Entwicklungssysteme

Jede Systementwicklung mit einem vorhandenen Mikroprozessor (MPU) oder Mikrocontroller (MCU) erfordert den Einsatz von Entwicklungssystemen. Sie sind Werkzeuge, die von Entwicklungsingenieuren bei der Implementierung von Software oder Hardware eingesetzt werden. Sie unterstützen das Testen und das Debugging eines Designs und auch seine Entwicklung und den Support. Entwicklungssysteme erleichtern dem Entwickler die Implementierung, Verifizierung und das Debugging für das System, an dem gearbeitet wird.

In jedem Entwicklungssystem gibt es den Begriff des Ziels. Ein Ziel ist das, worauf die Software oder Hardware (im Fall einer programmierbaren Logik) betrieben wird. Bei diesem Ziel kann es sich um die eigentliche Hardware- oder Softwareumgebung handeln, in der das Design betrieben wird, oder um eine Hardware- oder Softwaremaschine, die die Umgebung emuliert.

Für den Fall, dass das eigentliche Endziel in einem Design verwendet wird, haben viele Systeme spezielle Schnittstellen eingebaut, die den Zugang ermöglichen. Dazu zählen physikalische Schnittstellen wie JTAG, die mittels einer Technik, die Grenzpfadabtastung genannt wird, den Zugriff auf die Subsysteme und Ein- und Ausgänge des Mikroprozessors ermöglichen. Auch physikalische Debug-Module können in eine MPU oder MCU eingebaut werden. Dies ermöglicht es, die internen Register zu lesen und aktualisieren, die Befehlszähler zu inkrementieren und adressieren und auf die Datenbusse zuzugreifen. Normalerweise kann auf den Speicher zugegriffen werden und Subsysteme wie der interne Cache können zusätzliche Schaltkreise aufweisen, die das Profiling des Codes während der Laufzeit unterstützen.

Wenn die eigentliche Hardware nicht verfügbar ist, dann werden Entwicklungskits von Herstellern und Drittentwicklern erstellt. Dabei handelt es sich um allgemeine Plattformen, die es Entwicklern erlauben, Entwürfe zu erstellen, während sie hauptsächlich auf einer dem endgültigen Ziel ähnlichen Plattform arbeiten. Es existieren Hardwareplattformen für die meisten Zielsysteme, darunter auch für Mikroprozessoren und programmierbare Logikbausteine.

Geht es um die Entwicklung von MPUs selbst, haben Entwickler die Möglichkeit, das Gerät auf Logiksimulatoren zu simulieren. Dies sind Programme, die die Hardwarebeschreibungssprache interpretieren, den Entwurf durch eine Anzahl an Stimuli testen und die Resultate ausgeben. In manchen Fällen können Teams Hardwaredesigns auf eine programmierbare Logikplattform herunterladen, um sie zu testen, meist mit langsameren Taktraten als das finale Produkt.

In Softwareentwicklungssysteme sind Simulatoren integriert, die das Zielsystem emulieren. Sie können aber auch In-Circuit-Emulatoren (ICEs) enthalten, also physikalische Verbindungen für das Debugging. Wird mit einer höheren Programmiersprache (z. B. C) gearbeitet, können Debugging-Umgebungen die zugrunde liegende Assemblersprache anzeigen und den Status von Variablen und dem Speicher überwachen. Virtuelle Maschinen können verwendet werden, um den Computer des Entwicklers vom Design abzukoppeln, und das richtige Betriebssystem anzusteuern.

Entwickler schreiben auch Algorithmen, die in mathematischen Modellierungsprogrammen wie Matlab getestet werden können. Mathematische Modelle können erweitert werden, um ganze Systeme zu emulieren (z. B. Simulink).

Entwickler von Schaltkreisen haben die Gelegenheit, verpackte analoge Schaltkreise wie SPICE und physikalische elektromagnetische Simulationen zu testen. Diese Werkzeuge können mit echten Messsystemen verbunden werden, um Daten über Leistungseigenschaften zu erhalten, und die Modellerstellung zu verbessern.