Mikrokontrolery

Termin "debugowanie" oznacza uruchamianie oprogramowania z wyłapywaniem błędów. Rzadko zdarza się, iż nowo napisany program od razu działa bezbłędnie. Dlatego programiści muszą posiadać różne narzędzia do testowania działania mikrokontrolera z nowym programem. W trakcie testowania wyłapywane są błędy, które następnie programista może poprawić w swoim kodzie. To właśnie jest debugowanie. Słowo "bug" po angielsku oznacza pluskwę, robala. "Debugging" to "odpluskwianie". Termin ten pochodzi z wczesnych lat komputeryzacji. W latach 50-tych XX wieku pewna pani kapitan Marynarki Wojennej USA pracowała na komputerze, który w pewnej chwili przestał działać. Po zdjęciu obudowy okazało się, że jakiś robak zrobił w środku zwarcie. Pani kapitan wyjęła robala, oczyściła miejsce zwarcia i w raporcie napisała, iż "odrobaczyła" komputer. Jako dowód do raportu dołączyła w torebce upieczonego robala :). Termin "debuging" spodobał się i używany jest do dzisiaj.

Debuger (odpluskwiacz) to program uruchomieniowy, który umożliwia wyłapywanie błędów w oprogramowaniu. System debugowania w mikrokontrolerze ATtiny13 posiada następujące cechy:

• Pełne sterowanie przebiegiem wykonania programu
• Emuluje wszystkie wbudowane w układ funkcje, zarówno cyfrowe jak i analogowe, za wyjątkiem końcówki RESET
• Praca w czasie rzeczywistym
• Wsparcie dla debugowania symbolicznego (na poziomie źródłowym języka C lub asemblera, albo innych języków wysokiego poziomu)
• Nieograniczona liczba punktów przerwań programu (przy użyciu programowych punktów przerwań)
• Praca bezinterwencyjna
• Parametry elektryczne identyczne z rzeczywistym mikrokontrolerem
• Automatyczny system konfiguracji
• Praca z wysoką prędkością
• Programowanie pamięci nieulotnych

Wbudowany w mikrokontroler system debugowania debugWIRE używa jednoprzewodowego, dwukierunkowego interfejsu do sterowania przebiegiem programu, wykonywania instrukcji AVR w mikroprocesorze oraz do programowania różnych pamięci nieulotnych.

Gdy zostaną zaprogramowane bit bezpiecznikowy włączający debugowanie (ang. debugWIRE Enable fuse, DWEN) oraz odprogramowane bity blokujące, to aktywuje się system debugWIRE na docelowym mikrokontrolerze. Końcówka portu RESET zostaje skonfigurowana jako końcówka dwukierunkowego portu we/wy z iloczynem montażowym oraz podpiętym opornikiem podciągającym i staje się ona bramą komunikacyjną pomiędzy mikrokontrolerem a emulatorem (dW).

Na poniższym rysunku przedstawiono schematycznie docelowy mikrokontroler z uaktywnionym systemem debugWIRE i połączeniem z emulatorem. Zegar systemowy nie jest modyfikowany przez debugWIRE i zawsze będzie źródłem wybranym przez bity bezpiecznikowe CKSEL.

Przy projektowaniu systemu z wykorzystaniem debugWIRE należy przestrzegać następujących zaleceń:

• Opornik podciągający na linii dW/(RESET) musi posiadać oporność w zakresie od 10kΩ do 20kΩ. Jednakże jest on opcjonalny, ponieważ system wykorzystuje wewnętrzny opornik podciągający w mikrokontrolerze.
• Połączenie końcówki RESET bezpośrednio do V_CC nie będzie działać.
• Kondensatory podłączone do końcówki RESET należy odłączyć przy korzystaniu z debugWire.
• Wszystkie zewnętrzne źródła resetu muszą zostać odłączone.

System debugWIRE obsługuje punkty przerwań (ang. break points) w pamięci programu za pomocą instrukcji BREAK. Ustawienie punktu przerwania w AVR Studio^® spowoduje wstawienie instrukcji BREAK do pamięci programu. Instrukcja zastąpiona przez BREAK zostanie zapamiętana. Gdy wykonywanie programu będzie wznowione, najpierw mikroprocesor wykona zapamiętaną instrukcję. Przerwanie można wstawić ręcznie przez umieszczenie w programie instrukcji BREAK.

Pamięć FLASH musi zostać przeprogramowana po każdej zmianie punktu przerwania. Jest to automatycznie obsługiwane przez AVR Studio poprzez interfejs debugWIRE. Używanie punktów przerwań zużywa w ten sposób pamięć FLASH, która posiada ograniczoną liczbę programowań (około 10.000). Mikrokontrolery używane do celów debugowania nie powinny być odsprzedawane końcowym klientom.

Końcówka komunikacyjna debugWIRE (dW) fizycznie jest tą samą końcówką co zewnętrzny reset (RESET). Z tego powodu w trakcie korzystania z debugWIRE nie jest obsługiwane źródło zewnętrznego resetu.

System debugWIRE dokładnie emuluje wszystkie funkcje we/wy, gdy mikrokontroler pracuje z pełną prędkością, tj. gdy mikroprocesor wykonuje program wewnętrzny. Gdy mikroprocesor zostanie zatrzymany, należy z ostrożnością manipulować niektórymi rejestrami we/wy poprzez debuger (AVR Studio). System debugWIRE jest własnością firmy Microchip/Atmel i współpracuje on tylko z dedykowanymi programatorami, np. AVRDragon, ATMEL-ICE. Dlatego opis protokołu znajdziesz w instrukcji obsługi takiego programatora.

Interfejs debugWIRE jest asynchroniczny, co oznacza, iż debuger musi się zsynchronizować z zegarem systemowym. Jeśli zegar systemowy zostanie zmieniony programowo (np. przez zapis do bitów CLKPS), to komunikacja poprzez linię debugWIRE może zostać zerwana. Również częstotliwości zegarowe poniżej 100 kHz mogą powodować problemy komunikacyjne.

Zaprogramowanie bitu bezpiecznikowego DWEN włącza pracę niektórych elementów systemu zegarowego we wszystkich trybach uśpienia. Spowoduje to zwiększenie poboru energii w trakcie uśpienia. Dlatego bit bezpiecznikowy DWEN powinien być wyłączony, jeśli debugWire nie jest używane.

DWDR – debugWire Data Register – Rejestr danych debugWire

Rejestr DWDR udostępnia kanał komunikacyjny z uruchomionego w mikrokontrolerze programu do debugera. Rejestr ten jest dostępny tylko dla debugWIRE i z tego powodu nie może być wykorzystywany jako rejestr ogólnego przeznaczenia dla normalnych operacji.