Ambiente di sviluppo MPLAB IDE. Come scrivere un programma per microcontrollore e provarlo

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1 Ambiente di sviluppo MPLAB IDE Come scrivere un programma per microcontrollore e provarlo

2 MPLAB IDE (Integrated Development Environment) È un software per sviluppare applicazioni su microcontrollori della Microchip. È chiamato IDE, ovvero ambiente integrato di sviluppo, perché costituisce un ambiente unico per produrre codice da usare con microcontrollori embedded.

3 Che cosa è un sistema embedded? È un sistema che fa uso di un microcontrollore (un semplice sistema a microprocessore), alcune periferiche, più altra circuiteria supplementare, tutto sullo stesso chip.

4 Che cosa è un sistema embedded? Il microcontrollore è conglobato (embedded) ad altri dispositivi elettronici o meccanici, in modo da ottenere circuiti di controllo a basso costo.

5 Microcontrollori nel mercato Nel mercato dell'elettronica i microcontrollori rappresentano una percentuale altissima (99%). In una automobile BMW ci sono circa 70 microcontrollori.

6 Esempio: semaforo gestito da 16F84

7 Differenze fra microcontrollore e sistemi a microprocessore complessi (P.C.) Il microcontrollore è dedicato ad un'unica specifica applicazione (task) mentre i P.C. possono funzionare con diversi tipi di programmi ed essere collegati a molti dispositivi esterni. Il microcontrollore viene costruito in modo più economico, poichè contiene la potenza di calcolo e l hardware minimi per eseguire la sola task dedicata.

8 Progettare un sistema embedded con MPLAB IDE Le fasi di sviluppo del microcontrollore: 1. Progettazione ad alto livello. 2. Scrittura, Compilazione (o Assemblaggio) e link del codice macchina (firmware). 3. Test del codice. 4. Trasferimento (burn) del codice sul microcontrollore e verificare la correttezza.

9 Ciclo di sviluppo È il processo di scrittura dell applicazione, perché nella maggior parte dei casi non si riesce a passare dal progetto all implementazione in una fase unica. Spesso il codice viene scritto, verificato e modificato più volte in modo da produrre un applicazione che funziona correttamente.

10 Ciclo di sviluppo

11 MPLAB IDE Componenti integrati Project Manager Editor Assemblatore/Compilatore, Linker e Language Tools Debugger Simulatori

12 Project Manager È un sistema che organizza i file da editare in modo tale che, eventualmente assieme ad altri file, siano forniti al Language Tool per l assemblaggio o la compilazione e alla fine al Linker.

13 I Language Tools - 1 Sono programmi cross-assemblatori o cross-compilatori. Si differenziano dai compilatori classici (Visual Basic o Visual C) in quanto producono codice che funziona su un microprocessore diverso da quello del sistema dove funzionano.

14 Compilatori e Cross-compilatori Pentium Visual C Dev C++ Build Codice per Pentium Pentium Crosscompila tore Build Codice per microcontrollore 16F877

15 I Language Tools - 2 Un altra caratteristica dei Language Tools per sistemi embedded è che prestano particolare attenzione all uso della memoria. Infatti, minore è il codice prodotto minore è la memoria necessaria, e quindi il costo: utilizzano tecniche per l ottimizzazione e il miglioramento del codice.

16 I Language Tools - 3 Dimensione programmi su PC: Molti MByte anche per programmi poco complessi. Dimensioni programmi su PIC: Normalmente pochi Kbyte o anche meno In sistemi di medie dimensioni dai 32 ai 64Kbyte per funzioni abbastanza complesse Raramente alcuni Mbyte per memorizzare ampie tabelle, messaggi di testo per l utente o data logging.

17 Il Linker Mette insieme i frammenti di codice creati dall assemblatore o dal compilatore nelle appropriate aree di memoria del microcontrollore, facendo in modo che i diversi moduli funzionino assieme (ovvero siano "linked, collegati). L operazione intera è detta project build. Con MPLAB project manager, tutte le operazioni del Language Tool sono integrate con tutte le altre operazioni attraverso il processo di build.

18 Il Debugging - 1 In un ambiente di sviluppo, l esecuzione del codice viene verificata mediante il debugger: 1. Software che simula le operazioni del microcontrollore per testarle (Simulatore) 2. Hardware particolare per analizzare l esecuzione del programma nell applicazione.

19 Il Debugging - Simulatori Il simulatore è un debugger software con funzioni quasi identiche ai debugger hardware. Il programma può essere testato senza necessità di alcun hardware supplementare. L esecuzione è più lenta rispetto a quella reale sul microcontrollore. Nel caso dell MPLAB IDE ci sono molti simulatori per ciascun PIC o dspic.

20 Il Debugging Hardware Ci sono due tipi di hardware usabili con MPLAB IDE: 1. Programmatori 2. Debugger Hardware

21 Il Debugging Programmatori Il programmatore serve per trasferire il codice macchina dal PC alla memoria interna del microcontrollore. Una volta programmato il PIC verrà montato nell applicazione e, si spera, funzionerà come progettato (difficile!).

22 Il Debugging Programmatori Problema: Nella maggior parte dei casi il codice non funziona esattamente come previsto, per cui il progettista dovrà rivedere il programma originale e modificarlo in modo da farlo funzionare come desiderato: processo di debugging.

23 Il Debugging Programmatori Una volta programmato il PIC, molte altre cose entrano in gioco. Usando solo il programmatore il codice può essere cambiato, riprogrammato nel microcontrollore e rimesso nell applicazione per un nuovo test. l operazione è molto laboriosa specie se il codice è complesso e non è facile capire esattamente cosa c è che non va nell hardware.

24 Debugger Hardware A questo punto un debugger hardware semplifica notevolmente le cose. Possono essere di due tipi sostanzialmente: 1. Emulatori in-circuit 2. Debugger in-circuit

25 Emulatori in-circuit Usano un hardware specializzato al posto del microcontrollore.

26 Debugger in-circuit Usano microcontrollori particolari con caratteristiche di debugging incorporate nel chip (tipo quelle dei simulatori).

27 La Programmazione del PIC Dopo che l applicazione è stata debuggata e fatta girare nell ambiente di sviluppo, è necessario provarla per proprio conto. Il dispositivo viene programmato con un in circuit debugger o con un programmatore (caso nostro).

28 MPLAB IDE MPLAB IDE è configurato per le funzioni di programmatore, quindi il microcontrollore può essere burned e l applicazione osservata nel suo stato finale. Alcune applicazioni possono essere programmate addirittura dopo che il chip è stato saldato sullo stampato.

29 ICSP (In Circuit Serial Programming) Usando gli ICSP, il firmware può essere programmato all atto della costruzione, permettendo revisioni del programma nell applicazione embedded in tempi successivi al suo ciclo di vita.

30 MPLAB ICD 2 I dispositivi che supportano l in-circuit debugging possono essere estratti dopo la costruzione e tramite il software MPLAB ICD 2 effettuare test di qualità e sviluppare nuove versioni di firmware.

31 MPLAB IDE Componenti supplementari Compiler Language Tools: MPLAB C17, MPLAB C18 e MPLAB C30 Hi-Tech, IAR, microengineering Labs, CCS, e Byte Craft Programmers PICSTART Plus, PRO MATE II, MPLAB PM3 e MPLAB ICD 2 In-Circuit Emulators MPLAB ICE 2000 e MPLAB ICE 4000 In-Circuit Debugger MPLAB ICD 2

32 MPLAB IDE Fasi di lavoro Select Device Create Project Select Language Tools Put Files in Project Create Code Build Project Test Code with Simulator

33 1ª fase Select Device (Selezione PIC) Scelta tipo di PIC Led verde: supporto completo Led rosso: supporto non disponibile

34 2ª fase Creare il Project Il Wizard consente all utente di eseguire tutti i passi necessari alla creazione del Progetto. New crea solo il file di progetto vuoto, tutto il resto deve essere inserito in seguito.

35 3ª fase Selezione Language Tools Se il programma del tool non è disponibile viene evidenziata una crocetta rossa Il tools che useremo noi (PCCLite)

36 4ª fase Dare il Nome al Project (.mcp) Nome Cartella dove è salvato il progetto

37 4ª fase Aggiungere Files nel Project il file viene copiato nella cartella di progetto Finestra dove si possono scegliere i file da inserire nel progetto (.asm,.c,.obj,.lib etc) Pulsanti per aggiungere o togliere file dal progetto Finestra che compare una volta creato il progetto (simile a Visual C 6.0)

38 4ª fase Cartella Project e Tipi di File Gli header file (.h,.inc) non vengono usati durante la costruzione del progetto ma servono solo come documentazione e per una visualizzazione rapida del loro contenuto

39 5ª fase Creazione Codice Ovviamente si può usare qualsiasi editor di testo e aggiungere il file nel progetto Consente di aprire la finestra di editing dei file integrata in MPLAB IDE

40 6ª fase Build Cancella tutti i file intermedi.obj,.hex, file di debug del progetto attivo Costruisce il programma eseguibile compilando/assemblando tutti i file Costruisce il programma eseguibile compilando/assemblando solo i file che sono stati modificati dall ultima operazione di build

41 6ª fase Build (.cof) Finestra di output dell opzione Build:

42 7ª fase Simulatore: Selezione Selezione del simulatore da usare fra quelli a disposizione (quelli in grigio non sono attivi) Una volta selezionato il simulatore compaiono ulteriori opzioni (zone dello slide successivo)

43 7ª fase Simulatore: Menu

44 7ª fase Simulatore: Comandi debugger Esegue una istruzione del programma. Nel caso di codice assembly esegue una istruzione (a ciclo singolo o multiplo) e poi si ferma. Nel caso di codice C esegue una linea di codice (corrispondente a una o più istruzioni assembly) e poi si ferma. Come la precedente ma se usata in corrispondenza di una CALL (assembly) o di una funzione (C) esegue tutta la subroutine e poi si ferma all istruzione o linea successiva alla chiamata. Se siamo già dentro una subroutine la esegue tutta sino alla fine e poi si ferma all istruzione o linea successiva alla chiamata.

45 7ª fase Simulatore: Watch - Special Function Register Si attiva selezionando ViewWatch Aggiunge all elenco un SFR Viene visualizzato indirizzo, nome simbolo e valore

46 7ª fase Simulatore: Watch - Select variable Aggiunge all elenco un simbolo presente nel programma (ad es. un nome di variabile) Viene visualizzato indirizzo, nome simbolo e valore

47 7ª fase Simulatore: Watch Bitfield Mouseover (singoli bit del registro) Passando con il mouse sopra il nome del simbolo compare una finestra con i valori dei singoli bit Cliccando con il tasto di destra del mouse sulla finestra di watch posso attivare l opzione Bitfield Mouseover per gli SFR

48 7ª fase Simulatore: Watch Altre possibilità Cliccando col tasto di destra sulla intestazione della colonna posso aggiungere alla finestra ulteriori rappresentazioni del simbolo

49 7ª fase Simulatore: StepWatch Finestra dove compaiono i tempi reali di esecuzione delle istruzioni Finestra per la configurazione del clock del processore

50 7ª fase Simulatore: Breakpoint Per inserire un breakpoint il modo più semplice è posizionarsi sulla linea del programma e cliccare due volte velocemente con il mouse. Comparirà un cerchietto rosso con una B bianca. È possibile anche posizionarsi sulla linea del programma e cliccare sul tasto destro del mouse. Comparirà un menu a tendina dal quale si potrà inserire il breakpoint.

51 7ª fase Simulatore: Breakpoint In questo caso a livello di linguaggio C il breakpoint verrà evidenziato con un cerchietto giallo e una B nera Il breakpoint si può inserire, sempre con le stesse modalità, anche a livello di linguaggio assembly disponibile in ViewDisassembly Listing

52 FINE PRESENTAZIONE Questa presentazione è stata estrapolata dall'i.t.p. Roberto Bianchini dai manuali di MPLAB IDE della MicroChip. Il software può essere scaricato gratuitamente dal sito della MicroChip.