Schreiben von eingebetteter Software ohne Hardware

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Bedenken Sie, dass das Hardware-Team 2 Monate brauchen wird, um Hardware zu entwickeln, aber bis dahin muss ich die Software bereit haben.

Meine Frage ist, wie kann ich die Software schreiben und testen, ohne die Hardware zu haben?

Gibt es Standards, die befolgt werden müssen? Wie machst du das?

Anishkumar
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Je nachdem, wie komplex die Hardware wird, können Sie einen Simulator ausprobieren. Das ist durchaus machbar, wenn es sich nur um einen Mikrocontroller mit einfachen Peripheriegeräten handelt. Mehr als das und Sie haben auf dieser Strecke kein Glück.
Mast
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Versuchen Sie, Entwicklungsplatinen für das Mikro und alle anderen verwendeten Peripheriegeräte zu finden, und versuchen Sie, sie alle so miteinander zu verbinden, dass sie dem Design Ihres Hardwareteams am ähnlichsten sind. Es wird groß und hässlich sein, aber Sie sollten in der Lage sein, ein System zusammenzustellen, das nah genug an der Realität ist - zumindest soweit Ihre Firmware es erkennen kann ...
brhans
Wenn Sie die Hardware nicht richtig simulieren können, können Sie sie im schlimmsten Fall deaktivieren. Vor ein paar Wochen wollte ich die Netzwerkkommunikation mit einem anderen Programm testen, nur um herauszufinden, dass dies der Fall ist, exit()weil versucht wurde, fest codierte Adressen in / dev / mem zuzuordnen.
Isanae
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In vielen Fällen ist es sogar vorzuziehen, einen Simulator für die Entwicklung eingebetteter Software zu verwenden - viel einfacher zu debuggen. Das Problem ist natürlich, dass Sie einen anständigen Simulator benötigen. Manchmal gibt es eine generische, die angepasst werden kann, manchmal kann ein kluger Praktikant eine in einem koffeinhaltigen Codierungsrausch schreiben.
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In der Anfangsphase der Firmware-Entwicklung ist keine Hardware vorhanden. Übliche Strategien, um damit umzugehen, sind:

  1. Nehmen Sie sich Zeit, um das System sorgfältig zu entwickeln, bevor Sie Code schreiben. Natürlich sollten Sie dies trotzdem tun, aber in diesem Fall ist es noch wichtiger als gewöhnlich. Es ist viel einfacher, gut durchdachte Software zu debuggen als ein auf Pasta basierendes Durcheinander.

  2. Modularisieren Sie alles richtig und minimieren Sie die Schnittstellen zwischen den Modulen. Dies hilft dabei, Fehler in einzelnen Modulen einzudämmen und das Testen einzelner Module zu vereinfachen.

  3. Schreiben Sie den Code von unten nach oben, die Hardware berührenden Treiber stehen an erster Stelle, die Anwendungslogik auf hoher Ebene an letzter Stelle. Dies ermöglicht es, die durch die Architektur verursachten Unannehmlichkeiten frühzeitig zu entdecken. Haben Sie keine Angst, die Architektur zu ändern, wenn Hardware-Realitäten zutage treten, aber stellen Sie sicher, dass die gesamte Dokumentation entsprechend aktualisiert wird.

  4. Simulieren. Die meisten Mikrocontroller-Unternehmen bieten Software-Simulatoren für ihre Mikrocontroller an. Diese können nur so weit gehen, können aber dennoch sehr nützlich sein. Das Simulieren der Eingänge und das Messen der Ausgänge der Hardware kann schwierig sein, aber das Überprüfen der Logik auf höherer Ebene auf diese Weise sollte nicht zu schwierig sein.

    Hier hilft der modulare Aufbau wieder. Wenn Sie einige Hardware-Interaktionen auf niedriger Ebene nicht vernünftigerweise simulieren können, verwenden Sie eine andere Version des Moduls, die diese Hardware berührt, aber ihre eigenen simulierten Aktionen an die oberen Ebenen weitergibt. Die oberen Ebenen wissen nicht, dass dies geschieht. Sie werden das Low-Level-Modul nicht auf diese Weise überprüfen, sondern fast alles andere.

Kurz gesagt, verwenden Sie gute Software-Design-Praktiken, die Sie natürlich trotzdem anwenden sollten.

Olin Lathrop
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Ich möchte hinzufügen: Holen Sie sich Dev-Boards (ja, mehrere, weil Sie wahrscheinlich mindestens eines töten werden ...) in ASAP und bringen Sie die Low-Level-Treiber an Ort und Stelle. Testen Sie so viel Code wie möglich. Ja, Sie können den Hardware-Touching-Code verwenden. Nein, Sie können die Hardware nicht vollständig simulieren, aber Sie können 90% der Funktionalität korrekt erhalten, noch bevor Sie zum ersten Mal blinken. Ich habe all das bei einem kürzlich durchgeführten Projekt gemacht, und wir hatten 99% Funktionalität und arbeiteten, als die echte Hardware hereinkam. Es war großartig.
CHendrix
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Ohne einen Einblick in das, was Sie entwickeln oder auf welcher Familie von Mikrocontrollern Ihre Hardware letztendlich basieren wird, verfügen die meisten Familien von Mikrocontrollern über kostengünstige Entwicklungssysteme mit einer Reihe gemeinsamer Peripheriegeräte, die dies möglicherweise ermöglichen Simulieren Sie mindestens einen Teil Ihrer eventuellen Zielhardware.

Techydude
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Einverstanden. Ich würde es stärker formulieren. In einer solchen Situation, in der die Software gleichzeitig mit der Hardware fertiggestellt werden muss, würde ich nur einen Mikrocontroller verwenden, der über eine geeignete Entwicklungs- oder Evaluierungskarte verfügt.
Steve G
Selbst wenn Sie einen Einblick in die Entwicklung des OP hatten, stehen den meisten Mikrocontroller-Familien immer noch Simulatoren zur Verfügung.
Olin Lathrop
Ich benutze beide Methoden. Ich behalte jedoch zusätzlich die erforderlichen Testgeräte für die Produktionslinie im Auge. Sie können sich mit den Produktionsingenieuren und der Konstruktionshardware zusammensetzen, um Ihre Treiber zu testen, die dann Teil der Produktionstests sein können. Wenn Sie Glück haben, können sie sogar Hardware für ein Entwicklungsboard / einen Prototyp bauen, damit sie auch dem Prozess einen Schritt voraus sind. Es hängt alles davon ab, wie Sie die Bitte um Hilfe stellen ...
Löffel
Dies ist die beste Antwort auf diese Frage, da ich immer ein Entwicklungsboard habe, um zuerst die Kernfunktionen zu programmieren, bevor ich es auf der Platine versuche.
Lucas92
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Abhängig davon, wie hardwareabhängig die Anwendung sein wird, können Sie das Projekt einfach auf einem Standard-PC (Windows, Linux ...) implementieren. Die meisten peripheren Zugriffe sollten sowieso abstrahiert werden, daher ist es keine große Sache, einige Dummy-Funktionen zu implementieren, die später ersetzt werden. Wenn es nicht möglich ist, ein bestimmtes Verhalten zu simulieren, können Sie zumindest ein Modell des Systems (API ...) erstellen, sodass die eigentliche Implementierung viel schneller und klarer wird, sobald die Hardware bereit ist.

Es gibt natürlich viele Dinge, die nicht simuliert werden können, wie Echtzeitverhalten oder komplexe Hardwaretreiber. Andererseits kann ein Interrupt-gesteuerter ADC einfach mithilfe eines Threads simuliert werden, der Werte aus einer Datei oder einem Netzwerkport liest.

All dies hängt natürlich stark von verschiedenen Faktoren ab:

  • Können Sie dieselbe / ähnliche Toolchain für Controller und PC verwenden (z. B. gcc)?
  • Wie hardwareabhängig ist das System?
  • Wie erfahren sind Sie mit der PC-Programmierung?

Zum einen entwerfe ich so ziemlich jedes Firmware-Modul zuerst auf einem PC.

erebos
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Hier gilt das gleiche. Einige Unterschiede zwischen Compilern (Intrinsics, spezielle Schlüsselwörter, Closed Source-Betriebssystem und Netzwerkstapel, die nicht ganz mit BSD kompatibel sind) und Fehlern (mit C ++), die eine starke Verwendung dateispezifischer vorab enthaltener Dateien und Präprozessoren erzwingen, aber der Code selbst kann zwischen DSP nahezu identisch sein und PC. Für die PC-Version kann ich eine starke und schwere Laufzeitfehlerprüfung (CodeGuard) verwenden, und die Debugging-Funktionen können auf eingebetteten Plattformen nicht angepasst werden. Ein zusätzlicher Bonus ist, dass ich nur wenige zusätzliche virtuelle Geräte für Netzwerk- und Lasttests haben kann.
TMSZ
Mit der Verfügbarkeit von Raspberry Pi und BeagleBone könnte Ihre Entwicklungsumgebung genauso gut Ihre Laufzeitumgebung sein - keine Probleme mit der Toolchain usw. Außerdem können Sie valgrind / helgrind, gdb usw. verwenden
jhfrontz
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Versuchen Sie, einen Simulator für Ihren Chip zu bekommen. Sie sollten alle erwarteten und einige unerwartete Eingaben simulieren. Modularisieren / abstrahieren Sie so weit wie möglich und schreiben Sie Unit-Tests. Wenn Sie können, können diese Tests Teil Ihres eigentlichen Codes werden und sich in eine Funktion verwandeln (Board-Selbsttest).

Wenn Sie keinen Simulator erhalten können, abstrahieren Sie so viel wie möglich über eine HAL (Hardware-Abstraktionsschicht). Alle Fahrer stehen dahinter. Versuchen Sie, alle plattformspezifischen Assemblys hinter einem C-Funktionsaufruf zu abstrahieren, und betrachten Sie diese auch als Treiber. Schreiben Sie den Rest als portablen C / C ++ - Code, erstellen Sie eine dünne HAL für x86 und führen Sie sie mit allen Testfällen auf Ihrem Computer aus.

Auf diese Weise müssen Sie nur die HAL debuggen, wenn Sie die Hardware erhalten. Je dünner es ist, desto schneller werden Sie es debuggen und alles funktioniert. Denken Sie daran , dass , wenn Sie plattformspezifische verwenden Montage für eine schnellere ops, Sie DO sehr wünschen Bit-genaue Tests zu erhalten .

Ronan Paixão
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Die Bitgenauigkeit ist besonders wichtig, wenn ein Festkomma-DSP verwendet wird.
Ronan Paixão
Es kann für einen bestimmten Fall gelten oder nicht, aber im Allgemeinen hat die Bitgenauigkeit ihren Preis. QEMU hat vor kurzem (vor 2 Jahren) beschlossen, eine bitgenaue FPU zu implementieren, und raten Sie mal, was mit der Leistung passiert ist .
Dmitry Grigoryev
Die Bitgenauigkeit ist bei Verwendung einer FPU nicht so wichtig. Es ist jedoch äußerst wichtig, wenn Sie einen Festpunkt verwenden. Insbesondere, weil Software-Festkomma überall zusätzliche Prüfungen benötigt.
Ronan Paixão
Was auf schlechte Codierungspraktiken zurückzuführen ist. Die Leute haben gelernt, Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, wenn sie a == bVergleiche mit Floats verwenden, aber sie verwenden sie immer noch sinnlos mit Festkommazahlen.
Dmitry Grigoryev
Während schlechte Codierungspraktiken ein ziemliches Problem darstellen, gibt es viele andere Probleme, insbesondere in Randfällen. Überläufe kommen schnell in den Sinn, ebenso wie Präzisionsverlust , Rundung , Sättigung und Breite im Vergleich zur Bitverschiebung . Bei alledem ist es einfach, Präzisionsverluste in gängigen Testfällen zu ignorieren. Das Problem ist, wenn Ihre App kleinere Fälle erreicht und die Fehler von den Bruch- zu den Ganzzahlbits wechseln, was passiert, wenn der Bereich falsch berechnet wird. Überprüfen Sie einfach die Funktionsseite von MATLAB's Fixed-Point Designer, um zu sehen, was auf einen Blick noch schief gehen könnte.
Ronan Paixão
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Ihre Frage ist etwas weit gefasst. Hardware (HW) kann eine vollständige benutzerdefinierte ASIC / FPGA-Entwicklung, Assembler-programmierte DSPs oder "nur" ein typisches eingebettetes System bedeuten, das auf handelsüblichen Mikroprozessoren / Mikrocontrollern / SoC usw. basiert (natürlich kann ein SoC auch einen DSP enthalten dass Sie vielleicht programmieren möchten ....). Bei hohen Verkaufsmengen ist es nicht ungewöhnlich, es zu einem ASIC zu machen.

Für ein zweimonatiges Projekt erwarte ich jedoch, dass es auf einem Mikrocontroller basiert:

In jedem Fall sollten Sie das Hardware-Team betonen, um Ihnen einen Prototyp zu geben, mit dem Sie Ihren Code vor Ablauf der absoluten Frist testen können - dies könnte nur aus einem generischen Entwicklungsboard bestehen, wie einige bereits erwähnt haben, aber meiner Meinung nach ist es das ihre Aufgabe, Ihnen die richtige und möglicherweise auch einige zum Testen erforderliche / ähnliche Peripheriegeräte zur Verfügung zu stellen.

In gewissem Umfang sind auch Simulatoren möglich, aber Sie müssen möglicherweise noch einige reale Sensoren / Daten charakterisieren, die Sie möglicherweise erhalten. Hier muss Ihnen auch das Hardware-Team zumindest weiterhelfen.

Ansonsten kann das Software-Design bereits durchgeführt werden und alle High-Level-Module können (und sollten) ohne die echte Hardware implementiert und getestet werden. Im Idealfall definieren Sie auch zusammen mit dem Hardwareteam eine API, die Ihnen die Funktionen der untersten Ebene bietet, sodass Änderungen, die sie auf der Hardwareseite vornehmen (z. B. einfach neu definieren, welche Port-Pins sie verwenden), nicht immer erfolgen sei kritisch für dich.

In allen Fällen ist Kommunikation der Schlüssel.

Bluesceada
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Ja, Sie können Ihren Code für Ihr Zielboard entwickeln, bevor das Board maufaktiert wird.

Wie ?

Zuerst müssen Sie das Hauptziel dieses Systems kennen. Daher können Sie den Controller entsprechend aus einer Vielzahl verfügbarer Quellen wie digikey, mouser auswählen.

Und wählen Sie einen Simulator wie Proteus. Dies simuliert den genauen Prozessor / Controller, jetzt können Sie mit der Codierung beginnen. Aber Sie können die Genauigkeit wie bei der Hardware nicht erwarten.

Photon001
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Warum abstimmen? Darf ich wissen, was mit dieser Antwort falsch ist?
Photon001