🎅🏻 🧦 🐾 क्यों माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामर के लिए वेरिलॉग भाषा 🦌 🦕 🏈

कई बार मैंने इस लेख को लिखना शुरू किया और इसे फेंक दिया। उन्होंने इसे फेंक दिया क्योंकि विषय, यह मुझे लगता है, कुछ हद तक विवादास्पद है। मैंने जो साइकिल का आविष्कार किया है वह कुछ हास्यास्पद और हास्यास्पद लग सकता है और आम तौर पर पूरी तरह से सही नहीं है। हालांकि ...

सामान्य तौर पर, यह मुझे लगता है कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास के क्षेत्र में, जैसा कि यह था, कई अतिव्यापी दुनिया। उदाहरण के लिए, माइक्रोकंट्रोलर्स पर आधारित उपकरणों का विकास होता है और समानांतर में FPGAs पर आधारित उपकरणों का विकास होता है। इन microcircuits के संचालन के सिद्धांत मौलिक रूप से भिन्न हैं और जिन सिद्धांतों और विकास विधियों का उपयोग किया गया है, प्रोग्रामिंग और डीबगिंग भाषाएं बिल्कुल समान हैं। बेशक, मौलिक आधार का चुनाव कार्य पर अत्यधिक निर्भर है। हालांकि, यह पहले से ही स्पष्ट है कि ये दुनिया, माइक्रोकंट्रोलर की दुनिया और FPGAs की दुनिया शायद ही ओवरलैप होती है। शायद तकनीक के जंक्शन पर कुछ है?

सामान्य तौर पर, मैं खुद FPGAs को पसंद करता हूं और यहां तक कि FPGA ब्लॉग में भी भाग लेता हूं, हालांकि, हाल ही में हमारी कंपनी ने STM32 माइक्रोकंट्रोलर के आधार पर एक डिवाइस का विकास किया है। दरअसल, जो मुख्य समस्याएं हमें मिलीं, वे पूरी तरह से तकनीकी नहीं थीं, बल्कि संगठनात्मक थीं।

तथ्य यह है कि डिवाइस के विकास पर संपन्न समझौते के बावजूद और डिवाइस के लिए अधिक या कम समन्वित तकनीकी विशिष्टताओं की उपस्थिति के बावजूद, ऐसा हुआ कि हर हफ्ते ग्राहक नए विचारों, आवश्यकताओं, विचारों और इच्छाओं के साथ आया। बेशक, हम उन्हें नरक में भेज सकते हैं, लेकिन हमने फैसला किया कि हम धैर्य रखने की कोशिश करेंगे और फिर भी हम इस परियोजना को पूरा करेंगे।

मुख्य संगठनात्मक समस्या - नियंत्रक नियंत्रण एल्गोरिथ्म को बदलने के लिए बहुत सारे अनुरोध थे और वे अक्सर बहुत विरोधाभासी थे। इसके अलावा, ग्राहक खुद निश्चित नहीं था कि उसे कैसे काम करना चाहिए और यह भी समझ में नहीं आया कि वह यह सब कैसे जांचेगा। ऐसा कहना अधिक सटीक होगा। ऐसे प्रबंधक हैं जो अपनी इकाई में एक निश्चित नियंत्रक रखना चाहते हैं। नियंत्रक और इकाई के पास क्या विशिष्ट कार्य होने चाहिए, प्रबंधकों को स्वयं ठीक से नहीं पता है और आवश्यकताओं को एक एकल इंजीनियर द्वारा तैयार किया जाना था, जो डिवाइस की संचालन क्षमता की जांच करने वाला था। नियंत्रक के संचालन को सत्यापित करने के लिए इंजीनियर के पास अपना तरीका नहीं है, क्योंकि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ कोई अनुभव नहीं है।

यहाँ एक उदाहरण है। स्टैंडबाय मोड में, जब नियंत्रक बस स्टार्ट बटन को दबाए जाने की प्रतीक्षा करता है, तो हमारे नियंत्रक को दिन में एक बार 10 सेकंड के लिए तरल पंप करने वाले पंप को चालू करना होगा। यह पंप ग्रंथियों की खटास के खिलाफ एक प्रकार की सुरक्षा है। जब मैं पूछता हूं; "आप इस फ़ंक्शन की जाँच कैसे करेंगे" - वे जवाब देते हैं कि "कोई रास्ता नहीं"। निजी तौर पर, मैं सदमे में हूं। बेशक, हम "त्रुटियों के बिना" कार्यक्रम लिखने की कोशिश करते हैं, लेकिन मुझे लगता है कि प्राप्त करने वाले पक्ष को किसी तरह जिम्मेदारी साझा करनी चाहिए, उनके परीक्षण का संचालन करना चाहिए, आदि।

इसके बाद, मैं मामले के तकनीकी पक्ष पर आगे बढ़ूंगा।

हमने तय किया कि हमें किसी प्रकार के माइक्रोकंट्रोलर सॉफ्टवेयर परीक्षणों की आवश्यकता है।

आमतौर पर सॉफ्टवेयर की दुनिया में इकाई परीक्षण की ऐसी अवधारणा है। और सिद्धांत रूप में, यह तकनीक कुछ हद तक माइक्रोकंट्रोलर कार्यक्रमों के लिए उपयुक्त है। वर्तमान में, माइक्रोकंट्रोलर्स के कार्यक्रम अक्सर सामान्य सी भाषा में लिखे जाते हैं, इसलिए सामान्य रूप से यूनिट परीक्षणों के साथ कोई समस्या नहीं होनी चाहिए। हालांकि ... माइक्रोकंट्रोलर में यूनिट परीक्षणों के साथ सब कुछ आसानी से जांचा नहीं जा सकता है।

आंतरिक हार्डवेयर उपकरणों जैसे कि टाइमर, डीएमए चैनल, सीरियल पोर्ट, इंटरप्ट, और इसी तरह की प्रोग्रामिंग से जुड़ी हर चीज - इसके लिए समस्याएं हैं। डिबगिंग के लिए, यह आस्टसीलस्कप लेने का समय है और इनपुट और आउटपुट पर माइक्रोकंट्रोलर सिग्नल प्राप्त होते हैं। सामान्य तौर पर, यह मापने के लिए कि कितना समय रुकावट प्रसंस्करण लेता है एक अनावश्यक कार्य नहीं है। और यह सही है।

यूनिट परीक्षणों के साथ एक और अति सूक्ष्म अंतर है। यह मुझे लगता है कि सॉफ्टवेयर की पारंपरिक इकाई परीक्षण डेटा-उन्मुख है। खैर, वह यह है कि आमतौर पर यूनिट टेस्ट प्रोग्राम फ़ंक्शन के इनपुट के लिए अलग-अलग अपेक्षित डेटा बचाता है और फिर जांचता है कि संसाधित आउटपुट डेटा आवश्यकताओं को पूरा करता है। वह सब है।

एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण जो एक इनपुट सिग्नल प्रोसेसर के रूप में कार्य करता है, "टाइम फ्लो" की अवधारणा मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। खैर, यह है कि आवश्यकताओं को आमतौर पर निम्नलिखित हैं: एक आपात स्थिति में और अलार्म सेंसर ए ट्रिगर हो जाता है, N1 सेकंड के अंतराल के साथ actuators बी , सी क्रमिक रूप से बंद करें, और डी डिवाइस को एन 2 सेकंड से पहले बंद करें लेकिन एन 3 सेकंड से पहले नहीं, कुछ इस तरह से।

यह स्पष्ट है कि एक सॉफ्टवेयर नियंत्रण एल्गोरिदम का परीक्षण करने के लिए समय बीतने के समय किसी प्रकार के सिग्नल सिम्युलेटर का उपयोग करना अच्छा होगा। और ऐसे उपकरण शस्त्रागार में हैं ... FPGA सिस्टम डेवलपर्स के लिए।

FPGA- आधारित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डेवलपर आमतौर पर Verilog या VHDL हार्डवेयर विवरण भाषा का उपयोग करते हैं। उसी समय, FPGAs के लिए कोड के अलावा, तथाकथित टेस्टबेंच लिखा जाता है - यह एक साधारण सी प्रोग्रामर के लिए यूनिट-टेस्ट जैसा कुछ है।

मैं वेरिलॉग एचडीएल का उपयोग कर रहा हूं।
Testbench प्रोग्राम को प्रोग्रामर ने स्वयं लिखा है और साथ ही वह FPGA चिप पर सभी संभावित इनपुट प्रभावों का अनुकरण करने का प्रयास करता है। आउटपुट सिग्नल का विश्लेषण टेस्टबैंक द्वारा स्वयं किया जाता है और अपेक्षित लोगों के अनुसार जांच की जाती है।
उसी समय, वेरिलोग सिम्युलेटर खुद सिस्टम में समय बीतने की निगरानी करता है।

एक FPGA प्रोग्रामर क्या करता है के एक सरल और पूरी तरह से सार उदाहरण पर विचार करें।
उदाहरण के लिए, यहां एक मॉड्यूल है जो एसिंक्रोनस रीसेट (नमूना.v) के साथ एक सरल बाइनरी काउंटर का वर्णन करता है:

module sample( input wire reset, input wire clk, output reg [3:0]cnt ); always @(posedge clk or posedge reset) if(reset) cnt <= 0; else cnt <= cnt + 1; endmodule

मुझे लगता है कि इस तरह के कोड को किसी भी प्रोग्रामर द्वारा समझा जाएगा, जो वेरिलॉग एचडीएल भाषा भी नहीं जानता है। दो इनपुट रीसेट और clk हैं । और एक आउटपुट चार-बिट सिग्नल है [3: 0] cnt। हमेशा घड़ी संकेत के किनारे पर, काउंटर में मूल्य बढ़ता है। और हमेशा, जब कोई इकाई रीसेट पर दिखाई देती है , तो काउंटर शून्य पर रीसेट हो जाता है।

इस मॉड्यूल को संश्लेषित किया गया है, अर्थात, इसे FPGA में संकलित करने और सीवे करने की योजना है।

अब, उदाहरण के लिए, एक प्रोग्रामर अपने मॉड्यूल की कार्यक्षमता का परीक्षण करना चाहता है। वह वेरिलॉग पर एक प्रोग्राम लिखते हैं, एक टेस्टबेंच, जो एक माइक्रोक्रिकिट (testbench.v) के लिए इनपुट संकेतों का अनुकरण करेगा:

 `timescale 1ms / 1 ms module testbench(); reg tb_rst, tb_clk; wire [3:0]value; always #5 tb_clk = ~tb_clk; initial begin $dumpfile("waves.vcd"); $dumpvars(0,testbench); $display("starting testbench!!!!"); tb_rst = 1; tb_clk = 0; #10; tb_rst = 0; #73; tb_rst = 1; #11; tb_rst = 0; #134; tb_rst = 1; #57; tb_rst = 0; #200; $display("finished OK!"); $finish; end sample my_sample_inst( .reset(tb_rst), .clk(tb_clk), .cnt( value ) ); wire fail; assign fail = (tb_rst & value!=0 ); endmodule

इस मॉड्यूल को संश्लेषित नहीं किया जाता है, इसे FPGA में संकलित और सीवन नहीं किया जा सकता है, लेकिन प्रोजेक्ट को अनुकरण करने के लिए इसकी आवश्यकता है। रेखाओं पर ध्यान दें

 sample my_sample_inst( .reset(tb_rst), .clk(tb_clk), .cnt( value ) );

यह टेस्टबेंच में डाले गए नमूना मॉड्यूल का परीक्षण उदाहरण है। यह इस तरह से निकला:

यह बहुत संभव है कि हमारे पास परियोजना के संचालन के लिए एक मानदंड हो। रीसेट सिग्नल के दौरान हमें हमेशा काउंटर आउटपुट सिग्नल की आवश्यकता होती है। यही है, हम testbench में त्रुटि संकेत निर्धारित कर सकते हैं:

 wire fail; assign fail = (tb_rst & value!=0 );

इस सिग्नल को प्रोग्रामेटिक रूप से मॉनिटर किया जा सकता है या बस आउटपुट टाइम चार्ट पर अपनी आँखों से देखा जा सकता है।

मैं अक्सर सरल मुक्त VerilogHDL IcarusVerilog सिम्युलेटर का उपयोग करता हूं। इसे स्थापित करना और इसके साथ काम करना आसान है। सिम्युलेटर को संकलित करें और चलाएं:

मेरे testbench कार्यक्रम डंपफाइल की पंक्तियों के लिए धन्यवाद ("wave.vcd"); और $ डंपवार्स (0, टेस्टबेंच); एक wave.vcd टाइमिंग चार्ट फ़ाइल बनाता है। और ये टाइमिंग चार्ट एक और बेहतरीन मुफ्त GtkWave टूल के साथ देखे जा सकते हैं:

इस प्रकार, सबसे सरल FPGA प्रोग्रामर टेस्ट किए गए मॉड्यूल को एक टेस्टबेंच लिख सकता है और परिणामी समय आरेखों की फाइलें उत्पन्न कर सकता है और यह देखने के लिए जांच कर सकता है कि FPGA से सही प्रतिक्रिया आती है या नहीं।

अब मैं आपको बताता हूँ कि माइक्रोकंट्रोलर को एक समान परीक्षण तकनीक कैसे लागू करनी है।

यदि आप फिर से वेरिलॉग परीक्षण बेंच पर ध्यान देते हैं, तो आप $ प्रदर्शन (..) जैसे कुछ सिस्टम फ़ंक्शंस देखेंगे।

तो यहाँ है। यह पता चला है कि वेरिलॉग एचडीएल सिम्युलेटर के लिए आप सिस्टम कार्यों को जोड़ सकते हैं जो हमें सी भाषा में आवश्यक हैं। और एक बार सी भाषा के लिए एक जगह है, तो एक जगह दिखाई देती है जहां टेस्टबेंच का वेरिलॉग कोड माइक्रोकंट्रोलर के लिए Sysh कोड के साथ बातचीत कर सकता है।

सामान्य तौर पर, सी लैंग्वेज के वेरिलॉग सिम्युलेटर इंटरफेस को वेरिलोग प्रोसेडुरल इंटरफेस (वीपीआई) कहा जाता है। आप लंबे समय तक उसके बारे में बात कर सकते हैं, यह एक बड़ा अलग विषय है। आप अधिक पढ़ सकते हैं, उदाहरण के लिए, यहां ।

मैं केवल योजनाबद्ध तरीके से वर्णन करना चाहता हूं कि इसका उपयोग कैसे किया जा सकता है।
एक माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक परियोजना में कई फाइलें शामिल हो सकती हैं। हमारा कार्य एक विशेष माइक्रोकंट्रोलर की हार्डवेयर विशेषताओं से नियंत्रण एल्गोरिदम को खुद को अलग करना है।

मान लीजिए कि एक माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक परियोजना में फाइलें शामिल हैं:

 Main.c Dma.c Serial.c Interrupts.c …. Algorithm.c

Intercontts.c फ़ाइल में माइक्रोकंट्रोलर इनपुट लाइनों से इंटरप्ट हैंडलर वर्णित हैं। वे कुछ इस तरह हैं:

 void EXTI9_5_IRQHandler(void) { Int val; disableGlobalInterrupts(); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line6); val = GPIO_ReadInputDataBit(MY_PORT, MY_SIGNAL); Algo_set_value( val ); enableGlobalInterrupts(); }

जब माइक्रोकंट्रोलर की इनपुट लाइन पर सिग्नल बदलता है, तो एक व्यवधान उत्पन्न होता है, यह लाइन पर मूल्य को पढ़ता है और यह मान प्रसंस्करण एल्गोरिथ्म के लिए Algo_set_val () फ़ंक्शन द्वारा प्रसारित होता है। संपूर्ण नियंत्रण एल्गोरिथ्म एल्गोरिथ्म फ़ाइल में वर्णित है।

Algorithm.c फ़ाइल एक साथ माइक्रोकंट्रोलर के लिए प्रोजेक्ट में और Verilog VPI मॉड्यूल के लिए प्रोजेक्ट में शामिल है।

इस प्रकार, "कंट्रोल एल्गोरिथ्म" विकसित करते समय, हम मुख्य रूप से वीपीआई मॉड्यूल को वेरिलॉग सिम्युलेटर के लिए अल्गोरिद्म सीसी के साथ संकलित करते हैं। वेरिलॉग टेस्ट बेंच में हमें एक निश्चित नई प्रणाली फ़ंक्शन $ int () कॉल करके, हम समय में कुछ बिंदु पर एक माइक्रोकंट्रोलर रुकावट की घटना का अनुकरण करते हैं। उसी तरह, एल्गोरिथ्म के आंतरिक चर पढ़े जा सकते हैं और हमारे द्वारा परिभाषित नए $ getpin (..) सिस्टम फ़ंक्शन का उपयोग करके वेरिलोग टेस्टबेन्च को पास किया जा सकता है। यह पता चला है कि हमारा वेरिलोग टेस्टबेंच इनपुट प्रभाव और माइक्रोकंट्रोलर कंट्रोल एल्गोरिथ्म के लिए समय के प्रवाह को अनुकरण कर सकता है।

यह उल्लेखनीय है कि हमारे पास इनपुट प्रभाव और प्रतिक्रियाओं के हमारे निपटान समय चार्ट हैं। वे ग्राहक को परिचित करने के उद्देश्य से दिखाए जा सकते हैं - उन्हें देखने के लिए GtkWave प्रोग्राम का उपयोग किया जाता है। ग्राहक अपनी आँखों से देख पाएंगे कि विभिन्न सेंसर से इनपुट प्रभाव उनके नियंत्रण एल्गोरिदम के साथ कैसे प्रतिक्रिया देगा। ग्राहक को इनपुट संकेतों और "ब्लैक बॉक्स" की सभी प्रतिक्रियाओं को माइक्रोकंट्रोलर से प्रभावों के सभी संभावित संयोजनों को देखना चाहिए।

कम से कम समय के आरेखों में आप देख सकते हैं कि पंप को हर दिन 10 सेकंड के लिए कैसे चालू किया जाता है ...

अंतिम चरण वेरिलोग सिम्युलेटर (बैंगनी ब्लॉक) के लिए वीपीआई मॉड्यूल को रोकना और माइक्रोकंट्रोलर प्रोजेक्ट (नारंगी ब्लॉक) को संकलित करना है।

अब एल्गोरिथ्म के कार्यों को वेरिलोग सिम्युलेटर के आभासी प्रभावों से नहीं, बल्कि इनपुट लाइनों और टाइमर से भौतिक रुकावटों से बुलाया जाएगा।

बस के मामले में, मैं एक बार फिर ध्यान देता हूं कि हमारे वेरिलोग टेस्टबेंच की मदद से हम निश्चित रूप से डीएमए या टाइमर या जीपीआईओ जैसे परिधीय उपकरणों के रजिस्टरों की प्रोग्रामिंग की शुद्धता की जांच नहीं करते हैं। हम केवल "नियंत्रण एल्गोरिथ्म" का परीक्षण करते हैं। मेरी राय में, यह बहुत महत्वपूर्ण है।

खैर, ऐसा ही कुछ।

क्यों माइक्रोकंट्रोलर प्रोग्रामर के लिए वेरिलॉग भाषा

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