы команд для ARM — HiSIM;
• источник питания;
• кабели для JTAG и источника питания;
• программное обеспечение с ограничением размера программного кода для ARM до 16 кбайт.

Запустить проект на микроконтроллере ARM7 или ARM9 можно с помощью только одного компактного и недорогого отладочного интерфейса-адаптера Tantino для ARM7-9 (рис. 2). Им поддерживаются все средства отладки: точки останова, контрольные точки, пошаговая работа, просмотр регистра и памяти. Совместно с HiTOP5 IDE и средой Windows обеспечивается возможность компиляции и отладки приложения, включая поддержку RTOS. Основные технические характеристики Tantino следующие:

• поддержка процессорных ядер ARM7, ARM9 и ARM9E со встроенной логикой EmbeddedICE для отладки ;
• JTAG-интерфейс для связи с поддерживаемой целевой системой при ее питании напряжением от 1,8 до 5,0 В и тактовой частотой JTAG до 24 МГц;
• интерфейс USB1.1 для связи с хост-компьютером;
• не требуется внешнего источника питания (питание через USB);
• удобства управления: запуск-останов, одношаговая и многошаговая работа, точки останова и контроля;
• быстрая загрузка программы со скоростью перемещения данных до 130 кбайт/с (в зависимости от частоты ЦП и JTAG);
• быстрое программирование флэш-памяти для поддержки ARM-микроконтроллеров с внутренней флэш-памятью и внешних устройств флэш-памяти;
• отладка языка высокого уровня C/C++ с HiTOP5 IDE;
• поддержка обратного ассемблирования ARM и Thumb-команд;
• поддержка встроенных аппаратных точек останова;
• поддержка до 32 программных точек останова;
• отображение стека вызовов языка высокого уровня (HLL) (с локальными переменными и параметрами вызова);
• интерпретируемое отображение содержания регистра специальных функций (SFR);
• поддержка популярных ARM-компиляторов;
• поддержка большинства популярных RTOS для ARM;
• поддержка сопроцессора, кэша и MMU.

В комплект поставки Tantino для ARM7-9 входят:

• JTAG-отладчик Tantino для ARM7-9;
• CD с HiTOP5 IDE для Windows (совместимая среда для всех средств Hitex) и электронное руководство пользователя;
• кабели JTAG и USB;
• лицензия HiTOP для ARM;
• поддержка Hitex.

Для каждой серии ARM-микроконтроллеров ST компания Hitex поставляет оценочные платы. Все оценочные платы для ARM от Hitex имеют необходимое аппаратное оборудование для разработки начальных проектов с ARM-микроконтроллерами. Например, оценочная плата для серии STR73xx микроконтроллеров ST (рис. 3) содержит:

• STR730FZ2 микроконтроллер в корпусе TQFP144 с:
• 256 кбайт флэш-памяти;
• 16 кбайт памяти RAM;
• 3×CAN-интерфейс;
• 2×I2C-интерфейс;
• 3×BSPI-интерфейс до 6 Мбайт/с;
• 10×16-разрядный таймер с функцией сбора-сравнения;
• 4×UART;
• 16 канальный 10-разрядный АЦП;
• Watchdog и часы реального времени;
• 112 портов I/O;
• RS-232 драйвер ST3232EC с разъемом 2×9-pol D-Sub;
• CAN-драйвер SN65HVD230 с разъемом 2×9-pol D-Sub;
• драйвер светодиодов для 7 сегментов LED;
• кварц 8 МГц;
• кнопочные переключатели Reset и INT;
• I2C-датчик температуры LM75;
• зуммер, связанный с выходом ШИМ (через драйвер);
• JTAG-разъем на 20 контактов;
• другие внешние компоненты.

С появлением новой серии микроконтроллеров ST на основе ядра ARM966E-S компания Hitex сразу же предложила свой комплект отладочных средств для начала работы с ними (рис. 4). Его состав, возможности и характеристики почти не отличаются от рассмотренных выше. Оценочная плата данного комплекта (рис. 5) имеет следующие характеристики и возможности:

• STR912FW44x микроконтроллер в корпусе LQFP128, содаржащий:
• 32-разрядное ядро ARM966E-S с тактовой частотой 96 МГц;
• 512+32 кбайт флэш-памяти;
• 96 кбайт SRAM;
• 10/100 Ethernet MAC;
• полноскоростное устройство USB2.0;
• интерфейс CAN 2.0B;
• 8/16-разрядный интерфейс внешней памяти;
• 80 портов I/O;
• таймеры и другие периферийные устройства;
• поддержка для внутренней 512+32 кбайт флэш-памяти и 96 кбайт ОЗУ;
• поддержка одного порта 10×100 Ethernet;
• поддержка одного порта USB-B;
• поддержка одного порта RS-232;
• поддержка одного датчика температуры LM75 по интерфейсу I2C;
• два небольших 7-сегментных светодиода, закрепленных за штырьками порта;
• площадка для разъема ЖК-индикатора (соединяемого по интерфейсу SPI);
• один потенциометр для входа АЦП;
• 6 кнопочных переключателей для reset, IRQ и штырьков порта;
• кварцы на 32,768 кГц и 25 МГц;
• монтажные штырьки для 64 портов IO микроконтроллера (без штырьков для Ethernet);
• конфигурация портов, рестарт и др. осуществляется через джамперы;
• поддержка JTAG-отладчика с JTAG-разъемом;
• поддержка порта трассировки с площадкой под разъем Mictor;
• разъем для контроллера асинхронного электродвигателя;
• свободная область монтажных штырьков;
• разъем внешнего источника питания для 7–9 В, 200 мА;
• 4-слойная печатная плата размером 100×110 мм алого цвета Hitex Red.

В последнее время, в связи с повсеместным распространением компактных USB-устройств, производители микроконтроллеров и отладочных средств для них начали выпускать ручные недорогие оценочные устройства с питанием через USB-порт компьютера, которые имеют вид стержня или миниатюрного пенала. К таким устройствам относится и новое оценочное средство для семейства микроконтроллеров STR9-comStick (рис. 6). Несмотря на малые размеры и дешевизну, это устройство обладает достаточно широкими возможностями. Пользователю достаточно вставить STR9-comStick в USB-порт компьютера, чтобы получить доступ и возможность работы с встроенным веб-сервером, USB-мышью, монитором и генератором CAN, управлять ШИМ, проводить измерения с АЦП и управлять портами ввода/вывода микроконтроллера. Встроенный GUI позволяет изменять свойства имеющихся приложений устройства, а также получать информацию по программированию и отладке микроконтроллера STR9. Книга Insiders Guide для STR9 поможет освоить центральный процессор и периферию.

В комплект этого устройства входят:

• STR9-comStick с микроконтроллером STR912, содержащим:
• RISC-ядро ARM966E на 96 МГц;
• 512+32 кбайт флэш-памяти и 96 кбайт RAM;
• 10/100 Ethernet MAC;
• полноскоростной USB, CAN и UART;
• VIC, таймеры, порты I/O, ШИМ, АЦП и набор другой периферии;
• JTAG-отладчик USB;
• интерфейс UART с приложением через разъем USB;
• GUI, который управляет имеющимся приложением;
• HiTOP IDE и отладчик для программирования и отладки флэш-памяти;
• HiSIM симулятор системы команд ARM;
• GNU ARM-компилятор;
• книга Insider’s Guide STR912;
• все исходные коды приложений, в том числе:
• встроенный веб-сервер;
• USB-мышь;
• контроллер вектора прерываний и таймер;
• АЦП и порты I/O;
• CAN-монитор и генератор;
• библиотека STR9 от STMicroelectronics;
• инструкции по быстрому началу работы и полная документация;
• ссылки на обновление через Интернет, ответы на вопросы и другая информация.

В качестве интерфейса пользователя при работе с аппаратными средствами применяется интегрированная среда разработки HiTOP5 компании Hitex.

Самой последней версией этой среды является HiTOP 5.20, в которой используется современный графический интерфейс пользователя (GUI). Кроме того, добавлены новые функции:

• поддержка кэша и сопроцессора для ARM 9;
• неограниченное число программных точек останова флэш-памяти для проектов с ARM;
• обновление по ходу с отладчиками ARM;
• фиксация исключительного события и вспомогательное решение для ARM;
• запоминание и извещение системы информацией без Outlook;
• автоматическое обновление встроенного ПО для систем Tantino;
• контекстно-зависимые справочные данные;
• расширение IDE;
• отображение локальных структур в смотровом окне;
• режим сборка/разборка (Assembly/Disassembly) ARM Thumb-команд;
• обновление окон с активацией дополнительного кэша;
• функция моментальной трассировки для TantoPT ARM;
• подключение без выключения для ARM-систем;
• улучшена процедура инсталляции.

IDE HiTOP5 под Windows для всех инструментальных отладочных средств от Hitex поддерживает компиляторы для программирования ARM, которые представлены в таблице 2.

Литература

1. The Insider’s Guide To The ARM STR71x. An Engineer’s Introduction To The STR71x Series. Hitex (UK) Ltd. February 2006.
2. The Insider’s Guide To The STR73x ARM7 Based Microcontroller. An Engineer’s Introduction To The STR73x Series. Hitex (UK) Ltd. April 2006.
3. The Insider’s Guide To The STR91x ARM9 Based Microcontroller. An Engineer’s Introduction To The STR91x Series. Hitex (UK) Ltd. June 2006.