Introducción
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| PIC SIMULATOR IDE |
Este documento es un intento de explicar el funcionamiento de una de
las herramientas de desarrollo más interesantes para el aficionado a la
programación de PICs.
Se trata de un entorno de programación integrado, que además de
permitir la creación de programas en lenguaje assembler incorpora un muy
completo BASIC, con soporte para dispositivos 1-wire, LCD, RS-232 y muchos más.
Otro aspecto destacable es la inclusión de una gran cantidad de módulos de E/S que simulan exactamente lo que esta pasando en nuestro programa, incluidos un módulo LCD, teclado, osciloscopio, displays de 7 segmentos entre otros.
El autor del programa es Vladimir Soso, y la web oficial del PIC SIMULATOR IDE es oshonsoft.com,
desde donde puede descargarse una versión demo, mas que suficiente para
realizar las practicas propuestas en este "curso". Además, el autor ha
desarrollado entornos de programación similares para micros AVR,PIC18, PIC10F, Z80, etc.
La interfaz
Pantalla principal
Debido a que se trata de un software concebido desde el vamos como un
entorno, la integración entre los diferentes módulos que lo componen es
completa y sin problemas.
Una vez instalado el programa, el icono que lo representa aparecerá en
nuestro escritorio, y haciendo doble clic sobre el se abrirá la pantalla
principal del programa, que al menos hasta la versión sobre la que se
desarrolla este tutorial (la 6.65) esta en ingles:
Antes de ver en que consiste cada opción del menú principal, vamos a analizar rápidamente cada sección de esta pantalla. En la parte superior, y justo debajo de la barra de menú tenemos tres cuadros de texto que nos muestran la ruta completa hacia el programa que tenemos cargado en el simulador (Program Location), el microcontrolador que hemos seleccionado para nuestro proyecto (Microcontroller) y la frecuencia de clock elegida (Clock Frequency).
Todos estos valores pueden ser cambiados, como veremos en el
segundo capitulo, desde la barra de menú. El recuadro que esta
inmediatamente debajo del anterior nos muestra (cuando estamos corriendo
una simulación de nuestro programa) cual es la instrucción assembler en
curso (Last Instruction) y cual será la siguiente a ejecutar (Next
Instruction):
Luego tenemos un cuadro con información relativa a la ejecución del programa, en la que vemos instrucción a instrucción durante todo el tiempo en que estemos corriendo la simulación, el valor que va tomando el contador de programa (PC o Program Counter), el registro de trabajo (W Register, por "working") y sobre la derecha la cantidad de instrucciones simuladas (Instructions Counter), la cantidad de ciclos de reloj transcurridos (Clock Cycles Counter) y el tiempo de ejecución que llevaría en realidad dicho programa (Real Time Duration). Cabe aclarar, que como en todo simulador, la relación entre el tiempo real y el tiempo de simulación varia dependiendo de los recursos de nuestro ordenador, y en general los programas simulados demoran mucho mas tiempo que el real en ejecutarse.
A continuación, sobre la izquierda, vemos una lista de desplazamiento
que contiene el valor de todos los registros especiales con los que
cuenta el microcontrolador elegido. Esta lista varia, por supuesto, con
cada microcontrolador, y en el momento de correr la simulación va
reflejando instrucción a instrucción el valor de cada timer, puerto,
registro de estado, interrupciones, etc. Los valores se muestran en
hexadecimal (Hex Value) y en binario (Binary Value). Cada registro se
identifica mediante su dirección (Address) y también por el nombre con
el que figura en la hoja de datos (Name).
Por ultimo, y a la derecha del cuadro anterior, tenemos el valor de todos los registros de propósito general (GPRs, o general purpose register). La lista tiene dos columnas, cada una indicando la dirección del registro (Addr.) y su valor en hexadecimal (Hex. Value):
El menú
La mayoría de las funciones de las que dispone esta herramienta están
agrupadas dentro del menú principal de la aplicación. Es de destacar
que todos los módulos que se pueden invocar desde aquí se abren en
ventanas separadas, y pueden ser configuradas (como veremos) para que se
sitúen permanentemente delante de las demás ventanas, de manera que no
las perdamos de vista. Este es el menú principal:
Como es costumbre en toda aplicación de windows, la opción File es la primera del menú. Contiene solo dos comandos: Clear Memory (Limpiar memoria) que se encarga de eliminar de la memoria del simulador el programa que estuviese cargado, que puede ser invocada mediante las teclas CTRL+R; y Load Program (Cargar Programa), que nos lleva a un cuadro de dialogo típico que nos permite seleccionar el archivo HEX que queremos simular. Esta función puede invocarse con CTRL+L. Dentro de la segunda opción, Simulation, tenemos tres opciones que se encargan de manejar la simulación en curso: Start, Step y Stop. La primera de ellas arranca la simulación, la segunda se encarga de avanzar una instrucción (solo esta habilitada cuando en Rate hemos seleccionado el modo paso a paso) y la tercera detiene la simulación. Es muy practico utilizar F1, F2 y F3 para invocar estas opciones.
Rate es el submenú que determina el modo de ejecución de la simulación, brindando 6 posibilidades:
Estas son: Step By Step (paso a paso), Slow (Lenta), Normal (Normal), Fast (Rápida), Extremely Fast (muy rápida) y Ultimate (No Refresh) que es la mas rápida de todas, pero que no actualiza la pantalla principal del simulador. Esta opción resulta muy útil para "adelantar" partes del programa que sabemos que no tienen problemas. Todas pueden ser invocadas con CTRL+F1 a CTRL+F6, tal como se ve en la figura anterior.
Tools es el submenú encargado de invocar a cada uno de los
módulos que integran el simulador, y que veremos en detalle en capítulos
siguientes. Tal como se ve en la figura, la mayoría de ellos se pueden
activar mediante la combinación de la tecla CTRL y alguna mas.
Desde Options (Opciones) tenemos acceso a un conjunto de alternativas de configuración. Dedicaremos bastante espacio a cada una de ellas en los capítulos correspondientes, pero podemos adelantar que las mas importantes y que debemos revisar en cada proyecto son Select Microcontroler (seleccionar microcontrolador) que nos permite elegir el modelo concreto de PIC a utilizar; Change Clock Frecuency (cambiar frecuencia de clock) y Configuration Bits (bits de configuración) desde la que se puede elegir la función de algunos pines (Reset o I/O, etc), el tipo de oscilador a usar, etc. La ultima opción de este submenú permite cambiar los colores de la interfaz (Change Color Theme).
Las herramientas
PIC SIMULATOR IDE posee una nutrida caja de herramientas.
Estas se encuentran agrupadas en la opción Tools del menú principal, y a
continuación veremos en que consiste cada una de ellas.
La primera es el visor de la memoria de programa (Program Memory
Viewer), modulo que podemos invocar presionando CTRL-M en cualquier
momento. Se lista la memoria completa, cuya extensión dependerá del
microcontrolador que tengamos seleccionado, y se pueden ver tres
columnas: dirección (Address), valor en hexadecimal de esa dirección
(Hex. Value) y el valor en binario (Binary Value). Al igual que las
demás herramientas, existe un check box que permite poner la ventana
correspondiente siempre al frente (Always On Top).
La segunde herramienta disponible recibe el nombre de EEPROM Memory Editor, y como su nombre indica, nos permite modificar los valores almacenados en la memoria EEPROM del microcontrolador. El contenido de la EEPROM se lista en 16 columnas numeradas del 0 al 15, y por supuesto, su extensión depende del micro seleccionado. Haciendo click sobre cualquiera de los valores se puede cambiar su contenido, que se encuentra en formato hexadecimal.
Hardware Stack Viewer nos permite conocer el valor de cada uno de los niveles del stack (generalmente llamado pila en español). Esto puede resultar útil para depurar los programas que tienen muchas subrutinas anidadas o cuando sospechamos que hay desbordamientos del stack. Además de ver el nivel de stack (Stack Level), el contenido en hexadecimal (Hex Value) y en binario (Binary Value), en la parte inferior de la ventana una etiqueta nos informa de cual es el nivel apuntado en cada paso de la simulación.
La herramienta Microcontroller View es una de las mas útiles, ya que en una ventana separada (y que como las demás se puede poner en frente de todas) nos muestra un esquema del micro elegido, con el rotulo correspondiente a cada pin, y lo mas importante, el estado en cada momento de la simulación de cada uno. En caso de ser un pin E/S nos muestra el estado (ON/OFF) que presenta, y si se trata de una referencia de voltaje muestra el valor asignado. Además, en cada pin hay un botón que permite cambiar el estado presente en el (T, supongo que por "toggle", que significa "cambiar"), y los resultados se toman como entradas para la simulación.
Existe también una vista alternativa del estado de los registros especiales, que pude resultar mas cómoda en algunos casos. Es la correspondiente a la opción Alternative SFR Viewer, y muestra en columnas la dirección en hexa del registro, el nombre "de pila" del mismo (TMR0, PCL, STATUS, etc), y el valor del mismo, en hexadecimal y en binario.
PIC Disassembler es ni mas ni menos que un desensamblador, que nos brinda un texto con el contenido en assembler del programa cargado en la memoria del PIC SIMULATOR IDE. Este listado se genera independientemente del origen del programa, es decir, podemos obtener el código a partir de un archivo ya compilado con cualquier compilador (con extensión .HEX) o a partir de un .HEX generado con el compilador BASIC incluido en el paquete. Se muestra, por cada instrucción, la dirección (Address), el opcode y la instrucción (instruction). Ideal para aprender assembler a partir de instrucciones BASIC, por ejemplo.
El manejador de "puntos de inspección" o Breakpoint Manager es una herramienta que permite definir hasta 10 puntos en los que la simulación se interrumpirá (luego podremos reanudar la ejecución desde ese punto) para analizar con tranquilidad el estado de los registros, los puertos, etc. Hay un par de opciones adicionales, como el botón que permite eliminar todos los breakpoints definidos (Clear All Breakpoints) o mantener siempre en foco el contador de programa (PC o Program Counter). El contenido de la ventana es el código assembler en el mismo formato que comentamos en la herramienta anterior.
Además de los diez puntos de parada anteriores, se pueden definir cinco puntos especiales, mediante la herramienta Special Breakpoints. La diferencia entre esta y la anterior herramienta (y lo que la hace tan especial) es que en este caso los puntos de inspección se fijan mediante una condición (Break Condition) o por el estado de algún registro (Register Address). Los botones SET y DEL permiten habilitar y deshabilitar individualmente cada una de las condiciones.
La herramienta assembler tendrá su capitulo propio, por que es aquí donde se escribe el código en dicho lenguaje para luego compilarlo.
Al igual que el editor de assembler, el BASIC tendrá varios capítulos dedicados a el, ya que estudiaremos cada una de las instrucciones disponibles. Podemos adelantar que se trata de un editor bastante decente, con verificación de sintaxis y coloreado de palabras reservadas y comentarios, y que la sintaxis del BASIC es compatible en un 90% con otros BASICs mas populares, como PBP o PROTON. Desde aquí podemos compilar y cargar en la memoria del simulador el archivo HEX resultante en un solo paso.
Las herramientas siguientes son las que podemos usar como "periféricos" del microcontrolador, para simular las E/S, o analizar su estado. La primera de este grupo es la llamada 8xLED Board que es ni mas ni menos que un grupo de 8 LEDs virtuales, a los que podemos asignar un puerto y un bit dentro de el, de manera que se enciendan o apaguen en tiempo real de acuerdo al estado de dichos pines al ejecutar la simulación.
El Keypad Matrix es ni mas ni menos que un teclado matricial de 4 filas y cuatro columnas que podemos configurar con total flexibilidad para utilizarlo en nuestros proyectos simulados. Se puede elegir el pin de cada fila y columna, y dinámicamente, durante la simulación, el estado de cada tecla. En los ejemplos de los capítulos dedicados a la programación usaremos esta herramienta a menudo.
El LCD Module es la versión virtual del típico display LCD con controlador Hitachi que usamos en todos nuestros proyectos. Es posible configurar completamente su funcionamiento, mediante el botón Setup. Al presionarlo, la ventana aumenta su tamaño y aparecen una serie de cuadros de selección desde donde podremos elegir el numero de filas y columnas del display, el color del mismo, a que puerto están conectadas las líneas de datos y si son 4 u 8, y donde están conectadas (puerto y pin) las líneas RS, R/W y E. También se pueden configurar los tiempos de delay del display, para que su simulación sea lo mas fiel posible a la realidad.
Graphical 128x64 LCD Module es el equivalente de la herramienta anterior, pero para simular LCDs gráficos de 128x64 pixeles. Las opciones de configuración también se esconden detrás del botón Setup, y son muy similares a las ya vistas, incorporándose la posibilidad de configurar el puerto y pin de las líneas CS1 y CS2.
Mediante las herramientas Hardware UART Simulation Interface, Software UART Simulation Interface y PC's Serial Port Terminal podremos simular una comunicación vía RS-232. Se trata de herramientas muy completas que tendrán su propio capitulo, por lo que momentáneamente nos limitamos a mencionarlas.
Otras dos herramientas sumamente útiles para comprender que esta
haciendo en cada momento el microcontrolador son el osciloscopio
(Oscilloscope) de cuatro canales, con posibilidad total de configuración
de cada uno de ellos, y el Signal Generator (generador de señales)
también de cuatro canales y con posibilidad de generar pulsos de periodo
y relación cíclica ajustable. Por supuesto, habrá capítulos en que
haremos uso de ellas.
No podía faltar el modulo con los displays LED de 7 segmentos, presentes en una gran cantidad de proyectos. En este caso, la herramienta 7-Segment LED Display Panel nos proporciona 4 dígitos completamente configurables (nuevamente mediante el botón Setup presente en cada uno de ellos), y podemos elegir el pin al que esta conectada cada uno de los segmentos, si son de ánodo o cátodo común, etc.
La ultima herramienta es una útil lista con el valor de cada una de las variables presentes en nuestro programa. Recibe el nombre de Watch Variables (ver variables) y es una lista de texto donde en una columna aparece el nombre de la variable en cuestión y en otra su valor. Esta lista se actualiza constantemente durante la simulación.
