Использование MDK-ARM позволяет уменьшить цикл проектирования и существенно сократить время выхода продукта на рынок. MDK-ARM – идеальное средство, стандартизированное для промышленных проектов с развитой системой отладки и поддержкой реального времени.


Интегрированная среда разработки μVision IDE

Интегрированная среда разработки (Integrated Development Environment) µVision IDE фирмы Keil сочетает в себе уникальные возможности: управление проектами, создание отдельных программ, редактирование текста программы, отладку программ, позволяет непосредственно вызывать симулятор или внутрисхемный эмулятор. Редактор и отладчик объединены в одно приложение, что упрощает процесс разработки проекта. μVision проста в использовании и содержит богатый набор опций:

•    Device Database® - интеллектуальная база данных с детальной информацией обо всех контроллерах, поддерживаемых инструментальными средствами Keil. База данных автоматически конфигурирует ассемблер, компилятор C/C++ и компоновщик для выбранного микроконтроллера, генерирует файлы описания регистров, конфигурирует симулятор CPU и периферии, корректирует код инициализации и программные алгоритмы.  Device Database содержит подробные инструкции по конфигурированию, ссылки на другие источники информации и включает более чем 200 ARM микроконтроллеров (полный список этих устройств можно найти на сайте www.keil.com/dd).
•    Project Manager - менеджер проекта, дает методику создания проекта из исходных файлов, различных опций разработки и директорий. Программный проект состоит из большого числа файлов, которые обрабатываются индивидуально. Например, часть файлов подлежит компиляции, а другие следует ассемблировать. При этом достигается простая интеграция различных исходных файлов в проект.
•    Building Projects - менеджер проекта позволяет создавать в одном проекте отдельные файлы для симуляции, отладки с помощью программы-эмулятора и программирования EPROM. Ассемблер и компилятор автоматически генерируют зависимости между файлами и добавляют их в проект. При глобальной оптимизации µVision неоднократно компилирует исходный файл для достижения оптимального использования регистров. Все параметры проекта сохраняются в специальном файле, т.е. компиляция и линковка проекта происходят по нажатию одной клавиши.
•    µVision editor - интегрированный редактор облегчает подготовку исходного текста за счет многооконности, выделения синтаксиса цветом и исправления ошибок в режиме диалога. Редактор настраивается в соответствии со вкусами пользователя. Интерактивная система исправления ошибок позволяет отслеживать ошибки и предупреждения, которые появляются в отдельном окне во время отладки программы. Существует возможность исправления файлов проекта, пока μVision продолжает проверку в фоновом режиме. Номера строк, содержащих ошибку или предупреждение, автоматически обновляются при изменении исходного файла.
•    µVision Utilities - мощные интегрированные утилиты, облегчающие создание проекта: Source Browser - база данных программных символов для быстрой навигации по исходному файлу, Find in Files - полный поиск во всех файлах, PC-Lint - анализ синтаксиса исходного кода , Flash tool - утилиты загрузки flash-памяти и многие другие.
•    On-line help - встроенная система помощи содержит как краткую информацию об использовании программного обеспечения, так и полный перечень руководств пользователя  On-line Manuals

Отладчик-симулятор µVision Debugger

µVision Debugger– это надежный, полнофункциональный отладчик, который позволяет вести отладку программ, написанных на С и ассемблере или в смешанном формате, позволяет делать выбор между симулятором, монитором, JTAG-отладчиком  и внутрисхемным эмулятором.

Полная симуляция включает быструю симуляцию системы команд и встроенной периферии (АЦП, ЦАП, таймеров, UART, CAN, I2C, прерываний, внешних сигналов и I/O) плюс управление. Симуляция предоставляет дополнительные возможности, не достижимые при JTAG отладке: точный временной расчет и детальный анализ исполнения программы при различных параметрах.

•    Breakpoints - задание точек останова осуществляется через результат выражения или обращение к ячейке памяти/ переменной. Для редактирования и просмотра параметров контрольных точек служит окно Breakpoint. Точки останова могут остановить исполнение программы, запустить команду или сценарий отладчика.  
•    Memory & Register - просмотр областей памяти и состояний регистров в специальных окнах. Окно Serial I/O делает наглядной симуляцию последовательного ввода/вывода. µVision предлагает несколько путей для просмотра и изменения переменных и памяти
•    Performance Analyzer - анализатор производительности, фиксирует время исполнения программных модулей. Задавая список модулей для анализа, пользователь получает диаграмму затрат времени на каждую часть программы.
•    Code Coverage - анализатор эффективности кода локализует части программы, к которым редко происходит обращение, что позволяет удалить ненужный код. Анализ эффективности кода осуществляется на уровне С и ассемблера. Подробная статистика: время исполнения, число обращений
•    Logic Analyzer -  логический анализатор осуществляет графический мониторинг аналоговых и цифровых сигналов, внутренних переменных, импульсов на входах / выходах, сигналов JTAG. Анализ временных диаграмм ведется одновременно с трассировкой кода, используется цветной курсор, виден временной отсчет. Анализ кода - отображение в окне анализатора. При несанкционированном доступе в память происходит останов симуляции.
•    Execution Profiler – профилировщик, это новая опция, которая разрешает или запрещает отображать информацию о времени исполнения команд в окне отладки. Помогает оптимизировать текст программы для достижения максимальной производительности.
•    Target Monitor - монитор, обеспечивает прямой интерфейс при отладке программ на плате и легко настраивается на любой микроконтроллер. Отладка ничем не отличается от режима симуляции. Требования к ресурсам микроконтроллера со стороны монитора минимальны.
•    JTAG Interface - поддержка разнообразных опций отладки  через интерфейс JTAG для связи с различными устройствами либо с помощью адаптера USB-JTAG ULINK2 (поддержка ARM, Cortex-M3, XC16x и µPSD), а также отладчиков третьих фирм с ARM RDI (Remote Debugger Interface).
•    Real-Time Agent - это небольшой программный модуль на C (занимает в приложении пользователя около 1500 Bytes), который позволяет вести отладку на лету и не требует остановки системы. Коммуникация осуществляется через адаптер USB-JTAG ULINK2 или ULINK-ME. Отладка на лету позволяет во время исполнения программы осуществить чтение и запись памяти, доступ к переменным, установку точек останова, Serial I/O (printf).
•    Serial Wire Debug  - новый 2-pin интерфейс для процессоров на базе Cortex-M3, который заменяет стандартный интерфейс JTAG, предлагая дополнительно к его возможностям доступ к памяти в реальном времени без останова процессора и какого-либо резидентного кода.  Serial Wire Viewer  использует еще один дополнительный контакт и позволяет просматривать значения переменных и сообщения об отладке при работающем на полной скорости процессоре.
•    ETM Trace – технология трассировки Embedded Trace Macrocell для ARM9 которая позволяет загружать инструкции и данные трассировки из процессора. У ETM есть существенное ограничение – поскольку выводы ETM часто совмещены с другими I/O (например, ADC или GPIO), требуются дополнительные аппаратные затраты. ETM Trace поддерживается устройством трассировки Signum JTAGjet-Trace.

Средства компиляции RealView Compilation Tools

Средства компиляции RealView Compilation Tools состоят из компилятора C/C++, библиотеки Microlib, ассемблера и компоновщика. RealView Compilation Tools для ARM транслирует исходные файлы на C в объектные файлы, которые содержат полную символьную информацию для отладки с помощью µVision Debugger или внутрисхемного эмулятора. Кроме объектных файлов компилятор генерирует файл листинга, который опционально может включать таблицу символов и перекрестные ссылки.

RealView C Compiler (armcc)
•    Одновременное использование команд ARM и Thumb в исходном файле. Режим ARM требуется для обработки прерываний и быстрых алгоритмов обработки сигналов, тогда как режим Thumb обеспечивает минимальный размер кода.
•    Наилучшая из существующих оптимизация кода - позволяет уменьшить объем памяти и сократить потребление за счет повышения производительности при той же тактовой частоте
•    Атрибуты функций, которые обеспечивают доступ к аппаратным ресурсам ARM: o __irq и __fiq - для создания стандартных и быстрых процедур; __swi(id) - процедуры обработки прерываний
•    Фрагменты ассемблера можно вставлять в функции на C с доступом со стороны ассемблера к переменным C, что необходимо для задач обработки сигналов. При ассемблерных вставках поддерживается полная оптимизация программы.
•    Для преобразования аргументов функций автоматически используются регистры CPU.
•    Большинство библиотечных функций и все операции с плавающей точкой могут вызываться из главной программы и из прерываний без специальных схем защиты вызова библиотек.
•    Операции одинарной и двойной точности с плавающей точкой в соответствии с IEEE-754.

MicroLib – высоко оптимизированная библиотека для приложений на C, использование которой сокращает размер системного кода от 50% до 90% по сравнению со стандартной библиотекой. Обе библиотеки MicroLib и ARM Standard Library включены в состав RealView MDK ARM. Основные характеристики MicroLib следующие:
•    Оптимизирована для встраиваемых приложений с жесткими требованиями по объему памяти.
•    Разработана для работы без операционной системы, однако может работать совместно с любой из ОС, например RTX.
•    Минимальные ресурсы для неиспользуемых функций ОС
•    Неиспользуемые функции удаляются из памяти
•    Большинство функций инициализируются в момент вызова
•    Не содержит файлов I/O или wide character support
•    Ряд инструкций выполняется более медленно, чем в Standard Library

RealView Assembler (armasm) - транслирует инструкции ARM и Thumb в объектные файлы, обрабатываемые Linker/Locater или Library Manager и отличается высокой скоростью исполнения, малым объемом кода и четким управлением аппаратной частью.
•    Гибкие директивы классов памяти позволяют создавать переменные и фрагменты программ для всех методов доступа и типов памяти.
•    Поддержка макросов для повторов последовательностей команд.
•    Условное ассемблирование для создания  нескольких приложений из одного исходного файла.
•    Файл листинга включает перекрестные ссылки, дающие детальную символьную информацию об исходном файле.

RealView Linker (armLink) – осуществляет генерацию и оптимизацию кода, объединяет объектные модули ARM, создает исполняемые программы, распознает ссылки и назначает абсолютные или фиксированные адреса для сегментов программы. На выходе линкера - абсолютные объектные модули для загрузки в µVision Debugger или Intel HEX файл для программирования устройств.
•    Увеличение скорости исполнения часто используемых функций без  свойственных вызову функции задержек на изменение параметров и возврат.
•    Глобальная регистровая оптимизация сокращает требуемый объем стека при увеличении скорости исполнения программы
•    Полный листинг, который содержит конфигурацию памяти, входные модули, карту памяти, таблицу символов и перекрестные ссылки.
•    Глобальный листинг генерируемого кода, содержащий информацию о символьном дизассемблировании.
•    Вычисление требуемого размера стека избавляет от проверки стека во время исполнения программы.

При помощи RealView Compilation Tools удается достичь меньшей стоимости системы в целом за счет высокой плотности кода (уменьшает требуемый объем программной памяти) и высокой производительности (позволяет реализовать задачу на более медленном процессоре, снизив потребление энергии).

Библиотека RL-ARM - RealView® Real-Time Library

Одним из наиболее успешных решений операционной  системы реального времени для ARM микроконтроллеров является RealView® Real-Time Library компании Keil (RL-ARM). С помощью операционной  системы реального времени разработчик  получает следующие преимущества: разбиение программы на простые задачи,  модульный принцип построения многозадачных приложений, сокращение затрат времени на разработку и тестирование приложения. Библиотека RL-ARM интегрирована с компилятором RealView, легко конфигурируется для любого ARM микроконтроллера и содержит следующие стандартные компоненты для создания современных встраиваемых систем:

•    RTX Real Time Kernel - полнофункциональная операционная система реального времени RTX Keil, которая осуществляет управление процессорным временем, семафорами (для распределения ресурсов), событиями (для синхронизации задач) и почтовыми ящиками (для связи между задачами). RTX легко настраивается при помощи файла конфигурации.
•    TCP/IP Networking Suite – коммуникационный модуль на базе стека TCP/IP, специально адаптированный для встраиваемых приложений. Он включает в себя TCP и UDP сокеты, PPP и SLIP интерфейсы, DNS, Telnet, TFTP, SMTP,  встроенный Веб-сервер и CGI с защитой паролем. Стек работает как с Ethernet, так и с последовательным интерфейсом (модемом). Сконфигурированные примеры предназначены для работы на нескольких стандартных демонстрационных платах.
•    Flash File System - система, которая позволяет сохранять файлы на Flash, ROM или RAM. Это полезно в решениях, где требуется большое количество памяти для хранения данных или для систем с Интернет -интерфейсами HTTP или FTP.
•    USB Device Interface – драйверы USB, которые позволяет подключать стандартные устройства, такие как HID или Mass Storage.
•    CAN Interface  - в RTX Keil входят библиотеки CAN, которые предоставляют мощный и простой интерфейс для различных контроллеров CAN.

Библиотека RL-ARM создана для решения типовых задач, которые встают перед разработчиком и позволяет:
•    Управлять несколькими заданиями на одном CPU
•    Контролировать время выполнения задачи
•    Осуществлять связь и конфигурировать взаимодействие между различными программами в системе
•    Осуществлять доступ к Internet через Ethernet или последовательное соединение (модем)
•    Реализовать встроенный веб сервер, включающий в себя CGI скрипты
•    Реализовать E-mail через Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).

Программный пакет RealView MDK-ARM включает в свой состав операционную систему RTX, но не содержит полностью библиотеку RL-ARM, которая является самостоятельным программным пакетом.  RL-ARM дополнительно к компонентам, включенным в состав MDK-ARM, содержит исходный код RTX Source Code, Flash File System, TCP/IP Protocol Suite и драйверы USB/CAN.  Однако как RTX, так и RL-ARM полностью интегрированы в MDK-ARM.
Все компоненты MDK-ARM и RL-ARM поставляются как royalty-free, т.е. без дополнительных лицензионных отчислений на каждый создаваемый с их помощью проект. Каждая приобретаемая лицензия позволяет одному инженеру использовать эти программные продукты для неограниченного числа проектов.
Функции RTX описаны на стандартном языке С и компилируются при помощи компилятора RealView. Описание на языке С позволяет легко определять функции задачи без конфигурирования стека и переменных.
Интегрированная среда разработки µVision IDE обеспечивает полную поддержку RTX при отладке и предоставляет информацию о задаче RTX, ее приоритете и состоянии. Эта информация дает понимание работы приложений и показывает очередность и продолжительность исполняемых задач, их переключений и прерываний.
Keil RTX оптимизирована для 32-разрядной архитектуры ARM и имеет следующие характеристики: малое время переключения <5μS, 255 уровней прерываний, до 256 выполняемых одновременно задач, неограниченное число почтовых ящиков и таймеров пользователя. Несмотря на то, что RTX является многофункциональной и мощной системой, ее системные требования невелики: по крайней мере, один таймер, минимум 500 байт ROM и менее 5 Кбайт RAM.


Заключение.
Программный пакет Keil MDK-ARM предлагает реальные преимущества для разработчиков встраиваемых систем. Обеспечение работоспособности системы, создание сложных сетевых решений и совместимость различных компонентов системы теперь становятся интуитивно понятными. Использование MDK-ARM позволяет уменьшить цикл проектирования и существенно сократить время выхода продукта на рынок. MDK-ARM – идеальное средство, стандартизированное для промышленных проектов с развитой системой отладки и поддержкой реального времени.