计算机开发系统品质评价及提高透明性的研究

摘要：随着现代社会的发展，单片机的发展也随着社会的发展有了更加进一步的深化，并且在研制单片机系统的技术上也有了一定的发展。单片机系统的发展已经不只是在裸机环境下的开发和应用，全系列的单片机上已经被运用了大量的嵌入式操作系统。高端的单片机如掌上电脑和手机核心处理还可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。本文主要是对单片机系统开发的功能类型和单片机系统开发的研制技术进行深入研究和分析。

关键词：计算机；开发系统；品质评价；透明性

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 11-0000-02

目前，超大规模的集成电路的最新进展就是制成了单片微型计算机，它主要是将CPU与外围芯片，如程序存贮器、数据存贮器、串行口、并行口、定时器/计数器，甚至还包括A/D、D/A、PWM、EPLD等部件都集成在一个芯片上。在过去是计算机专业人员垄断工业控制工程计算机应用的时代，现在随着单片机的出现，非计算机专业的广大工程技术人员在计算机应用技术方面有了新的开始。单片机的发展使之形成了一代新型的工程应用技术，这是通过结合可编程逻辑器件而形成的，这一创新性的技术为以后工程技术人员的工作提供了有利的条件。虽然单片机本身是一台具备各种配置的微型计算机，可是单片机还不能够独立开发的能力，要想实现单片机的最终系统设计的目标，就需要借助一些开发软件。随着现代社会的发展，单片机的发展也随着社会的发展有了更加进一步的深化，并且在研制单片机系统的技术上也有了一定的发展。单片机系统的发展已经不只是在裸机环境下的开发和应用，全系列的单片机上已经被运用了大量的嵌入式操作系统。高端的单片机如掌上电脑和手机核心处理还可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。本文主要是对单片机系统开发的功能类型和单片机系统开发的研制技术进行深入研究和分析。

一、单片机开发系统主要分类

现在的单片机主要是对SoC嵌入式系统的独立开发。寻求应用系统在芯片上的最大化解决办法是MCU阶段发展的重要因素；所以，专业单片机的发展就形成了SoC化的趋势。对于SoC的单片机应用系统设计来说，微电子技术、IC设计、EDA工具的发展对其发展起到了很大的作用。所以，可以分别从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统来理解单片微型计算机。

（一）普及型

普及型开发系统也可以称为简易型的系统开发。是一种结构比较简单的单片机开发装置，并且具有独立完成应用系统的开发任务。普及开发系统不仅具有键盘显示、监控系统、仿真电缆，而且还具有能与IBM-PC和兼容机相联接，能够独立完成用户目的的系统开发，还配备了比较全面的组合开发软件，与此同时，还能够连接系统机，并结合组合软件实现系统机的系统开发软件的目的。通过这些来完成一个单片机完整的系统开发升级。这种类型不仅结构简单，价格也比较低廉，而且操作方便。

（二）专用型

专用型开发系统是单片机计算机系统的专用开发系统。它是一种能够用在一般计算机上的外围设备配置。如CRT、硬盘或软盘驱动器、通用键盘、打印机、逻辑分析卡等。这些配置都功能都比较完善、并配有高级语言，但是价格比较昂贵。

（三）模拟型

模拟型开发系统是一种需要运用一些相关软件才能够进行系统开发的系统软件。在系统开发的过程中，与在硬件用户系统上没有任何的关系。这是一种必需结合一些模拟开发软件利用在一般的计算机上进行的单片机目标系统硬件、软件以及外部事件和对运行状态的模拟，来实现用户开发系统的全过程。实际上来说模拟开发系统是一个仿真开发系统，只是一个软件包而已，并没有其他的开发装置，仅仅是要购置软件，这种系统的成本远远低于一般普及型开发的系统，只是占有一般的IBM-PC机。但是也具有一定的问题，现在使用这种模拟开发系统的用户还比较少，在硬件系统上还不能够进行诊断和起到实时仿真的效果。

二、对单片机开发系统的评价

在研制单片机目标系统过程中，作为目标用户系统研制工具的单片机开发系统，必需具备以下作用：设置一个具有稳定、能重复排错的调试环境；利用建立的基本断点，从而达到目标系统收集信息或者在断点前后运行系统的信息；可以通过出借仿真器的资源来构造虚拟的目标系统，也就是说对目标系统进行软件和硬件工作环境的模拟；对已经存在的硬件环境进行直接仿真；对EPROM写入和读入具有较强的校验功能；能够对多种软件进行操作，如汇编、反汇编、全符号化、动态调试及文件存贮等；不占用用户系统开发仿真活动中的任何资源。

用户引入了在线仿真开发系统具有一定的透明性，在对目标系统进行设计、调试的过程中，由于引入在线仿真器对调试目标系统时出现的障碍程度。在功能或者是电气上的理性开发系统都应该具有透明性。用户目标系统在利用开发系统进行在线仿真活动时，对目标系统的电气规范不做任何改变，如驱动能力、电容时序、时钟频率及阀值等，就是电气上的透明性。要想获得电气上的完全透明性是十分不容易的，也可以说是基本上是无法实现的。在功能上又具有透明性，其实是说能够进行全速实时仿真，简单的说来就是最终目标系统的运行速度和仿真运行速度相一致。在全速运行的系统中还能够发现一些隐藏性的问题。在仿真活动中还能够发现另外一个透明性的因素，用户目标系统的资源不被开发系统所占用，如地址空间、中断源等。在用户使用开发系统设计目标系统时，用户设计以及调试运用低透明的开发系统会给其目标系统带来很大的不便，所以就要求必须记住哪些资源是不能使用的。如果在开发系统时，占用了一些资源，就会发生一些冲突，所以在开发系统时不能使用或者重新設计修改方案，为了达到单片机开发系统的水平，就必需解决开发系统的透明性问题。

三、提高开发系统透明性的相关对策

（一）变换地址译码

变换地址译码是在运用单片机上的电复位时，进行对地址译码的控制，从而实现地址变换，还可以利用执行监控程序，实现地址译码系统的正常运行，使得监控程序的首址和用户系统的首址发生的冲突性问题得到解决，进而更好的实现了系统功能的透明性。为了实现这种技术，就要求合理设计复位电路，还用利用内部复位以及片外上的电复位的时差，从而实现地址上的可靠切换。在通常状况下，需要经历两个过程才能够实现单片机的内部复位：第一，振荡器和电源电压的平稳工作；第二，硬件初始化以及将取指首地址压入PC的实现。还需要经历两个过程才能够实现外部复位上的电复位：第一，为了激励片内复位从而产生必要的电压；第二，利用在上电时的跳变信号的RC电路或者是一些其他的器件，实现稳定值的恢复，为下一次的复位做好准备。

（二）切换状态

切换状态实际上是对CPU读写线程序进行控制，实现在不同的运行状态下完成不同运行程序的读取，并把这两个不同的程序状态放在不同的寻址空间上。状态切换法师一种简便和使用的技术。虽然CPU只有一个寻址空间，但是在对CPU存贮器的片选上需要通过设置状态指示器来进行控制，把只对一个空间寻址的CPU变成至少对两个，或者更多的空间进行寻址。必需通过以下几个方面才能够实现状态的切换：

第一，用户程序运行由完成系统程序的切换。必需通过运用程序运行到首地址并且装入PC中才能够实现程序的运行，在一般情况下都是利用返回性指令，如实现RET、RETI等。在进行系统开发时，必需对返回性质的指令进行鉴别才能够实现硬件机构的切换，从而完成在这条指令结束后的切换为状态指示器。

第二，系统程序由用户程序的切换。当达到一定条件时，利用某种特定的操作来实现CPU程序的转向，通过利用切换硬件机构，从而实现在CPU执行程序前的转台指示器的变更指示操作。

第三，完成系统访问仿真存贮器的临时切换。在开发系统时，为实现读或写的操作，必需利用用户系统的存贮空间的内容，与此同时，还要做出临时改变系统的状态，从而实现读或写信号对存贮空间的有效性。只有实现了以上三种切换方式，就能够实现用户寻址空间的全透明。

（三）用户寄存器映象

虽然实现了寻址空间的透明，但是并没有解决系统程序对CPU片内寄存器的占用。对于CPU的寄存器的各功能来说，在服务于系统程序的同时，还要服务于用户程序，为了解决资源使用发生的沖突问题，必需要实现一个用户寄存器的映像空间。在系统程序空间内设立一个用户使用的寄存器模型成为用户寄存器映象空间。当退出用户状态程序时，利用这种模型与CPU各寄存器之间的相互对应，达到每个正在使用的寄存器的信息被装入到映像区内。在区域内容被装入到真正的CPU寄存器中也就是所说的进行对用户寄存器读或写的实际操作，使之达到再进入用户的状态。为了解决系统程序和用户程序共享的CPU寄存器资源发生的冲突，必需要利用简历的用户寄存器映像，从而进一步实现开发系统的透明性。

四、结论

综上所述，要想更好的实现单片机的开发系统应用，就必需实现其透明性，这也是最为关键的一个问题。实现单片机开发系统的透明性，具有十分重要的意义。

参考文献：

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[作者简介]朱晖（1983-），江西南昌，助理工程师，江西省质量技术监督局信息中心；甘丛芳（1981-），江西南昌，讲师，南昌大学科学技术学院。

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