Labor für Prozessregelung und Rechnerverbund Anleitung zum WinMaster ( Dipl.-Ing. Peter Tarkany) Beschreibung: Dipl.-Ing.

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1 Labor für Prozessregelung und Rechnerverbund Anleitung zum WinMaster ( Dipl.-Ing. Peter Tarkany) Beschreibung: Dipl.-Ing. Harald Swoboda 1 Einleitung Installation und Programmstart WinMaster Editor WinMaster Debugger WinMaster Analyser Speichermodell und Speicheraufteilung - Memory WinMaster Meldungen Bekannte Fehler...12 Das ist eine Anleitung für den WinMaster, ein Master Entwicklungssystem. Der WinMaster hat eine eingebaute Hilfe, die mit dem Hilfebutton aufgerufen werden kann. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 1/

2 1 Einleitung Der WinMaster ermöglicht die Programmierung des Masters mit einem Windows PC und einem seriellen Kabel. Der WinMaster ist ein Entwicklungssystem mit Emulator und besteht aus Editor, Assembler, Debugger und Disassembler. Der PC wird über eine serielle Schnittstelle (RxD, TxD, GND) mit dem Master verbunden. Der WinMaster funktioniert unter allen gängigen Windows Versionen. Mit dem WinMaster kann man den Master programmieren, das Programm editieren/ uploaden/ downloaden, Programmfehler suchen und Schritt für Schritt verfolgen was das Assembler Programm im Master macht. Weiters kann man beobachten, wie der Master auf die Hardware Umgebung reagiert, der Master kann über seine PINs Signale aus der Umgebung einlesen, verarbeiten und wieder an ein Display und Aktoren ausgeben. Der Master ist ein selbstständiger Mikrorechner, der aus einem PIC Mikrocontroller, einem EEPROM, einer Spannungsstabilisierung und einer seriellen Schnittstelle besteht. Es gibt den Micro Master (PIC 16C58XT mit 8 I/O PINs) und Macro Master (PIC 16C57XT mit 16 I/O PINs). Der Master kann über seine I/O PINs Prozesse steuern und seine Umgebung beeinflussen, indem er digitale Signale (0 und 1) ausgibt oder Spannungen über einen integrierten DA-Wandler ausgibt. Der Master kann beispielsweise Motoren ein- und ausschalten, Motoren in der Drehzahl regeln, Lichter ein- und ausschalten oder dimmen und Heizungen ein- und ausschalten. Andererseits kann der Master seine Umgebung wahrnehmen, indem der Master über seine I/O PINs digitale Signale (0 und 1) erkennt oder Spannungen an den I/O PINs über einen integrierten AD-Wandler in digitale Werte umwandelt. So können beispielsweise Widerstand, Strom, Spannung und Ladung gemessen werden und somit beispielsweise Temperatur, Druck, Entfernung, Wärme, Vibrationen und Lichtstärke erfasst werden. Der Master kann mit anderen Rechnern kommunizieren und Nachrichten gleichzeitig an bis zu 16 Rechner senden. Der Master kann auch netzwerkfähige Komponenten steuern. Der Master ist fernbedienungsfähig und kann über infrarotes Licht steuern und gesteuert werden, beispielsweise über das RC5 Protokoll. Wenn der WinMaster ein Assemblerprogramm in den Maschinencode übersetzt hat und in den Master geladen hat und das Programm so funktioniert, wie der Programmierer es sich vorgestellt hat, kann der Master allein gelassen werden um seine Aufgaben zu erledigen. Für diese Phase braucht der Master keine PC Verbindung mehr. Das Programm wird im EEPROM des Masters mehr als 100 Jahre lang gespeichert. Nach einem Spannungsausfall läuft der Master wieder selbstständig hoch. WinMaster Serielles Kabel Micro Master oder Macro Master 9V-12V = Spannungsversorgung Abbildung 1: Mikrocontroller- Entwicklungs- System mit Prozesssteuerung. Prozesse, Umwelt I/O PINs DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 2/

3 2. Installation und Programmstart Der WinMaster wird als WMaster.zip am Internet vertrieben und kann kostenlos heruntergeladen werden. Dieses Programm kann in einem beliebigen Verzeichnis entpackt werden, beispielsweise in C:\WMaster. Der WinMaster ist in Java geschrieben, daher muss Java installiert werden. Java kann kostenlos von heruntergeladen werden. Es wurden bis jetzt die Java Versionen und getestet. Der WinMaster funktioniert unter allen gängigen Windows Versionen. Der PC soll mit mindestens 133 MHz und 32 MByte RAM ausgestattet sein. Der WinMaster wird mit dem Befehl WMaster.bat gestartet. Das Symbol kann auf dem Desktop abgelegt werden. wmaster.bat.lnk Der Befehl set JAVA_HOME=d:\j2sdk1.4.1 im File WMaster.bat muss auf das Java Verzeichnis verweisen. Abbildung 2: WMaster.bat startet Java und den WinMaster. Abbildung 3: WinMaster User Interface Der Master muss mit dem PC über ein serielles Kabel verbunden sein und vor der Emulation muss die richtige COM Schnittstelle des PCs (COM 1, COM 2, COM 3, usw.) ausgewählt werden. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 3/

4 3. WinMaster Editor Mit dem WinMaster Editor kann das Assembler Programm geschrieben, editiert, gespeichert und von der Festplatte oder Diskette geladen werden. Dazu dienen die Buttons File neu, File öffnen und File speichern. Der WinMaster Editor ist ein ASCII Editor, der keine Format- und Printer-Control- Informationen speichert. In einem ASCII File steht nur Text. Abbildung 4: WinMaster Editor DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 4/

5 Das Speichern des Assemblerprogramms auf der Festplatte erfolgt gleich wie bei anderen Windows Programmen. Abbildung 5: Assembler Programm speichern, z.b. User Interface Windows Das Laden des Assemblerprogramms von der Festplatte erfolgt gleich wie bei anderen Windows Programmen. Abbildung 6: Assembler Programm speichern, z.b. User Interface Windows DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 5/

6 4. WinMaster Debugger Der Debugger ist ein sehr leistungsfähiges Werkzeug und stellt den Kern des Entwicklungssystems dar. Schreiben Sie ein kleines Programm mit dem WinMaster Editor, das einfachste Programm lautet folgendermaßen: a: JMP a ;Die Endlos-Schleife macht nichts END Zuerst muss das mit dem Master verbundene COM Port ausgewählt werden, dann wird das Port mit dem Button open port geöffnet. Danach wird das Assemblerprogramm mit dem Button run assembliert und in den Master geladen. Am PC werden drei weitere Fenster geöffnet - debug Master, Stack, Messages. Der Assembler übersetzt die Assemblerbefehle des Textfiles in Maschinencode. Wenn syntaktische Fehler auftreten, so bedingt dies eine Syntax Fehlermeldung. Syntaktische Fehler sind im allgemeinen Schreibfehler, wenn man beispielsweise einen Befehl falsch schreibt oder treten durch die Verwendung nicht passender Parameter auf. Beispiel: INCW B0 ;Falsch B0 ist in diesem Fall falsch, weil der INCW Befehl ein Word-Befehl ist, richtig wäre: INCW W0 ;Richtig Mit dem WinMaster Debugger kann man semantische Fehler finden und dabei das Programm im Detail analysieren. Abbildung 7: WinMaster Debugger DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 6/

7 Das Fenster Debug Master dient zur Steuerung des Masters, weiters werden alle I/O Ports, internen Register, Counters und Flags des PIC Microcontrollers angezeigt. Es werden die I/O PINs (0 bis 7 bzw. 0 bis F), der Programm Counter (PC), die Flags (C, Z, I) und die Register (B0 bis BF) nach den Befehlen Break und SingleStep mit den aktuellen Werten angezeigt. Durch Umschalten der Bank 0-3 können die Register aller Bänke angezeigt werden. Wird das Masterprogramm mit dem Befehl go gestartet, dann werden die internen Register und Counter nicht aktualisiert, das Display am PC wäre für die Anzeige der Werte zu langsam. Auf der linken Seite des Fensters werden die I/O PINs (F bis 0) als Bits (8 oder 16 Bits abhängig davon, ob man den Micro oder Macro Master verwendet) dargestellt. Für die Anzeige der I/O Ports wurden folgende Konventionen getroffen: 0 = Output 0 1 = Output 1 _ = Input 0 ^ = Input 1 Weiter rechts wird der aktuelle Programm Counter (PC) mit 4 Bit angezeigt. Der Programm Counter weist auf den aktuellen abzuarbeitenden Befehl. Weiter rechts werden die Statusregister (C, Z, I) angezeigt. Die Statusregister entsprechen dem Resultat der abgearbeiteten Rechenoperationen und dem Interruptzustand. Ganz rechts werden die Register (B0 bis BF) angezeigt. Diese Register können für Rechenoperationen, I/O Operationen und µc interne Speicher verwendet werden. Durch Aufrufen des Fensters Change (links oben im Fenster Debug Master) können die Werte der einzelnen Register während des Debuggens auch händisch gesetzt werden: Abbildung 8: Register B7 wird auf 75 dec gesetzt. Mit dem Button go wird das Programm im Master gestartet. Ab diesem Zeitpunkt werden die Werte (Register, PC, Flags, I/O PINs, etc.) in der Anzeige nicht erneuert, da der Master viel schneller als die Anzeige arbeitet und der Beobachter keine Änderungen wahrnehmen könnte. Mit dem Button break wird das Programm im Master gestoppt. Damit werden alle internen Register und Zustände (Register, PC, Flags, I/O PINs, etc.) mit den aktuellen Werten angezeigt. Mit dem Button singlestep läuft das Programm langsam, Befehl für Befehl ab, damit kann jedes Register, jeder Counter und jedes Flag Schritt für Schritt beobachten werden. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 7/

8 Diese Befehle können auch durch Tasten aktiviert werden: Abbildung 9: WinMaster Debugger Tasten Belegung. WinMaster Debugger Befehle: Taste h - Hilfe Taste s - Singlestep Taste g - go, startet das Programm Taste b - Break: unterbricht das laufende Programm Taste q - Beendet den Debugger Taste esc - Beendet den Debugger Das Fenster Stack zeigt den Zustand und Inhalt des Stacks. Der Stack wird von Interrupt- Routinen benutzt, neben der Rücksprungadresse können durch die Befehle PUSH und POP auch Register, die während der Interrupt Routine verwendet werden, im Stack gespeichert und wieder zurückgelesen. Im Stack werden also während der Interruptroutine die Rücksprungadresse und Registerwerte des unterbrochenen Programms abgelegt. Das Fenster Messages zeigt die durch den Befehl Debug ausgegebenen Registerwerte an. Man kann die ausgegebenen Werte in hex oder dec anzeigen. Damit können auch während des regulären Programmablaufes (Start mit dem Befehl GO ) einzelne ausgewählte Register beobachtet werden. Das Fenster Master zeigt den Programm Code. Im Mode Singlestep wird der jeweils bearbeitete Befehl durch ein hinterlegtes rotes Feld angezeigt. Während des Debuggens können keine Programmänderungen vornehmen werden. 5. WinMaster Analyser Der WinMaster Analyser wird aus dem WinMaster Editor Fenster gestartet. Der Analyser kann den Speicherinhalt eines Masters lesen und kann den Speicherinhalt in Assemblerbefehle übersetzen, das wird auch disassemblieren genannt. Zuerst muss das mit dem Master verbundene COM Port ausgewählt werden, dann wird das Port mit dem Button open port geöffnet. Danach wird der Button analyze betätigt und am PC wird das Fenster Analyse Master geöffnet. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 8/

9 Der Button Read Master bewirkt, dass der Speicherinhalt des Master EEPROMs ausgelesen und am Bildschirm angezeigt wird. Abbildung 10: Analyse Master, Read Master - Speicherinhalt lesen. Der Button Disassemble bewirkt, dass der Speicherinhalt des Master EEPROMs ausgelesen, übersetzt und am Bildschirm als Assemblerbefehle angezeigt wird. Abbildung 11: Analyse Master, Disassemble. Der Button Break bewirkt, dass der Lesevorgang oder das Disassemblieren abgebrochen wird. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 9/

10 6. Speichermodell und Speicheraufteilung - Memory ROM (CODE Speicher): Als Programmspeicher wird ein externer EEPROM Baustein mit 2 KByte verwendet. Der Memory kann bis auf 64 KByte erweitert werden. RAM (Datenspeicher): Auf den PIC Mikrocontroller (PIC 16C58XT, PIC 16C57XT) sind jeweils 64 Bytes integriert. BANK Byte BANK Byte BANK Byte BANK Byte wird für Systemzwecke und von höheren Sprachen verwendet. Kann vom Programm aus als Byte oder Wordregister verwendet werden ( B0 - B15, W0 - W7 ). Kann vom Programm aus als Byte und Wordregister verwendet werden ( B0 - B15, W8 - W15 ). Wird im allgemeinen als Programmstack verwendet. BANK 1 W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 BANK 2 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 PC Programmcounter: Der Programmcounter ist ein 16 bit Register, das auf den gerade durchzuführenden Befehl im Programmspeicher zeigt. Interrupt Mask: Die Interrupt - Mask ist ein 8 Bit Register. Wenn die Bits in diesem Register gesetzt sind, dann sind Interrupts erlaubt. Die Interrupts können durch die frei programmierbaren PINs des Masters aktiviert werden. Das Interrupt - Mask Register kann mit dem Befehl ENABLE gesetzt werden. C - Carry Flag ( 1 bit ) Wird von arithmetischen und logischen Befehlen verändert. Das Carry Flag wird gesetzt wenn bei der Operation ein Übertrag auftritt. Wenn kein Overflow (Überlauf) oder Underflow (Unterlauf) auftritt, wird das Carry Flag gelöscht. Z - Zero Flag ( 1 bit ) Wird von arithmetischen und logischen Befehlen verändert. Das Zero Flag wird gesetzt wenn bei einer Operation das Ergebnis 0 ist, wenn das Ergebnis nicht 0 ist wird das Zeroflag gelöscht. DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 10/

11 I - Interrupt Flag ( 1 bit ) Das Interrupt Flag erlaubt das Auftreten der Interrupts, die in der Interrupt - Mask festgelegt sind. Der Befehl ENABLE setzt, der Befehl DISABLE löscht das Interrupt Flag. 7. WinMaster Meldungen Der Button Info zeigt die aktuelle WinMaster Version. Abbildung 12: Info Button Das gewählte COM Port ist bereits durch eine andere Windows Applikation belegt. Abhilfe: ein anderes COM Port benutzen oder beenden der anderen Windows Applikation, die das COM Port belegt. Abbildung 13: COM Port Error Der Master reagiert während des Speicherlesevorgangs nicht. Abhilfe: Vorgang wiederholen, Kabel prüfen, aus WinMaster Analyser aussteigen/ einsteigen. Abbildung 14: COM Port Error DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 11/

12 Meldung: Please open a connection first. Abhilfe: Button open port betätigen. Abbildung 15: COM Port Error Meldung: Communications Error. Abhilfe: Serielles Interface und Kabel prüfen. Abbildung 16: COM Port Error 8. Bekannte Fehler Messages nicht Masseges im Fenster Messages DI Peter Tarkany, DI Harald Swoboda Seite 12/