Эмуляторы электронных цепей
при анализе микропроцессорных устройств.
Субин А.А., к.т.н., доцент
При изучении и последующей работе с базовыми
устройствами микропроцессорной техники необходимо понимать суть происходящих физических
процессов. Это позволяет не только ясно представлять картину внутренних
процессов, но также понимать влияние и роль параметров устройств при их
разработке, последующей интеграции и эксплуатации.
Вследствие ненаглядности протекания внутренних
процессов, эмуляция электрических сигналов на основе законов физики является
одним из единственных средств проектирования для данного класса устройств. Для
нашего обзора будем рассматривать лишь ту группу прикладных программ, которые
кроме самой эмуляции простых законов электрических цепей имеют как базовый
набор электрических компонент (резисторы, конденсаторы и пр.), так и уже
готовый к использованию набор схем реализации базовых устройств
микропроцессорной техники – триггеры, логические элементы и пр.
Существуют два класса подобных программ. Первый класс
относится к промышленным экземплярам и позволяет работать с ограниченным
набором устройств конкретного изготовителя (Renesas, Samsung, Motorola). Также к этому классу относится спектр программ
широкого назначения, имеющие дополнительные компоненты от изготовителей для
проведения эмуляций и проектирования. Данный класс программ отличает их направленность
на скорейшее получение результата: отладка программ микропроцессорных путем ее
исполнения на эмуляторе и дальнейшая запись в промышленные образцы. Ни о какой
наглядности процессов тут и речи быть не может, т.к. решаемый круг задач
другой. Хотя при этом точность и корректность проведения эмуляции наиболее
высока, т.к. от этого напрямую зависит точность и корректность последующей
работы спроектированного и запрограммированного реального образца.
Для получения наглядного представления о внутренних
процессах внутри устройств более подходит второй класс программ. Это так
называемые учебные симуляторы, позволяющие наглядно и с достаточной степенью
корректности воспроизводить процессы в элементарных микропроцессорных
устройствах. Зачастую этого достаточно для получения как общего представления
логики работы, так и принципов внутренней работы элементарных микропроцессорных
устройств. Именно данный класс программ мы и будем рассматривать.
Как правило, перечень данных программ достаточно
широк. Алгоритмы известны, принципы реализации тоже – все зависит только от
желания и возможности конкретных разработчиков курсов или учебной литературы провести
более качественную работу по визуализации. Как пример покажем программу
эмуляции логических элементов для книги Computer
Science: An Overview [1]. Эмулятор реализован как java-апплет с размещением
на странице авторов. Интерфейс хоть и выглядит достаточно просто, но позволяет
реализовать базовый функционал формирования и демонстрации работы устройств на
основе логических элементов (рис.1):
Рис.1. Эмулятор имитации логических цепей.
Более функциональным инструментом является следующий пример
эмулятора Logisim [2]. Он реализован
с помощью java-технологии в виде отдельно распространяемого файла. В эмуляторе
имеются достаточно широкий базовый набор элементов, позволяющий формировать
широкий спектр микропроцессорных устройств: логика, арифметика, устройства
памяти, устройства ввода-вывода (рис.2).
Рис.2. Пример эмуляции простейшего устройства с
помощью Logisim.
Рассмотренные несколько примеров представляют лишь
верхушку большого количества эмуляторов. Их преимуществом является наглядность,
простота и бесплатность использования и распространения. Именно этого и
достаточно для использования в процессе изучения и анализе базовых
микропроцессорных устройств.
Используемые
ссылки
1. http://wps.aw.com/aw_brookshear_compsci_8/18/4636/1187049.cw/index.html