Sistemi di sviluppo

Qualsiasi sviluppo di sistema dotato di un microprocessore (MPU) o di un microcontroller (MCU) richiede l'uso di sistemi di sviluppo. Si tratta di strumenti usati dagli ingegneri di progettazione per l'implementazione di software e hardware, che assistono nelle fasi di verifica e debug di un progetto. Rendono più semplice per un programmatore effettuare le operazioni di implementazione, verifica e debug del sistema su cui sta lavorando.

In qualsiasi sistema di sviluppo, è presente l'idea di un target. Un target è il software o l'hardware (nel caso della logica programmabile) che sarà eseguito. Il target può essere l'effettivo ambiente hardware e software che verrà eseguito all'interno del progetto, o una macchina hardware o software che lo emula.

Se si utilizza l'effettivo end target in un progetto, molti sistemi hanno interfacce speciali incorporate per consentirne l'accesso. Queste includono interfacce fisiche come JTAG che consentono l'accesso ai sottosistemi e all'I/O del microprocessore con una tecnica chiamata boundary scan. Anche i moduli di debug fisico possono essere incorporati nei MPU o MCU per permettere la lettura e l'aggiornamento dei registri interni, la scalabilità del program counter e l'accesso all'indirizzo e ai bus dati. Solitamente la memoria è accessibile e i sottosistemi, come la cache interna, possono avere circuiti aggiuntivi per assistere nella profilazione del codice durante i periodi di attività.
Se l'hardware effettivo non è disponibile, i produttori di chip e le case di progettazione di terze parti realizzano dei kit di sviluppo. Si tratta di piattaforme generiche che consentono ai designer di ottenere progetti lavorando su una piattaforma somigliante al target definitivo. Sono disponibili piattaforme hardware per la maggior parte dei target, tra cui microprocessori e dispositivi logici programmabili.
In caso di sviluppo di MPU effettivi, i designer hanno l'opportunità di simulare il dispositivo sui simulatori logici, programmi che interpretano il linguaggio di descrizione hardware, eseguono il progetto attraverso un set di stimoli ed emettono i risultati. In alcuni casi, i team possono scaricare il progetto hardware su una piattaforma logica programmabile per eseguire i test, solitamente a una velocità di clock inferiore a quella del progetto definitivo.

I sistemi di sviluppo di software incorporano simulatori per emulare il target, ma possono includere anche collegamenti fisici con emulatori integrati nel circuito (ICE) per il debug. Nel caso della scrittura in un linguaggio ad alto livello (come C), gli ambienti di debugging possono visualizzare il linguaggio assembler sottostante e verificare lo stato delle variabili e della memoria. Le macchine virtuali possono essere usate per disaccoppiare il computer che il designer sta utilizzando dal progetto e per usare come target il sistema operativo corretto.

I programmatori scrivono algoritmi che possono essere testati in programmi di modellazione matematica come Matlab. I modelli matematici sono in grado di estendersi fino ad emulare interi sistemi (ad esempio, Simulink).

I programmatori di circuiti hanno la possibilità di testare i circuiti analogici in pacchetti come SPICE e simulazione elettromagnetica fisica. Questi strumenti possono essere collegati a sistemi di misura reali per ottenere le caratteristiche prestazioni e migliorare la modellazione.