UPV-EHU. EUITI e ITT Vitoria-Gasteiz. Ampliación de Sistemas Digitales. Depuración de programas

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1 DEPARTAMENTO DE ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERIA TECNICA INDUSTRIAL E INGENIERIA TECNICA EN TOPOGRAFIA VITORIA-GASTEIZ UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO - EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA Ampliación de Sistemas Digitales José Miguel Gil-García Profesor Asociado de la de Abril 2000

2 Objetivos Se deben conocer las diferentes formas de depuración de programas, así como el significado de términos como Watch, Breakpoint, Inspect etc., relacionados con el desarrollo y depuración (debugger) del software. Introducción Cuando se realiza un programa, se compila, se enlaza exitosamente no significa que el programa haga lo que nosotros queremos que haga. Lo único que significa es que nuestro código fuente cumple las reglas del lenguaje que estamos usando, pero nada más. Lo normal, por muy buen programador que se sea, es cometer errores en el algoritmo. Si se programa el micro, y este no hace lo que debiera hacer, puede ser difícil encontrar el punto donde se ha cometido el error. No podemos ejecutar paso a paso, ni visualizar los valores que tienen los registros... Para poder examinar con detenimiento el funcionamiento de un programa existen varias alternativas: Simulación La primera aproximación que se puede realizar para corregir los errores de un programa es simularlo. En una simulación el programa escrito es interpretado por otro programa que implementa un modelo de la arquitectura del microcontrolador en cuestión, con sus periféricos, registros, zonas de memoria, etc. El simulador lee las instrucciones del programa, las evalúa y cambia el estado de los registros en función de las instrucciones ejecutadas. También es capaz de simular la recepción de señales externas para la activación de los contadores, generación de interrupciones externas, o llegada de caracteres vía serie. Como primera aproximación para determinar la corrección de un algoritmo, un simulador puede ser útil, sin embargo, está limitado porque no tiene en cuenta que el microcontrolador está rodeado de una serie de periféricos que no siempre funcionan como se esperaba. Por ejemplo, si tenemos que leer los datos que un dispositivo pone un puerto, se puede simular la lectura de un byte cualquiera y su posterior tratamiento por el micro. Sin embargo, el simulador no tiene en cuenta si los dos dispositivos son de familias compatibles, o si el tiempo de respuesta del periférico es mayor de lo esperado. En estos casos, la simulación será perfecta, pero el sistema final montado no funcionará. E.U.I.T.I. e I.T.T. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones 1

3 Tarjetas de desarrollo, starter kits o evaluation boards Son tarjetas de bajo coste que incorporan un sistema completo (micro, reloj, memoria, fuente de alimentación) junto con algunos periféricos que pueden sernos útiles para el desarrollo de una aplicación como pueden ser leds, interruptores tipo switch, convertidores AD/DA o controladores de buses de comunicaciones. Incorporan una zona con agujeros en la que se puede montar el resto del hardware que se necesite para el proyecto. Estas tarjetas eliminan el inconveniente del simulador de no contar con la realidad del hardware que rodea al micro simulado. Dichas tarjetas tienen un programa ya grabado previamente en memoria EPROM llamado programa monitor. El programa monitor es un programa que realmente tiene el mando y control de la tarjeta. Ese programa se comunica, por lo general a través de un puerto serie, con otro programa que corre en el PC y que se suele llamar programa host. El programa host da al usuario el interface necesario para visualizar las variables y registros del micro así como para indicar al programa monitor lo que tiene que ejecutar. Por lo general, el host envía al monitor el programa, este lo ejecuta como si fuera parte de una subrutina propia, y cuando acaba devuelve el resultado de las operaciones al host. Este representa en pantalla los cambios y el usuario ve si su código funciona como se esperaba. Aunque eliminamos el inconveniente de no tener en cuenta el hardware que rodea al micro, el uso de tarjetas de este tipo no esta libre de problemas. La convivencia entre el programa del usuario y el monitor sobre la misma placa no es fácil y requiere de algunos sacrificios por parte del programador. Por ejemplo, recursos como el puerto serie que usa el monitor no se pueden usar por parte del programa del usuario; áreas especificas de la memoria (tanto de datos como de programa) están reservadas para el monitor; los vectores de interrupción, normalmente en área EPROM, se redireccionan a zonas de memoria mapeadas con RAM. La imposición de mapeos de memoria o asignación de periféricos a partes del micro diferentes a como nos gustaría en la realidad son otros de los inconvenientes que plantea este tipo de depuración. Por el contrario, a su favor se encuentra el hecho de que se tiene en cuenta el hardware, y que es relativamente rápido construir un prototipo con las características del diseño final, sobre la propia tarjeta. Una vez comprobado que el programa funciona bien con el hardware real, se debe modificar la localización de variables o rutinas de los servicios de interrupción para hacer la prueba sobre un sistema desnudo, sin programa monitor. Para ello puede bastar con reemplazar la EPROM con el monitor por otra memoria con nuestro programa. E.U.I.T.I. e I.T.T. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones 2

4 Emuladores Fig. 1 Tarjeta de evaluación basada en 517 con bus CAN Es la solución más completa y también más cara para el desarrollo de sistemas basados en microprocesador. El emulador es un aparato que se conecta a la tarjeta que se ha desarrollado (target) en el zócalo donde irá el microprocesador, sustituyéndole. Se controla desde un PC, como si fuera una de las tarjeta de desarrollo arriba descritas. Sin embargo, se tiene la ventaja de que se trabaja con el hardware final que se quiere desarrollar, y sin necesidad de modificar el programa ejecutándose tal cual es. Dependiendo de lo que nos gastemos en él, podremos disponer de todos los recursos del micro, o quizá algunos estén también reservados. Además suelen disponer más posibilidades de puntos de ruptura, de uso de memorias, bien del target o del propio emulador, grabación de la traza de los buses, etc.. Fig. 2 Emulador EasyPack de Micetek E.U.I.T.I. e I.T.T. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones 3

5 Términos de la depuración de programas Existen una serie de términos comunes a todas las herramientas de depuración, tanto las basadas en simulación como en emulación. Entre ellas los más comunes son: - Go o Run: Ejecución del programa sin parar hasta llegar a un punto de ruptura. - Stop: Se para la ejecución del programa en el punto en que esté en esos momentos. - Step: Ejecución de una única instrucción. Si se está depurando un programa escrito en C, se ejecutarán todas las instrucciones en ensamblador asociadas a esa línea en C. - Step into: Se ejecuta una instrucción. Si es una llamada a una función (ACALL) se irá a su comienzo. - Step over: Se ejecuta una instrucción. Si es una llamada a una función se ejecutará entera y se parará al volver a la siguiente instrucción que la llamó. Es decir, después de hacer el RET de la función. - Step out: Si se esta dentro de una función, se ejecutan automáticamente todas las instrucciones hasta llegar a la salida de la función. - Breakpoint: Punto de ruptura. Es una dirección del programa que al ser alcanzada durante la ejecución en modo Run, provoca que este se pare. Ahora se pueden examinar los valores de los registros y variables. - Watch: Normalmente se pueden visualizar volcados completos de la memoria de datos. Pero a menudo solo nos interesa ver el contenido de unas pocas posiciones de memoria. Esas posiciones, ocupadas por variables, se pueden visualizar juntas en una ventana aparte. Esas variables son los watches, y la ventana es la ventana de watches. - Inspect: Los watches nos permiten ver, pero no modificar los valores de la variables. Muchas herramientas combinan las dos posibilidades bajo el nombre de inspect. - Call-Stack: Representa la jerarquía de llamadas a subfunciones que se tiene es ese momento. De esta forma se puede seguir la profundidad de la pila en cada momento. - Performance analyzer: Intenta dar una idea de la cantidad de tiempo que se pasa en cada función de un programa. E.U.I.T.I. e I.T.T. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones 4

6 Desarrollo de la práctica Para el desarrollo de la práctica es conveniente tener los apuntes de µvision. Ese entorno trae integrado un simulador llamado dscope. Desde él se puede analizar el correcto funcionamiento del algoritmo que se ha programado, con las limitaciones de todo simulador. Para la realización de la práctica se deben seguir las indicaciones del profesor. Bibliografía - dscope for Windows User s Guide Keil Software E.U.I.T.I. e I.T.T. Dpto. de Electrónica y Telecomunicaciones 5

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