[发明专利]一种微控制器实时数据传送装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于嵌入式系统的软件开发调试的数据传送装置及方法。

背景技术

嵌入式系统目前在社会经济各个领域有着广泛的应用，微控制器通常是嵌入式系统的核心部件，常见的微控制器有PIC系列、MSP430系列、基于ARM（Advanced RISC Machines）构架的微控制器、融合了DSP（Digital Signal Processing）的微控制器等等。在嵌入式系统的研发中，软件的开发占有越来越重要的地位，而在软件开发中，调试是十分关键的步骤。对微控制器常用的调试方式有：指令集模拟器、驻留监控软件、JTAG仿真器和在线仿真器。指令集模拟器可让用户在计算机上完成部分简单的调试，但由于指令集模拟器与真实的微控制器硬件环境相差很大，因此用户还需在真实硬件环境下完成进一步的开发调试。驻留监控软件是一段运行在目标微控制器上的程序，通过以太网口、并行端口、串行端口等通讯端口与集成开发环境中的调试软件进行交互，可以完成一般的调试任务；驻留监控软件不需要任何其他的硬件调试和仿真设备，但对目标微控制器硬件设备的要求较高，同时它占用目标微控制器上的一部分资源，不能对程序的全速运行进行完全仿真。JTAG仿真器通过微控制器芯片的JTAG边界扫描口与微控制器内核进行通信，无需目标微控制器的存储器和任何端口；集成开发环境配合JTAG仿真器价格便宜，连接方便，是目前采用最多的一种调试方式。在线仿真器使用仿真头完全取代目标系统上的微控制器内核，提供更加深入的调试功能，但这类仿真器设计复杂，价格比较昂贵，通常用在微控制器的硬件开发中，在软件的开发中较少使用。

对于高实时性（μs级）嵌入式系统软件的调试，其中一个重要问题是得到程序全速运行时程序变量的实时数据以分析系统运行状态，寻找设计缺陷，这就要求调试系统不占用系统资源且能完整记录大量程序变量的实时数据。指令集模拟器无法模拟真实硬件环境；驻留监控软件占用系统资源，影响高实时性程序运行效率；JTAG仿真器无法完整获取高实时性程序运行时产生的大量实时数据，在线仿真器价格昂贵且操作复杂，不适用于软件的开发调试。

发明内容

基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是要提出一种微控制器实时数据传送装置及方法，以获得高实时性（μs级）微控制器程序的实时运行数据，从而进行嵌入式系统软件的开发调试。

本发明的一种微控制器实时数据传送装置，包括调试目标、协议转换器和调试主机三部分组成。

调试目标包含一个运行被调试程序的微控制器，即，目标微控制器，目标微控制器带有SPI接口，且SPI接口具有DMA（Direct Memory Access）通道。DMA通道可以将内存中的程序变量实时数据由SPI接口送出，这样不占用目标微控制器的运行资源。

协议转换器包含一个微控制器，即中继微控制器，中继微控制器带有SPI接口和以太网通信模块。以太网通信可使大量实时数据的传送不受限制。

调试主机为一台计算机，计算机带有以太网卡。

调试目标与协议转换器之间通过SPI接口相互连接，协议转换器与调试主机之间依此通过以太网通信模块、以太网、以太网卡连接。

本发明的一种微控制器实时数据传送方法为：调试目标内存中所需程序变量的实时数据经DMA通道由SPI接口发送到协议转换器，协议转换器将接收的数据进行协议转换，并通过UDP/IP协议经以太网传送到调试主机，调试主机处理数据后显示给用户并保存数据为文件。

其步骤如下：

A.调试目标设置程序配置目标微控制器的SPI接口，将此SPI接口设为主机模式，同时设定时钟速率、时钟极性、时钟相位、数据帧长度；随后，设置程序配置目标微控制器的SPI接口的DMA通道，使内存中某段地址，即为存放需要获得实时数据的程序变量的地址的数据按需要的频率经DMA通道由SPI接口送往协议转换器；这样也就实现了程序变量实时数据的送出，且由于此送出过程由DMA通道完成，因此不占用被调试程序运行资源。设置程序在被调试程序执行前运行完毕，目的是不与被调试程序争夺运行资源。

B.转换器程序配置中继微控制器的SPI接口，将此SPI接口设为从机模式，同时设定与目标微控制器的SPI接口相同的时钟速率、时钟极性、时钟相位、数据帧长度；随后，转换器程序配置以太网通信模块，使之符合UDP/IP协议的要求；转换器程序运行时不断将从SPI接口接收的数据进行协议转换后由以太网通过UDP/IP协议送往调试主机。