Средства программирования AVR Studio 4

AVR Studio4 — новая профессиональная интегрированная среда разработки (Integrated Development Environment — IDE), предназначенная для написания и отладки прикладных программ для AVR микропроцессоров в среде Windows 9x/NT/2000. AVR Studio4 содержит ассемблер и симулятор, позволяющий отследить выполнение программы. Также IDE поддерживает такие средства разработки для AVR как: ICE50, ICE40, JTAGICE, ICE200, STK500/501/502 и AVRISP.

AVR Studio4 — это интегрированная отладочная среда разработки приложений для микроконтроллеров AVR компании Atmel.

AVR Studio4 содержит :

• 1. Средства создания и управления проектом;
• 2. Редактор кода на языке ассемблер;
• 3. Транслятор языка ассемблера (Atmel AVR macroassembler);
• 4. Отладчик (Debugger);
• 5. Программное обеспечение верхнего уровня для поддержки внутрисхемного программирования (In-System Programming, ISP) с использованием стандартных отладочных средств Atmel AVR.

Работа с AVR Studio4 начинается с создания проекта. При создании проекта необходимо указать используемый микроконтроллер и платформу, на которой будет производиться отладка программы.

Написание программы производится в окне редактора текста программы. Для использования символических имен регистров специального назначения вместо их адресов необходимо подключить (директива .include) к проекту файл определения регистров специального назначения (например, m16def. inc для ATmega16). Включаемые файлы входят в прикладное программное обеспечение AVR Studio4 и при инсталляции помещаются в папку Appnotes в директории установки AVR Studio4. Примеры программ доступны в большом количестве в качестве приложений к руководствам по применению микроконтроллеров AVR.

Написание программы в AVR Studio4 производится на языке ассемблер. Система команд микроконтроллера описана в упомянутых выше руководствах по применению в документе AVR Instruction Set либо в файле справки, встроенном в AVR Studio (меню Help AVR Tools User Guide AVR Assembler), в котором содержатся достаточно подробные комментарии к каждой команде.

Последние версии AVR Studio4 содержат тестовую версию AVR ассемблера второй версии, который в дополнение к стандартному ассемблеру поддерживает новые директивы ассемблера, Си — подобные директивы препроцессора, создание переменных определенного типа. Более подробную информацию можно найти в файле справки.

Перед трансляцией программы можно задать установки проекта (меню Project AVR Assembler Setup), указать необходимый формат выходного файла. Там же возможно установить использование AVR ассемблера 2-ой версии. Так как вторая версия ассемблера проходит стадию тестирования, то по умолчанию он отключен. Если не требуется каких-либо особых настроек, то можно использовать установки по умолчанию.

В результате трансляции создается выходной файл в указанном формате. Если исходный ассемблерный текст содержал сегмент энергонезависимых данных (объявленный директивой .eseg), то при трансляции будет создан также файл с расширением .eep. Этот файл содержит данные для внутренней EEPROM микроконтроллера и имеет тот же формат, что и выходной файл.

Если в результате трансляции не выдается сообщений об ошибках, можно приступать к отладке проекта.

Отладчик AVR Studio поддерживает все типы микроконтроллеров AVR и имеет два режима работы: режим программной симуляции и режим управления различными типами внутрисхемных эмуляторов (In-Circuit Emulators) производства фирмы Atmel. Важно отметить, что интерфейс пользователя не изменяется в зависимости от выбранного режима отладки.

Отладочная среда поддерживает выполнение программ, как в виде ассемблерного текста, так и в виде исходного текста языка Си, загруженного в объектном коде.

После загрузки объектного кода производится выбор отладочной платформы и используемого микроконтроллера. При отладке с использованием внутрисхемных эмуляторов, микроконтроллеры, поддержка которых не осуществляется, автоматически подсвечиваются серым. После загрузки проекта система готова к старту отладки .

Управление отладкой производится командами меню DEBUG, ибо соответствующими иконками на панели управления AVR Studio4.

Пользователь может выполнять программу полностью в пошаговом режиме, трассируя блоки функций, или выполняя программу до того места, где стоит курсор. В дополнение можно определять неограниченное число точек останова, каждая из которых может быть включена или выключена. Точки останова сохраняются между сессиями работы.

В AVR Studio4 для отладки программы предусмотрены две команды пошагового режима: Step Over и Trace into. Разница между ними в том, что при выполнении команды Step Over выполнение подпрограмм происходит до полного окончания без отображения процесса выполнения. К командам шагового режима также относится команда Auto Step.

С помощью команд пошагового режима можно проследить изменения значений в переменных, регистрах ввода/вывода, памяти и регистрового файла. Для этого предназначены раздел I/O рабочей области AVR Studio4 (см. картинку), окно Watch (меню Debug Quickwatch).

Интегрированная среда разработки AVR Studio4 также поддерживает просмотр (меню View Memory) ячеек памяти программ, памяти данных, EEPROM и регистров портов ввода/вывода в ходе исполнения. Выпадающее меню диалогового окна позволяет выбрать один из четырех массивов ячеек памяти: Data, IO, Eeprom, Program Memory. Для одновременного просмотра нескольких областей окно Memory может быть открыто несколько раз. Информация в диалоговом окне может быть представлена в виде байтов или в виде слов в шестнадцатеричной системе счисления, а также в виде ASСII — символов.

В процессе отладки пользователь может инициализировать внутреннее ОЗУ или EEPROM микроконтроллера (например, данными, содержащимися в полученном при трансляции файле .eep), или сохранить содержимое ОЗУ и EEPROM в виде файлов в формате Intel Hex (меню File -> Up/Download Memory).

Помимо шагового режима, возможна отладка программы с использованием точек останова (меню Breakpoints -> Toggle Breakpoint). Командой Start Debugging запускается исполнение программы. Программа будет выполняться до остановки пользователем или до обнаружения точки останова.

Работая с программным симулятором пакета AVR Studio4, следует помнить, что он пока не поддерживает некоторые режимы работы микроконтроллеров AVR и их периферийные узлы:

• 1. Аналого-цифровой преобразователь
• 2. Аналоговый компаратор
• 3. Режим часов реального времени.
• 4. Режим пониженного энергопотребления (инструкция «sleep» интерпретируется программным симулятором как «nop»).

Для наблюдения за работой программы можно открыть несколько окон, отображающих состояние различных узлов микроконтроллера. Окна открываются нажатием соответствующих кнопок на панели инструментов или при выборе соответствующего пункта меню View. Если в процессе выполнения программы в очередном цикле значение какого-либо регистра изменится, то этот регистр будет выделен красным цветом. При этом, если в следующем цикле значение регистра останется прежним, то цветовое выделение будет снято. Такое же цветовое выделение реализовано в окнах устройств ввода/вывода, памяти и переменных.

Состояние встроенных периферийных устройств микроконтроллера, а также состояния программного счетчика, указателя стека, содержимого регистра статуса SREG и индексных регистров X, Y и Z отображено в окне I/O Window. В этом окне отражаются все функциональные блоки микроконтроллера. Любой блок может быть раскрыт нажатием на его значок. При раскрытии блока в окне отражаются адреса и состояния всех его регистров и отдельных, доступных для модификации, битов. Каждый доступный для модификации бит может быть установлен или сброшен как программой по ходу ее исполнения, так и пользователем вручную (указав курсором мыши нужный бит и, щелкнув левой кнопкой мыши, пользователь может изменить значение бита на обратное), а в режиме программной симуляции это является способом имитации входного воздействия на микроконтроллер.

Другим способом задания входного воздействия на микроконтроллер в режиме симулятора является использование внешних файлов входных воздействий. Формат файла входного воздействия очень прост:

• 0:00
• 39:01
• 40:00
• 9 999 999 999:FF

Здесь значение, указанное после разделителя ": «- это шестнадцатеричное представление сигналов, воздействующих на порт микроконтроллера. Значение, указанное до разделителя — это десятичный номер цикла (с момента сброса микроконтроллера), в котором указанное воздействие поступает на выводы порта микроконтроллера. Файл входного воздействия должен заканчиваться строкой с заведомо большим номером цикла, в противном случае будет выдано сообщение об ошибке. Для подключения файла входного воздействия служит пункт меню Debug Options в разделе Stimuli and Logging.

В открывшемся окне нужно указать порт микроконтроллера, на который нужно подавать воздействие, и файл этого воздействия. Пользователь может создавать файлы воздействий, а также записывать изменения значений на выходах портов микроконтроллера в файл (формат этого файла тот же, что и у файла входных воздействий).

Для записи служит функция Logging. В открывшемся окне нужно указать порт микроконтроллера и имя файла для записи. Записываемый файл будет удаляться и создаваться вновь при каждом выполнении сброса микроконтроллера (Debug > Reset). Подключать файл входного воздействия или задавать имя файла для записи пользователь должен сам при каждом запуске симулятора.

Следует отметить, что AVR Studio имеет очень мощную встроенную документацию как по использованию AVR Studio4, так и по использованию стандартных отладочных средств, производства компании Atmel.