11. ВНУТРИСХЕМНЫЕ ЭМУЛЯТОРЫ

11.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ВНУТРИСХЕМНЫХ ЭМУЛЯТОРОВ

Основным методом интеграции аппаратных и программных средств (АС и ПС) и комплексной отладки МПС является метод внутрисхемной эмуляции. Данный метод заключается в том, что для отладки МПС создается единая отладочная система, включающая прототип МПС, объект или имитатор объекта и внутрисхемный эмулятор, которая функционирует как одно целое под управлением эмулятора. Внутрисхемный эмулятор, или просто эмулятор, встроенный в общую систему отладки МПС, дает возможность проводить отладку МПС или отыскание неисправностей так, как будто эмулятор является частью отлаживаемого устройства.

Итак, внутрисхемным эмулятором (ВСЭ) называют отладочное средство, которое подключается к отлаживаемой или тестируемой системе через микропроцессорный разъем и обеспечивает управление системой путем подмены (эмуляции) отдельных функциональных узлов прототипа МПУ, в первую очередь МП, соответствующими узлами эмулятора. Внутрисхемный эмулятор - это наиболее мощное и универсальное отладочное средство.

По сути дела, «хороший» внутрисхемный эмулятор делает процесс функционирования отлаживаемого контроллера прозрачным, т.е. легко контролируемым, произвольно управляемым и модифицируемым по воле разработчика.

Конструктивно эмуляторы могут быть либо встраиваемые в ПК (т.е. вставляемые в слот компьютера), либо выносные (в отдельном корпусе, соединенные с ПК через параллельный LPT порт или последовательный порт RS-232).

Эмулятор содержит целевой МП, ОЗУ, устройства ввода-вывода (УВВ), блок управления эмулятором, шину управления и системную шину эмулятора и соединяется с прототипом МПС с помощью разъема (вилки), имеющих ту же маркировку и спецификацию, что и целевой МП. Указанный разъем вставляется в гнезда контактной колодки (розетки) прототипа МПС, предназначенной для установки МП. Обычно стыковка внутрисхемного эмулятора с отлаживаемой системой производится при помощи эмуляционного кабеля со специальным эмуляционным модулем. Эмуляционный модуль вставляется вместо микроконтроллера в отлаживаемую систему.

Эмулятор обычно поддерживает какое-то одно семейство микропроцессоров (на-

пример INTEL 8031/8051/8052, INTEL 8080/8085 или ATMEL AVR), а конкретный микропроцессор в семействе определяется сменным эмуляционным модулем. Таким образом можно наращивать парк эмулируемых процессоров, приобретая дополнительные эмуляционные модули.

Если микроконтроллер невозможно удалить из отлаживаемой системы, то использование эмулятора возможно, только если этот микроконтроллер имеет отладочный режим, при котором все его выводы находятся в третьем состоянии. В этом случае для подключения эмулятора используют специальный адаптер-клипсу, который подключается непосредственно к выводам эмулируемого микроконтроллера.

Связанная с эмулятором системная шина МПС обеспечивает управление всеми аппаратурными средствами прототипа МПС и не требует никаких дополнительных шин управления. После стыковки разъемов эмулятора и прототипа соединяются их системные шины, и прототип МПС может функционировать так, как будто в прототип установлен настоящий МП.

Однако имеется очень существенное отличие эмулятора от реального МП: при установке в конструктив прототипа реального МП без эмулятора отсутствует возможность контролировать внутреннее состояние и управлять поведением прототипа, за ис-

ключением подключаемых к МПС входных и выходных устройств. С другой стороны, с помощью эмулятора обеспечивается полный контроль состояния МП, гибкое управление прототипом МПС в различных режимах, необходимых для отладки, а также анализ ошибок в работе МПС.

Эмулятор в процессе отладки МПС позволяет эмулировать (заменять) не только целевой МП, но также некоторые функциональные узлы и блоки прототипа МПС узлами и блоками эмулятора. Например, память эмулятора может быть применена в качестве ОЗУ или ППЗУ прототипа МПС. Точно гак же может быть использован тактовый генератор (блок синхронизации) эмулятора вместо соответствующего блока прототипа. Последовательная подмена частей АС прототипа МПС, а также широкие функциональные возможности эмулятора по анализу состояния ПС и АС МПС позволяют производить поэтапную отладку устройства: от отладки с использованием максимально возможного числа узлов эмулятора постепенно переходят на отладку с использованием полного состава реальных АС прототипа МПС, за исключением МП. При этом для бо-

лее полного выявления логических ошибок в ПС необходимо по возможности наибольшую часть ПС выполнить и проверить только в составе эмулятора без подключения прототипа МПС. После выявления ошибок на этом этапе следует переходить к другим этапам отладки МПС.

Эмуляторы могут содержать элементы логического анализатора - трассировщик ипроцессор точек останова (Breakpoint Processor - ВР). Трассировщик запоминает пройденный процессором путь, причем ненужную информацию можно игнорировать (например, запомнить только обращения к программной памяти в некоторой области адресного пространства). ВР позволяет устанавливать точки останова, анализируя состояние процессора (например остановиться после цикла из N обращений к ячейке А, при условии что в ячейку В во время прерывания была записана величина X). Надо подчеркнуть, что и трассировщик, и ВР-процессор работают в темпе реального времени.

Очень важной характеристикой эмулятора является достоверность разрыва реального времени. Это означает, что при выходе из реального времени (например, при встрече точки останова) эмулятор не должен терять флаги прерываний и сами прерывания, а также не должен ложно входить в прерывания, должен корректно остановить таймеры и счетчики и сохранить буфер последовательного канала. Все это необходимо для корректного последующего входа в режим реального времени. В противном случае теряется возможность вести отладку системы, использующей прерывания.

11.2. ПЕРВЫЕ ВНУТРИСХЕМНЫЕ ЭМУЛЯТОРЫ

Даже в начале разработок встраиваемых микроконтроллеров внутрисхемные эмуляторы были самым совершенным инструментом. В 1975 году компания Intel создала свой первый настоящий внутрисхемный эмулятор MDS-800, предназначенный для микропроцессоров 8080. Правда, это были довольно дорогие (в 1975 году MDS-800 стоил 20 тыс. долл.) и громоздкие системы (MDS-800 имел экран, клавиатуру и два дисковода для гибких дисков диаметром 20 см).

В то время подобные эмуляторы были не всегда надежны и во многих ситуациях все-таки вмешивались в работу моделируемого устройства. Таким образом, они работали "в не совсем реальном времени" (хотя и в гораздо более реальном по сравнению с другими методами). Их буферы были небольшими из-за, смешно сказать, высокой стоимости оперативной памяти. Кроме того, они не могли эмулировать более быстродействующие процессоры. В те времена процессор, который можно было бы использовать во встроенной системе, был идентичен процессору, используемому в эмуляторе.

Эмуляторы отличают от мониторов два следующих момента. Во-первых, когда эмулятор останавливается в контрольной точке, останавливается и вся система, при этом разработчик видит перед собой действительно текущее состояние микропроцессорного устройства. В случае же с монитором рабочая система и программа монитора продолжают исполняться, при этом монитор на деле информации о внутреннем состоянии микропроцессора не дает. Точки останова в эмуляторе могут размещаться в любом месте программы, в то время как мониторам и симуляторам свойственны определенные ограничения. В частности, в программах для семейства 8051 контрольные точки, как правило, могут устанавливаться только на месте трехбайтного кода операции.

В чем эмуляторы были похожи на мониторы так это в ориентации на язык ассемблера. Так было в 70-х годах прошлого столетия, когда ни один язык высокого уровня не мог сравниться с нынешней распространенностью в индустрии встраиваемых компьютеров языка Си. Да и код, создаваемый первыми компиляторами языков высокого уровня, не был достаточно компактен, чтобы уместить его во встраиваемых системах.

Из-за высокой стоимости и сравнительной ненадежности некоторых первых эмуляторов многие пользователи отказывались от них в пользу ПЗУ-мониторов. Это может показаться шагом назад, однако разработчики предпочитают двигаться вперед в решении своей задачи, а не тратить время на борьбу с ненадежным оборудованием. Симуляторы были недоступны, и мониторы были единственным выходом в этой ситуации.

Кроме того, иногда вместо эмуляторов использовались логические анализаторы, поскольку они имели гораздо лучшие средства синхронизации доступа к информации. По крайней мере, они позволяли видеть, что творится на шине, не нарушая при этом ее работы.

Также одним из недостатков первых эмуляторов было низкое быстродействие последовательных линий связи. Хотя 9600 бод довольно высокая скорость, на загрузку программы могло уходить значительное время. Кроме того, требовалось время и на генерацию таблицы символов.

11.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ВНУТРИСХЕМНЫХ ЭМУЛЯТОРОВ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ

11.3.1. Классификация внутрисхемных эмуляторов

Функционально внутрисхемные эмуляторы делятся на стыкуемые с внешней вычислительной машиной (обычно это бывает IBM PC) и функционирующие автономно.

Автономные внутрисхемные эмуляторы имеют индивидуальные вычислительные ресурсы, средства ввода-вывода, не требуют для своей нормальной работы стыковки с какими-либо внешними вычислительными средствами, но за это пользователю приходится расплачиваться либо существенно более высокой ценой, либо пониженными функциональными и сервисными возможностями по сравнению с аналогичными моделями, стыкуемыми с IBM PC.

11.3.2. Функциональные возможности ВСЭ

Набор функциональных возможностей, которые предоставляют разработчику внутрисхемные эмуляторы, весьма широк и включает в себя практически все разнообразие функциональных модулей средств разработок.

Также существенно облегчить работу разработчика может наличие в программной оболочке эмулятора встроенного редактора, встроенного менеджера проектов и системы управления. Тогда стирается грань между написанием программы, ее редактированием и отладкой. Переход от редактирования исходного текста к отладке - началу

работы собственно эмулятора и обратно происходит «прозрачно» и синхронно с активизацией соответствующих окон, менеджер проектов автоматически запускает компиляцию по мере необходимости и активизирует соответствующие окна программного интерфейса.

При работе внутрисхемного эмулятора в составе интегрированной среды столь же просто можно осуществить и переход к отладке проекта с помощью имеющегося от- ладчика-симулятора или приступить к занесению в ПЗУ микроконтроллера отлаженной программой.

Некоторые модели внутрисхемных эмуляторов могут предоставлять пользователям и другие дополнительные возможности. Среди них отметим одну, хотя и достаточно специфическую, но в ряде случаев имеющую принципиальное значение: возможность построения многоэмуляторных комплексов, необходимых для отладки мультипроцессорных систем. Отличительной особенностью такого комплекса является возможность синхронного управления (с одного компьютера) несколькими эмуляторами.

11.3.3. Достоинства и недостатки внутрисхемных эмуляторов

К достоинствам внутрисхемных эмуляторов следует отнести

широкий набор функциональных возможностей, что делает внутрисхемные эмуляторы наиболее мощным и универсальным средством отладки;

работу внутрисхемного эмулятора в реальной схеме электронного блока, в котором предполагается робота микроконтроллера или ЦПОС;

большая гибкость моделирования временных и электрических характеристик микроконтроллера, что связано с преимущественно программным методом их моделирования

Однако внутрисхемные эмуляторы имеют и недостатки.

Основным из них является трудность программного моделирования электрических сигналов на выводах микроконтроллера в реальном масштабе времени. Для адекватного моделирования быстродействие моделирующего процессора или компьютера должно быть существенно выше, чем эмулируемого микроконтроллера, что достижимо далеко не всегда, особенно в случае эмуляции современных высокопроизводительных цифровых процессоров обработки сигналов и микроконтроллеров.

Кроме того, даже в случае работы в замедленном масштабе времени, различные модели внутрисхемных эмуляторов могут иметь разного рода ограничения по контролю и управлению функционированием отлаживаемых устройств, что связано с трудностью их моделирования. Например, это может быть некорректное обрабатывание прерываний в пошаговом режиме, или запрет на использование последовательного порта и т.п.

11.4. СОВРЕМЕННЫЕ ВНУТРИСХЕМНЫЕ ЭМУЛЯТОРЫ

Современный эмулятор, как и вся электронная техника, стал меньше в размерах, быстрее в операциях, приобрел множество функций и стал стоить намного дешевле. Все этим он обязан "потере" встроенного экрана, клавиатуры и флоппи-дисков, благодаря чему удалось повысить его надежность и удешевить производство. В то же время повысилась скорость вычислений эмулятора, что обеспечило не влияющую на основной режим работы эмуляцию операций в реальном масштабе времени со скоростью, о которой еще несколько лет назад приходилось только мечтать. Последнее объясняется тем, что, в целом, быстродействие встраиваемых целевых систем, по сравнению с эмуляторами, возросло не столь сильно. В них по-прежнему используется 8-Мгц микро-

процессор семейства 8051, в то время как в хост-системе на месте 16-МГц процессора 80286 уже стоит Pentium4 с рабочей частотой 2000 МГц.

Наконец-то внутрисхемные эмуляторы освободились от ассемблера и могут работать с языками высокого уровня (как минимум с Си).

Благодаря поддержке расширенных средств управления объектами в формате OMF (Object Module Format) современные эмуляторы могут отображать текст на языке высокого уровня с полным описанием типов и символов. В некоторых недорогих эмуляторах поддержка расширенных OMF-средств все еще отсутствует. Кроме уже упоминавшихся дисплея и пользовательского интерфейса, в современных ВСЭ отсутствуют микропереключатели (больше не нужны). Конфигурирование и задание параметров теперь выполняется программным образом (с сохранением во флэш-памяти или ПЗУ). В число таких параметров входят тактовая частота целевой системы, тип процессора (и семейство), а также конфигурация периферийных устройств.

Благодаря удешевлению памяти многие эмуляторы оснащены буферами трассировки значительных объемов, причем этот факт преподносится как одно из достоинств эмулятора. Некоторые производители все-таки проанализировали, что же на самом деле требуется для повышения эффективности, и пришли к выводу, что лучше тратить меньше времени на трассировку 1К байтов, чем долго ворошить 8К байтов в поисках возникшей проблемы. Всё это требует хорошего набора триггеров и хранения нужной информации в буфере. В состав нужной информации входят:

адреса выполненных инструкций (а также не загруженных и проигнорирован-

метки кодов и названия переменных, внешние сигналы, порты и т.д.

состояния шины, результаты команд чтения/записи, подтверждения прерываний и

Хороший эмулятор должен также представлять данные несколькими способами. Например, в виде дисассемблированного кода, операторов языка высокого уровня, машинных циклов и, как делает большинство программ, в виде двоичного и шестнадцатеричного кода. Желательна также возможность генерации событий и организации буфера как кольцевого и линейного.

Должна также существовать возможность объединения этих режимов с целью, например, трассировки на основе абсолютных циклов с отображением ситуации до (или после) события в виде операторов языка высокого уровня.

Некоторые эмуляторы лишь регистрируют в буфере трассировки точки перехода в программе, а затем при анализе содержимого динамически воссоздают на его основе исходный текст. Вместе с механизмами определения моментов запуска и останова и выявления обращений к библиотекам это может дать весьма мощную систему трассировки, не требующую большого объёма буфера трассировки. Кроме того, должна существовать возможность доступа к содержимому буфера трассировки во время исполнения программы средствами эмулятора (а не позднее средствами текстового редактора).

Некоторым эмуляторам буферы трассировки большого объема нужны потому, что они записывают в него весь ассемблерный код, а не только операторы языка Си, и не умеют игнорировать обращения к библиотечным функциям. Кроме того, как уже ранее говорилось, они могут вставлять в начало каждого оператора языка Си инструкцию

Во многих случаях для создания внутрисхемного эмулятора требуются специализированные микросхемы, которые есть только у производителя кристаллов. Для решения этой проблемы полупроводниковая промышленность предлагает такое средство, как FPGA-матрицы. Они часто используются в составе недорогих эмуляторов, для того

чтобы создать у будущего пользователя впечатление практически тех же возможностей, что и у более дорогих ВСЭ. Впечатление сохраняется до тех пор, пока вы не начнете этим ВСЭ пользоваться и не обнаружите, что по эффективности он не сравним с настоящим эмулятором, особенно там, где вам как раз и нужны его возможности как системы "жесткого" реального времени.

Эта новая дешёвая технология породила множество так называемых "универсальных" эмуляторов, которые могут работать с несколькими семействами микропроцессорных устройств. Однако если бы всё было так просто, применение FPGA-матриц для выпуска многоархитектурных эмуляторов привлекло бы многих ведущих производителей ВСЭ. И по стоимости было бы замечательно, однако на практике так не произошло!

Одной из "преходящих" проблем в истории внутрисхемных эмуляторов оказалась проблема последовательных соединений. В те времена, когда скорость передачи по параллельным линиям связи составляла 1200, 2400, 4800 и (при известном старании) 9600 бод, панацеей считалось соединение персонального компьютера и ВСЭ параллельными линиями связи. Некоторые производители даже встраивали эмулятор непосредственно в персональный компьютер! Современные же последовательные линии вполне нормально работают на скорости 115200 бод. Даже весьма крупные программы загружаются за секунды. Параллельные шины ушли со сцены, во многих системах уступив место линиям Ethernet.

11.5. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВНУТРИСХЕМНЫХ ЭМУЛЯТОРОВ

Кроме поддержки языков высокого уровня и улучшенных триггеров и трассировки, современные эмуляторы обладают множеством других достоинств. Среди них анализ использования кода и подсчет времени исполнения. Некоторые симуляторы тоже имеют подобные характеристики, однако не на реальном оборудовании и не в реальном времени, что превращает подсчет времени исполнения в чисто академический интерес.

11.5.1. Анализ использования кода

Анализ использования кода одна из важнейших составляющих процесса тестирования и аттестации программы, особенно в системах с повышенными требованиями к безопасности. Если говорить просто, то в процессе этого теста должно быть документально доказано, что при выполнении конкретной тестовой программы все инструкции исполняются, причём без сбоев. После прохождения этого теста конечному пользователю даётся практически абсолютная гарантия того, что скрытых ошибок в системе нет.

Анализ использования данных определяет, к каким областям данных осуществлялся доступ в процессе тестирования, позволяя выявлять потенциально опасные операции чтения (READ), выполняемые до инициализации данных операцией записи (WRITE). Для аттестации встраиваемой программы она должна работать на целевом оборудовании в режиме реального времени. Такое возможно только с использованием ВСЭ. На симуляторе может быть выполнен и анализ использования кода, однако не в реальном аппаратном окружении, к тому же ПЗУ-монитор (если только не поставляется в составе продукта) меняет распределение памяти (и в любом случае не обеспечивает работу в реальном масштабе времени).

11.5.2. Подсчет времени исполнения

Подсчет времени исполнения прикладных программ требует от симуляторов работы в режиме настоящего, "жесткого", а не псевдореального времени. Симуляторы могут показывать длительность исполнения в циклах и процентах, но не в миллисекун-

дах. Одно из достоинств современных эмуляторов, на которое часто не обращают внимания, их способность определять, по желанию пользователя, чистое время исполнения функций, то есть длительность их исполнения, как с учетом, так и без учета времени работы подпрограмм и вызываемых библиотечных функций. Предположим, надо узнать, сколько времени занимает выполнение функции, содержащей множество операторов IF. Глупо просчитывать напрямую все возможные варианты выполнения этой функции (хотя владеть карманным калькулятором вы научитесь мастерски). Эмулятор, удалив все вложенные подпрограммы, точно определит длительность исполнения основного тела функции.

11.6. ВНУТРИСХЕМНЫЙ ЭМУЛЯТОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА

Возможности "реального" внутрисхемного эмулятора проиллюстрируем на примере модели PICE-51 отечественной фирмы «Фитон».

11.6.1. Общее описание PICE-51

PICE-51 - эмулятор нового поколения, созданный с применением новых технологий разработки аппаратуры и программного обеспечения (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Внешний вид внутрисхемного эмулятора PICE-51

Применение программируемых матриц большой емкости позволило резко сократить размеры эмулятора без какого-либо ущерба его функциональным возможностям, минимизировать отклонения электрических и частотных характеристик эмулятора от характеристик эмулируемого процессора и, тем самым, добиться максимальной точности эмуляции на частотах до 30 МГц при напряжениях питания от 3.3 В до 5 В.

Перезагружаемая аппаратная структура эмулятора обеспечивает эмуляцию практически всех микроконтроллеров семейства 8051 как отечественного производства, так и фирм: Intel, Philips, Siemens, Atmel, Dallas, Temic, OKI, AMD, MHS и других.

Мощный программный интерфейс в среде Windows, представляет собой интегрированную среду разработки, поддерживающую все этапы разработки программного

обеспечения от написания исходного текста программы до ее компиляции и отладки. Программа поддержки эмулятора ориентирована на отладку программ на языке высокого уровня по исходному тексту.

Эмулятор состоит из основной платы PICE-51 размером 80 х 76мм, сменного адаптера под конкретный процессор POD-51-XX и сменной эмуляционной головки ADP-51-XX под конкретный тип корпуса (рис. 11.2). На основной плате реализованы: трассировщик, процессор точек останова. Плата сменного адаптера содержит эмулирующий процессор под конкретный тип микроконтроллера. Эмуляционные головки обеспечивают установку эмулятора в колодки DIP и PLCC на плате пользователя. Питание эмулятора осуществляется от блока питания +5 В, 0,5 А или непосредственно от отлаживаемого устройства. Связь с компьютером - по гальванически развязанному каналу RS-232C на скорости 115 КБод.

Рис. 11.2. Структура эмулятора PICE-51

11.6.2. Характеристики аппаратуры

Точная эмуляция - отсутствие каких-либо ограничений на использование программой пользователя ресурсов микроконтроллера.

До 256K эмулируемой памяти программ и данных. Поддержка банкированной модели памяти. Распределение памяти между эмулятором и устройством пользователя

с точностью до 1-го байта.

До 512K аппаратных точек останова по доступу к памяти программ и данных.

Аппаратная поддержка для отладки программ на языках высокого уровня.

Трассировка 8 произвольных внешних сигналов.

4 выхода синхронизации аппаратуры пользователя.

Трассировщик реального времени с буфером объемом от 16К до 64K фреймов по 64 бита с доступом "на лету". Трассировка адреса, данных, сигналов управления, таймера реального времени и 8-ми внешних сигналов пользователя.

Программируемый фильтр трассировки.

Аппаратный процессор точек останова с возможностью задания сложного условия останова эмуляции по комбинации сигналов адреса, данных, управления, 8-ми внешних сигналов, таймера реального времени, счетчиков событий и таймера задержки.

Четыре комплексных точки останова, которые могут быть использованы независимо или в комбинациях по условиям AND/OR/IF-THEN.

48-разрядный таймер реального времени.

Прозрачная эмуляция - доступ "на лету" к эмулируемой памяти, точкам останова, процессору точек останова, буферу трассировки, таймеру реального времени.

Управляемый генератор тактовой частоты для эмулируемого процессора. Возможность плавного изменения тактовой частоты от 500 кГц до 40 МГц.

Гальванически развязанный от компьютера канал связи RS-232C со скоростью обмена 115 КБод.

Встроенная система самодиагностики аппаратуры эмулятора.

11.6.3. Характеристики программного обеспечения

Программное обеспечение ориентировано на работу в среде Windowsв на IBMсоместимых компьютерах с процессорами типа 386/486/Pentium;

Встроенный многооконный редактор предназначен для написания исходных текстов программ. Редактор поддерживает операции с блоками текста, поиск/замену, цветовое выделение синтаксических конструкций языка ассемблера и Си;

Встроенный менеджер проектов обеспечивает автоматическую компиляцию программ. Все опции задаются в диалоговой форме. Переход от редактирования исходного текста к отладке и обратно происходит "прозрачно", т.е. менеджер проектов автоматически запускает компиляцию проекта при необходимости;

PICE-51 обеспечивает символьную отладку и отладку по исходному тексту для программ, созданных с помощью следующих компиляторов:

o ассемблерASM51 фирмыIntel ;

o ассемблер MCA-51 фирмы Фитон/МикроКосм; o компилятор PL/Mфирмы Intel;

o ассемблер и компиляторСи фирмыIAR Systems ;

o ассемблер и компиляторСи фирмыAvocet Systems Inc./HiTech ;o ассемблер и компилятор

терфейса и опций отладки. Обеспечивается совместимость файлов конфигурации с симулятором PDS-51. Обеспечена переносимость проектов между эмулятором PICE-51 и симулятором PDS-51;

Возможность настройки цветов, шрифтов и других параметров для всех окон одновременно и для каждого окна в отдельности;

Эмулятор снабжен печатным руководством по эксплуатации и контекстным электронным руководством, в которых детально описаны его принципы работы, команды, меню, горячие клавиши.

Таблица 11.1. Сравнительные характеристики некоторых эмуляторов для микроконтроллеров семейства 8051

Заключение

Микропроцессорную систему можно заставить выполнять программу под управлением внешней, главной системы, которая берет на себя функции ЦПУ целевой системы. Поведение шин, памяти и схем ввода-вывода целевой системы может отслеживаться главной системой, даже если целевая система не имеет устройств ввода-вывода или имеет, но они неисправны. Большинство ВСЭ располагает возможностью трассировки в реальном масштабе времени.

Эмулятор позволяет разработчику осуществить прогон программы (или фрагментов программы) в реальном времени, вести пошаговую отладку программы, запуск про-

Улучшения

Отличается от первого поколения — редуктором. В нем вакуумный запорный клапан заменили электромагнитным. Соответственно изменился переключатель вида топлива. Теперь можно открывать подачу газа электроникой.

Бензин отключается электроникой — клапан уже не нужен.

Электронный блок управления поддерживает оптимальный состав газо-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя.

Схема

1. Баллон
2. Мультиклапан + Блок вентиляции
3. Шланги и трубопроводы высокого давления (газовая магистраль)
4. Заправочное устройство
5. Газовый клапан с фильтром (электромагнитный)
6. Редуктор (газовый испаритель)
7. Дозатор газа
8. Смеситель (миксер)
9. Бензиновый клапан (электромагнитный) или Эмулятор работы инжектора
10. Переключатель вида топлива (газ-бензин)

На схеме также изображен бензиновый клапан, однако в большинстве случаев на инжекторных моторах, его установка практически не возможна.
Гораздо проще и правильней отключать бензин с помощью — эмулятора работы инжектора.

Электрическая схема

Основным электрическим узлом в схеме является переключатель газ-бензин и он устанавливается в обязательном порядке независимо от типа двигателя.

1. Баллон

Баллон цилиндрической формы — наиболее часто встречающаяся форма на установках ГБО первого поколения.

Баллон тороидальной формы — разработан для крепления в месте хранения запасного колеса. Такая форма позволяет удобно разместить баллон в машине сохранив в ней полезное место, например в кузове универсал.

Разброс в стоимости у балонов присутствует, лучше всего к установке тороидальные варианты.

2. Мультиклапан и Блок вентиляции

Свободное пространство необходимо в баллоне для обеспечения безопасности. Даже в случае нагревания баллона до +70 C, что невозможно даже в случае суровой эксплуатации машины, жидкость заполнит остаточный объем.

Стоимость мультиклапана в пределах 2000 руб. Есть варианты и за 1500 руб.

Мультиклапан выполняет и другие функции:

После установки газобаллонного оборудования электронный контроль работы бензинового впрыска находит нарушение в работе оборудования. Электроника считает, что нет подачи электроэнергии. Подавая соответствующий сигнал, контроллер автоматически переводит двигатель в аварийный режим работы.

Избежать подобных ситуаций поможет эмулятор форсунок ГБО . Этот прибор воссоздает работу бензинового впрыска, когда в двигатель подается газовоздушная топливная смесь. Конфликт в системе разрешается, и двигатель работает в штатном режиме.

Устройства эмулятора

Имитатор работы бензиновых форсунок представляет собой блок микросхем, передающий электрический импульс на контрольное устройство. Изделие устанавливают в системах газобаллонного оборудования 2-го поколения с двигателем инжекторного типа.

Отметим, что в системах 3-го и 4-го функционал эмулятора изначально запрограммирован в электронной системе управления. Поэтому для них устройства такого типа не выпускаются.

В зависимости от количества цилиндров в двигателе производятся модели эмулятора форсунок ГБО для 2, 4, 6 и 8 цилиндров.

Для работы имитирующему устройству требуется подключение к источнику тока 12 вольт в автомобиле. Оно осуществляется с помощью проводов, которые входят в комплект поставки. Для соединения с форсунками, в зависимости от типа автомобиля, используются соединительные разъемы типа «Европа-Бош» или универсальный разъем.

Устройство начинает свою работу одновременно с системой газобаллонного оборудования. Для этого водитель переводит переключатель на панели управления в соответствующее положение.

Принцип работы узла

После перехода с бензина на газовое горючее эмулятор посылает электрический сигнал на бензиновые форсунки, имеющие активное сопротивление 100 Ом. Защитная электроника двигателя продолжает принимать сообщения о том, что работа выполняется в штатном режиме с использованием бензинового топлива. Таким образом, новое оборудование не конфликтует с базовыми операционными системами.

Производителями эмулятора учтен тот факт, что переключение с одной системы на другую происходит через определенное время. Поэтому имитирующее устройство имеет функцию регулируемой задержки (до 5 секунд). Эта функция обеспечивает плавный переход на альтернативный вид горючего и защищает двигатель от сбоев в работе.

Если имеется такая конструкционная возможность, эмулятор не создает задержку при переключении. Параметры задаются во время настройки оборудования при его установке.

Особенности оборудования

Эмуляторы форсунок ГБО выпускаются в нескольких вариантах исполнения:

• для автомобилей европейского стандарта;
• для машин японского типа.

Это связано с особенностями электронных систем управления работой топливной системы двигателя.

Определить тип имитатора помогает маркировка. Для обозначения прибора евросистемы используется латинская литера «Е» (Euro ), для японской – литера «J » (Japan ) .

Помимо этого, в наименовании товара производителями указывается количество цилиндров двигателя, под которое запрограммирована работа устройства.

Эта информация помогает не искушенному покупателю во время выбора нужного для его автомобиля прибора.

В завершении отметим, что на рынке встречаются имитирующие устройства кустарного производства с нестандартным программным обеспечением. Такие самодельные приспособления не имеют гарантии работоспособности, которые дают своей продукции крупные производители.

ГБО 2 поколения у многих ассоциируется с карбюраторными двигателями. Отличие этих систем ГБО от популярного ГБО 4 в том, что в 4-м поколении вся работа построена на автоматике и работе ЭБУ, тогда как во 2-м поколении половина узлов механизирована и работает по принципу избыточного давления в магистралях.

Однако бывают случаи, когда подключение ГБО 2 поколения на инжектор оказывается самым оптимальным вариантом. Например, монтаж на машины 90-х годов с пробегом свыше 300 тыс. км. Отличия ГБО на инжектор от карбюраторных комплектов 2-го поколения:

• более точный впрыск топлива через газовые форсунки. В карбюраторных системах газ подается в карбюратор;
• наличие эмулятора лямбда-зонда;
• быстрое переключение между газом и бензином за счет наличия электроники (в карбюраторных системах эта функция реализована с задержкой).

Устраняем неисправности ГБО на инжектор

1. Двигатель не работает на газу или плохо заводится. Возможны решения:

• проблемы с мультиклапаном;
• не работает редуктор или забиты его фильтры;
• проблемы с регулировкой ГБО;
• нарушена герметичность впускной системы;
• вместе с газом одновременно подается и бензин (проблемы с эмулятором работы инжектора или проблемы с бензоклапаном).

• необходимо долить тосол или найти утечку;
• забиты магистрали подачи охлаждающей жидкости;
• есть нарушения в герметичности газовых клапанов.

• проблемы с системой холостого хода на карбюраторе;
• не отрегулирован редуктор (давление в магистрали);
• необходимо слить конденсат из редуктора.

• неисправность в зажигании автомобиля;
• забиты фильтры, магистрали или мультиклапан.

• проблемы со свечами, катушкой зажигания, высоковольтными проводами;
• сбита регулировка газобаллонного оборудования;
• нарушены зазоры между седлами и клапанами, неправильно остановлен ремень ГРМ.

Если вы не нашли в этом списке признаков неисправности вашего ГБО, то приезжайте в KOSTA GAS, где вам сделают лучший ремонт ГБО в Харькове . Наши специалисты разбираются в любых типах ГБО и готовы помочь вам в любом вопросе: оптимизация

Эмулятор форсунок необходим для с инжектором. Установка и подключение эмулятора форсунок ГБО 2 поколения имеют несколько обязательных условий, которые требуется выполнить для продуктивной работы всей системы.

Эмулятор форсунок – что это?

Эмулятор газового оборудования 2 поколения является специальным устройством, которое создает имитацию работы форсунок бензинового типа, что позволяет механизмам функционировать в штатном режиме. При включении форсунок эмулятивного (эмитирующего) характера начинается подача газа. Механизм является очень важным приспособлением, которое сохраняет возможность полноценной работы без ошибок и повреждений.

Важно! При отсутствии электронного приспособления механизм выйдет из строя или откажется работать.

Для установки эмулятора форсунок ГБО 2 поколения и его подключения необходимы определенные навыки, так как при данном процессе придется проводить еще и настройку. Этот процесс лучше доверить профессиональным механикам, так как в противоположном случае могут возникнуть небольшие неполадки, которые будут проявляться в слишком медленной или ускоренной работе механизмов.

Важно! Бензонасос при переходе на газ не отключается, так как бензин охлаждает и омывает свою часть системы, в том числе форсунки бензинового типа. Также в бензобаке должно присутствовать топливо.

Кроме этого, необходимо учитывать, что прогрев двигателей производится бензином, а не газом. В ином случае система отключится или может получить повреждение.

У инжектора есть ряд необходимых датчиков. Для эмулятора лямбда зонд для ГБО 2-го поколения является очень сложным механизмом, который, в основном, регулирует ЭБО при работе на бензине для поступления топлива. При переходе на газ цепь передачи данных разрывается, и вторичный эмулятивный лямбда зонд создает передачу сразу на контроллер. Если использовать первичный датчик, то машина сразу перейдет в аварийное состояние, так как ЭБУ покажет, что датчик неисправен.

Электроника у инжекторной машины очень чувствительная, поэтому лучше установкой и настройкой заниматься самостоятельно, только при наличии определенного опыта.

В целом, у эмулятора несколько функций, которые являются очень важными. Эти функции регулируют работу всего перехода и дальнейшего процесса:

• отключение форсунок бензинового типа;
• переход на работу на газе с имитированием бензинового форсуночного механизма;
• обман ЭБУ штатного типа в виде имитации рабочего процесса бензиновых форсунок;
• исключение перехода в аварийный режим;
• регулировка ряда процессов, в том числе с датчиками.

Также стоит учитывать, что у инжектора с правильно настроенным электронным механизмом есть преимуществ при автоматическом режиме, то есть переход с бензина на газ произойдет практически моментально после поворота зажигания. Но для этого необходима температура двигателя около сорока градусов.

На нашем сайте есть статьи про различные газовые форсунки:

Установка и настройка

Установка и настройка устройства производятся одновременно, так как в противоположном случае могут возникнуть проблемы. Любое неправильное подключение может привести к таким последствиям:

• неправильная работа при зажигании, в том числе отсутствие поступления газа;
• неустойчивый процесс работы при холостом ходу с газом;
• обмерзание редуктора;
• наблюдаются провалы в работе или после холостого хода.

Именно по этой причине правильное обустройство чрезвычайно важно. В приоритете переоборудование автомобиля при встраивании устройства специалистами, которые сразу и настроят все элементы и характеристики.

Для самостоятельной установки схема подключения эмулятора форсунок ГБО 2 поколения довольно сложна, но, при наличии опыта, можно все сделать правильно. Кроме этого, стоит помнить несколько простых правил:

• стандартное сопротивление электронного механизма должно быть около 100 ОМ;
• установка устройства должна учитывать наличие или отсутствие саморегуляции;
• для каждого инжектора есть свой механизм, например, для «европейцев» подойдет устройство с маркировкой EI, а для японцев – JI. Это позволит подобрать устройство с соответствующими разъемами и характеристиками;
• стоит учитывать количество цилиндров, так как в соответствии с этим идет индивидуальный подбор эмулятора;
• требуемый предел задержки перехода варьируется от нуля до 5 секунд. Диапазон устанавливается в соответствии с конфигурацией двигателя индивидуально, сразу после монтажа.

При полном обустройстве сразу отрабатывается плавность перехода и самого хода. Это позволяет избегать большинства дальнейших проблем с эксплуатацией. Если самодиагностика отсутствует (лампа Check Engine не загорается при отключении бензинового типа форсунок), то переход можно сделать с помощью обычного реле. В противном случае установка сложнее. Если же реле подключать, то лучше пятиконтактное с отправкой плюсового провода к форсунке бензинового типа. Лучшим выбором будет напряжение в 12 вольт.

В более сложном варианте подключение эмулятора идет через переключатель ГБО. В этом случае потребуется регулировка задержки в соответствии с экспериментальной работой, то есть требуемый уровень задержки обозначен опытным путем. Это происходит из-за различных индивидуальных особенностей каждого двигателя. При наличии датчиков потребуется установка лямбда зонда эмулятивного типа. Он также носит название кислородный. При его установке в ЭБУ будет приходить сигнал о норме топлива, что позволит машине не перейти на аварийный режим.

Читайте , как правильно чистить и заменять газовые форсунки.

В заключение

Устройство эмулятивного характера является имитатором работы элемента бензинового типа с электронным характером. Лучше всего устанавливать данное устройство при переоборудовании инжектора на ГБО 2 поколения, так как следующие модификации уже имеют в себе данный элемент.

Для каждого ЭБУ есть свой собственный индивидуальный механизм, который надо подбирать по характеристикам. Сам процесс по встраиванию в систему должен производиться профессионалами. Это позволяет устранить недочеты, возникшие на первом этапе.