單片機(jī)仿真器的應(yīng)用原理是什么？

一個(gè)理想的 使開發(fā)者能觀察到單片機(jī)內(nèi)部的操作，仿真器是使替代單片機(jī)并使單片機(jī)操作可視化的硬件工具。

一個(gè)ICE應(yīng)包括兩個(gè)接口，一個(gè)是連接到目標(biāo)板上的MCU插座，另一個(gè)與PC相連。仿真器應(yīng)該與目標(biāo)MCU在電氣及物理上等價(jià)，并能在開發(fā)系統(tǒng)中替代MCU。目標(biāo)系統(tǒng)的操作可由PC得以控制及觀察。在開發(fā)初期，開發(fā)系統(tǒng)依靠仿真器工作，當(dāng)目標(biāo)功能完善后，仿真器將被真正的MCU取代。

ICE的功能及特性：

在主機(jī)與目標(biāo)系統(tǒng)間產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的程序區(qū)，host memory作為仿真程序區(qū)(emulator memory)或Shadow memory

脫離目標(biāo)硬件實(shí)時(shí)測(cè)試代碼

單步(Step)，全速(Run)，從特定的狀態(tài)運(yùn)行到特定的狀態(tài)或到斷點(diǎn)(BreakPoint)。這通常指特定的地址，但也可以是特定的觸發(fā)條件。

修改MCU Register值

在線修改Memory內(nèi)容

實(shí)時(shí)跟蹤記錄已執(zhí)行的程序(Trace)

ICE設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及局限性：

ICE功能的實(shí)現(xiàn)需要與MCU的data bus,address bus,control bus相連，而實(shí)際芯片三往往不連外部引腳

電氣上：ICE的驅(qū)動(dòng)能力及時(shí)序需要與MCU完全相同，而ICE的外加電纜及電路必將降低負(fù)載能力及改變時(shí)序特性，引起一些目標(biāo)系統(tǒng)在極限狀態(tài)下與ICE聯(lián)調(diào)往往會(huì)失敗。

一個(gè)常見的現(xiàn)象是一個(gè)系統(tǒng)用ICE調(diào)試完成最終用實(shí)際MCU取代ICE可保證運(yùn)行，但若硬件開發(fā)過程中未用ICE，為了調(diào)試軟件問題在中途使用了ICE，往往會(huì)在時(shí)序及負(fù)載上出現(xiàn)問題。

理想的是所以的引腳的所以功能與MCU相同，而實(shí)際上不少低端仿真器占用了一個(gè)中斷資源以控制監(jiān)控程序的運(yùn)行

使用ICE的主要優(yōu)點(diǎn)在于：

軟件設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)測(cè)試可先于實(shí)際硬件完成

提供了修改，顯示memory及register的功能，提供了系統(tǒng)的開發(fā)效率

bond-out

MCU是芯片設(shè)計(jì)公司為實(shí)現(xiàn)其商用MCU的仿真功能，將內(nèi)部的數(shù)據(jù)，地址及控制總線連接到芯片的管腳上，使得外部仿真邏輯可以監(jiān)視和控制MCU內(nèi)部的狀態(tài)。一個(gè)ICE的質(zhì)量很大程度上依賴于它與其要仿真的MCU之間的吻合程度，bond-out

MCU能最大程度上提供ICE與商用MCU的無(wú)差別替換。

基于bond-out MCU的在線仿真器的結(jié)構(gòu)

見圖1。系統(tǒng)包括三部分，bond-out MCU，存貯用戶程序的SRAM及仿真監(jiān)控電路。bond-out

MCU的數(shù)據(jù)，地址總線連接到SRAM，作為外部程序儲(chǔ)存器。同時(shí)數(shù)據(jù)，地址及控制總線連接到仿真監(jiān)控電路，使ICE可以監(jiān)視和控制bond-out

MCU的運(yùn)行狀態(tài)。與PC相連的通訊接口根據(jù)速度及成本可選用串口，并口或USB接口。bond-out

MCU從本質(zhì)上將是商用MCU的一種擴(kuò)展，它包括所有商用MCU上的I/O并提供給用戶使用，其電氣與時(shí)序上應(yīng)保證與商用MCU對(duì)應(yīng)管腳完全一致。

1、早期的單片機(jī)內(nèi)部沒有ROM，比如8031、8032，這種單片機(jī)只能外部擴(kuò)展紫外擦除的EPROM存儲(chǔ)器，就是芯片上帶窗口的ROM。紫外擦除的ROM需要用紫外燈照射較長(zhǎng)時(shí)間(10分鐘或者更多)才能擦掉芯片中的內(nèi)容以便寫入新的程序。

2、有的單片機(jī)內(nèi)部ROM是一次寫入成型的，比如8751，程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的ROM之后就不能被擦除。

h1654155282.3538 ? 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)整理 ? 2018-04-13 17:28 ? 12148次閱讀

仿真器出現(xiàn)的原因

1、早期的單片機(jī)內(nèi)部沒有ROM，比如8031、8032，這種單片機(jī)只能外部擴(kuò)展紫外擦除的EPROM存儲(chǔ)器，就是芯片上帶窗口的ROM。紫外擦除的ROM需要用紫外燈照射較長(zhǎng)時(shí)間(10分鐘或者更多)才能擦掉芯片中的內(nèi)容以便寫入新的程序。

2、有的單片機(jī)內(nèi)部ROM是一次寫入成型的，比如8751，程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的ROM之后就不能被擦除。

仿真器的種類

1、軟件仿真器

這種方法主要是使用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)模擬運(yùn)行，實(shí)際的單片機(jī)運(yùn)行因此仿真與硬件無(wú)關(guān)的系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)。用戶不需要搭建硬件電路就可以對(duì)程序進(jìn)行驗(yàn)證，特別適合于偏重算法的程序。軟件仿真的缺點(diǎn)是無(wú)法完全仿真與硬件相關(guān)的部分，因此最終還要通過硬件仿真來(lái)完成最終的設(shè)計(jì)。

2、硬件仿真器

使用附加的硬件來(lái)替代用戶系統(tǒng)的單片機(jī)并完成單片機(jī)全部或大部分的功能。使用了附加硬件后用戶就可以對(duì)程序的運(yùn)行進(jìn)行控制，例如單步，全速。

單片機(jī)仿真器是什么

單片機(jī)仿真器是指以調(diào)試單片機(jī)軟件為目的而專門設(shè)計(jì)制作的一套專用的硬件裝置。

單片機(jī)仿真器的作用

單片 機(jī)仿真器是一種在電子產(chǎn)品開發(fā)階段代替單片機(jī)芯片進(jìn)行軟硬件調(diào)試的開發(fā)工具。配合集成開發(fā)環(huán)境使用仿真器可以對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行單步跟蹤調(diào)試，也可以使用斷點(diǎn)、全速等調(diào)試手段，并可觀察各種變量、RAM及寄存器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，跟蹤程序的執(zhí)行情況。

同時(shí)還可以對(duì)硬件電路進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)試。利用單片機(jī)仿真器可以迅速找到并排除程序中的邏輯錯(cuò)誤，大大縮短單片機(jī)開發(fā)的周期。在現(xiàn)場(chǎng)只利用燒錄器反復(fù)燒寫單片機(jī)，通過肉眼觀察結(jié)果進(jìn)行開發(fā)的方法大大增加了調(diào)試的難度，延長(zhǎng)了整個(gè)開發(fā)周期，并且不容易發(fā)現(xiàn)程序中許多隱含的錯(cuò)誤，特別對(duì)于單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不豐富的初學(xué)者來(lái)說(shuō)更加困難，由此可見，單片機(jī)仿真器單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中發(fā)揮著重要的作用。

單片機(jī)仿真器的工作原理

仿真器內(nèi)部的P口等硬件資源和51系列單片機(jī)基本是完全兼容的。仿真主控程序被存儲(chǔ)在仿真器芯片特殊的指定空間內(nèi)，有一段特殊的地址段用來(lái)存儲(chǔ)仿真主控程序，仿真主控程序就象一臺(tái)電腦的操作系統(tǒng)一樣控制仿真器的正確運(yùn)轉(zhuǎn)。

仿真器和電腦的上位機(jī)軟件(即KEIL)是通過串口相連的，通過仿真器芯片的RxD和TxD端口和電腦的串行口做聯(lián)機(jī)通訊，RxD負(fù)責(zé)接收電腦主機(jī)發(fā)來(lái)的控制數(shù)據(jù)，TxD負(fù)責(zé)給電腦主機(jī)發(fā)送反饋信息。控制指令由KEIL發(fā)出，由仿真器內(nèi)部的仿真主控程序負(fù)責(zé)執(zhí)行接收到的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行正確的處理。進(jìn)而驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的硬件工作，這其中也包括把接收到的BIN或者其他格式的程序存放到仿真器芯片內(nèi)部用來(lái)存儲(chǔ)可執(zhí)行程序的存儲(chǔ)單元(這個(gè)過程和把程序燒寫到51芯片里面是類似的，只是仿真器的擦寫是以覆蓋形式來(lái)做的)，這樣就實(shí)現(xiàn)了類似編程器反復(fù)燒寫來(lái)試驗(yàn)的功能!

不同的是，通過仿真主控程序可以做到讓這些目標(biāo)程序，做特定的運(yùn)行，比如單步、指定端點(diǎn)、指定地址的等，并且通過KEIL可是時(shí)時(shí)觀察到單片機(jī)內(nèi)部各個(gè)存儲(chǔ)單元的狀態(tài)。仿真器和電腦主機(jī)聯(lián)機(jī)后就象是兩個(gè)精密的齒輪互相咬合的關(guān)系，一旦強(qiáng)行中斷這種聯(lián)系(比如強(qiáng)行給仿真器手動(dòng)復(fù)位或者拔去聯(lián)機(jī)線等)，電腦就會(huì)提示聯(lián)機(jī)出現(xiàn)問題，這也體現(xiàn)了硬件仿真的鮮明特性，即“所見即所得”。這些都是編程器無(wú)法做到的。這些給調(diào)試、修改、以及生成最終程序創(chuàng)造了比較有力的保證，從而實(shí)現(xiàn)較高的效率。

單片機(jī)仿真器的發(fā)展

最早的單片機(jī)仿真器是一套獨(dú)立裝置，具有專用的鍵盤和顯示器，用于輸入程序并顯示運(yùn)行結(jié)果;隨著PC機(jī)的普及，新一代的仿真器大多數(shù)都是利用PC機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出裝置，而仿真器本身成為微機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)之間的接口而已，仿真方式也從最初的機(jī)器碼發(fā)展到匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言仿真，仿真環(huán)境也與PC機(jī)上的高級(jí)語(yǔ)言編程與調(diào)試環(huán)境非常類似了。

仿真機(jī)一般具有一個(gè)仿真頭，用于取代目標(biāo)系統(tǒng)中的單片機(jī)，也就是用這個(gè)插頭模仿單片機(jī)，這也是單片機(jī)仿真器名稱的由來(lái)。

目前，隨著單片機(jī)的小型化，貼片化和具有ISP，IAP等功能的單片機(jī)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)單片機(jī)仿真器的應(yīng)用范圍也有所縮小。而軟件單片機(jī)仿真器(即單片機(jī)仿真程序)的應(yīng)用逐漸廣泛，單片機(jī)仿真程序即在個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的特殊程序，可在一定程度上模擬單片機(jī)運(yùn)行的硬件環(huán)境，并在該環(huán)境下運(yùn)行單片機(jī)目標(biāo)程序，并可對(duì)目標(biāo)程序進(jìn)行調(diào)試、斷點(diǎn)、觀察變量等操作，可大大提升單片機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試效率。純軟件單片機(jī)仿真器往往與硬件設(shè)計(jì)程序集成在一起發(fā)布，使得開發(fā)者可以對(duì)單片機(jī)硬件與軟件進(jìn)行同步開發(fā)。

單片機(jī)仿真器是一種用于測(cè)試和驗(yàn)證單片機(jī)(MCU)程序的電子設(shè)備，它可以模擬MCU在實(shí)際硬件上的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)程序的調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證。

單片機(jī)仿真器的工作原理

單片機(jī)仿真器的工作原理主要是通過建立一種類似于虛擬機(jī)的環(huán)境，將單片機(jī)的硬件和軟件模擬出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)程序的模擬和調(diào)試。具體來(lái)說(shuō)，單片機(jī)仿真器主要包括以下幾個(gè)部分：

仿真器芯片：負(fù)責(zé)將電腦與單片機(jī)連接起來(lái)，并傳遞指令和數(shù)據(jù)。

仿真器軟件：負(fù)責(zé)將單片機(jī)程序加載到仿真器芯片中，并根據(jù)指令和數(shù)據(jù)模擬出單片機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

目標(biāo)板：用于連接單片機(jī)和仿真器芯片，并模擬出單片機(jī)的硬件環(huán)境。

當(dāng)單片機(jī)程序被加載到仿真器軟件中后，仿真器軟件會(huì)將指令和數(shù)據(jù)發(fā)送到仿真器芯片，仿真器芯片根據(jù)指令和數(shù)據(jù)再將其傳遞給目標(biāo)板。目標(biāo)板在接收到指令和數(shù)據(jù)后，通過模擬單片機(jī)的硬件環(huán)境，將其轉(zhuǎn)化為單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。仿真器軟件再根據(jù)單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，模擬出單片機(jī)的輸出結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)程序的模擬和調(diào)試。

單片機(jī)仿真器的應(yīng)用

單片機(jī)仿真器是一種非常重要的電子工具，主要應(yīng)用于以下方面：

單片機(jī)程序的開發(fā)和調(diào)試：通過單片機(jī)仿真器，可以快速、準(zhǔn)確地測(cè)試和驗(yàn)證單片機(jī)程序。

單片機(jī)故障分析：當(dāng)單片機(jī)發(fā)生故障時(shí)，可以通過單片機(jī)仿真器對(duì)其進(jìn)行診斷和分析。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試和優(yōu)化：?jiǎn)纹瑱C(jī)仿真器可以幫助工程師對(duì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化，提高其性能和穩(wěn)定性。

總的來(lái)說(shuō)，單片機(jī)仿真器在單片機(jī)開發(fā)、測(cè)試和應(yīng)用中發(fā)揮著非常重要的作用，對(duì)提高單片機(jī)的效率、可靠性和穩(wěn)定性具有重要的意義。