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