MDK軟件不能模擬仿真STM32的問(wèn)題解決方法

引言
　　MDK軟件在模擬仿真時(shí)，不能很好地支持各種STM32系列芯片，目前對(duì)STM32F103系列芯片支持模擬仿真，但對(duì)于其他系列芯片不支持或只是部分支持。主要存在的問(wèn)題是：PC和SP不能自動(dòng)裝載，存儲(chǔ)器不能訪問(wèn)，中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行或觸發(fā)，外設(shè)寄存器不能修改或觀察。要解決上述問(wèn)題，必須通過(guò)相應(yīng)的設(shè)置和相關(guān)的操作，才能完成模擬仿真。
1 模擬仿真的實(shí)現(xiàn)及PC和SP的自動(dòng)裝載
　　在MDK軟件中，只有部分STM32芯片支持模擬仿真（如STM32F103），大部分芯片都不支持模擬仿真。主要的問(wèn)題是，當(dāng)進(jìn)入調(diào)試界面后，R15 (PC)的值為0x00000000，不能進(jìn)行調(diào)試操作（如單步、全速等）。要能對(duì)STM32進(jìn)行模擬仿真，必須使PC的值不能為0。通過(guò)分析STM32芯片的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可知，在存儲(chǔ)器地址0x00000000處保存的是堆棧指針SP的值，程序加載時(shí)自動(dòng)把該值送給SP，在存儲(chǔ)器地址0x00000004處保存的是程序指針PC的值，程序加載時(shí)自動(dòng)把該值送給PC，程序從該P(yáng)C值取指令執(zhí)行程序，而不是從地址0x00000000處執(zhí)行程序。而STM32芯片的Flash程序存儲(chǔ)器地址是從0x08000000處開(kāi)始的，當(dāng)進(jìn)入模擬仿真時(shí)，MDK軟件不能把Flash的地址送給PC和SP?？赏ㄟ^(guò)以下操作步驟完成PC和SP的自動(dòng)裝載。
①打開(kāi)MDK自帶的工程文件，如C:KeilARMBoardsSTSTM3240GEVALBlinkyBlinky.uvproj。
②單擊“編譯”工具欄上面的下拉菜單，選擇“STM32F407 Flash”。
③單擊，打開(kāi)“Options”對(duì)話框，切換到“Output”選項(xiàng)卡，勾選“Debug Information”和“Browse Information”，用以產(chǎn)生調(diào)試信息。再切換到“Debug”選項(xiàng)卡，單擊“Use Simulator”，選擇模擬仿真，確保勾選“Load Application at Startup”，其他為默認(rèn)設(shè)置。
④單擊，編譯程序，并保證編譯成功。
⑤單擊，開(kāi)始調(diào)試，進(jìn)入調(diào)試界面后，觀察“Registers”寄存器選項(xiàng)卡中的R15 (PC)的值，如果值為0，則說(shuō)明不能進(jìn)行模擬仿真，“單步”調(diào)試等無(wú)效，須進(jìn)行步驟⑥的操作，否則可不進(jìn)行步驟⑥的操作。
⑥停止調(diào)試，再次單擊，打開(kāi)“Options”對(duì)話框，切換到“Target”選項(xiàng)卡，將IROM1的值［0x08000000,0x100000］修改為［0x0,0x100000］，以使Flash的起始地址從0x0開(kāi)始。單擊重新編譯程序，再次單擊，開(kāi)始調(diào)試，PC的值將不再為0，即可進(jìn)入模擬仿真，“單步”調(diào)試等有效。
2 存儲(chǔ)器的訪問(wèn)
　　當(dāng)進(jìn)入模擬仿真界面后，按“全速”F5或“單步”F10調(diào)試鍵后，在“command”窗口中將會(huì)出現(xiàn)類似如下的錯(cuò)誤提示：“***error 65: access violation at 0x40023800 : no ′read′ permission”，意思是在地址0x40023800處訪問(wèn)違例，沒(méi)有“讀”的權(quán)限。地址0x40023800是外設(shè)寄存器地址。要使外設(shè)寄存器地址具有相應(yīng)的“讀”、“寫(xiě)”、“執(zhí)行”權(quán)限，可在命令窗口中輸入MAP命令(不區(qū)分大小寫(xiě)）。命令格式為：
　　MAP 起始地址，結(jié)束地址 READ WRITE EXEC其中，READ表示“讀”權(quán)限，WRITE表示“寫(xiě)”權(quán)限，EXEC表示“執(zhí)行”權(quán)限，結(jié)束地址與起始地址的空間尺寸不超過(guò)128 MB，即不超過(guò)0x08000000字節(jié)。外設(shè)寄存器的存儲(chǔ)空間分布較廣，不可能在每次調(diào)試時(shí)都通過(guò)命令窗口輸入MAP指令，可通過(guò)如下的操作步驟進(jìn)行。
①新建一個(gè)文本文件，打開(kāi)該文件，執(zhí)行文件菜單命令“另存為”，在打開(kāi)的“另存為”對(duì)話框中，文件名輸入為initmap.ini，保存類型選擇為“所有文件”，并保存。在文件中輸入如下內(nèi)容并保存：
map 0x40000000,0x47ffffffreadwrite
map 0x50000000,0x57ffffffreadwrite
map 0xa0000000,0xa7ffffffreadwrite
map 0xf0000000,0xf7f00000 readwrite
根據(jù)需要，可在該文件中輸入包含所有外設(shè)寄存器的MAP命令，使所有外設(shè)寄存器都具有“讀”、“寫(xiě)”權(quán)限。但注意映射空間不要超過(guò)0x08000000，否則調(diào)試時(shí)會(huì)提示錯(cuò)誤：“***error 129: MapMemmap size truncated to 128MB”。
②單擊，打開(kāi)“Options”對(duì)話框，切換到“Debug”，在“Initialization File”的右邊單擊，打開(kāi)“選擇仿真初始化文件”對(duì)話框，選擇上一步保存的initmap.ini文件。單擊“Edit”按扭，可打開(kāi)文件再次修改。
3 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行與觸發(fā)
　　當(dāng)解決以上的兩個(gè)問(wèn)題后，可以進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。但這時(shí)中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行，如系統(tǒng)定時(shí)中斷程序；或者不能觸發(fā)中斷，如不能自動(dòng)觸發(fā)SPI中斷程序等。由于已經(jīng)把Flash存儲(chǔ)器的起始地址調(diào)到了0x00000000處，所以也需要把中斷向量偏移量地址設(shè)為0x00000000，即把SCB-﹥VTOR設(shè)為0?？赏ㄟ^(guò)如下方法解決。
①對(duì)于通過(guò)訪問(wèn)SCB-﹥VTOR寄存器來(lái)修改中斷向量的，可通過(guò)“Edit”菜單命令中的“Find in Files”命令查找SCB-﹥VTOR，查找并修改宏定義FLASH_BASE的值為0X00000000。
②如果不能通過(guò)以上的方法修改SCB-﹥VTOR,可以在進(jìn)入仿真界面后，執(zhí)行中斷程序前，選擇“Peripherals”→“Core Peripherals”→“Nested Vectored Interrupt Controller”命令，打開(kāi)中斷向量對(duì)話框，修改VTO的值為0x00000000。當(dāng)然也可以通過(guò)如下的方法完成對(duì)外設(shè)寄存器SCB-﹥VTOR的修改，使它的值為0x00000000：當(dāng)進(jìn)入仿真后，在主函數(shù)main()前設(shè)置一個(gè)斷點(diǎn)，全速運(yùn)行程序，程序在斷點(diǎn)處暫停執(zhí)行，通過(guò)下節(jié)介紹的方法把外設(shè)寄存器SCB-﹥VTOR添加到觀察窗口1，修改SCB-﹥VTOR外設(shè)寄存器的值，使它的值為0x00000000即可。
③對(duì)于SysTick定時(shí)器，可以自動(dòng)觸發(fā)中斷，并執(zhí)行中斷程序，但對(duì)于其他的中斷則不能自動(dòng)觸發(fā)中斷?？砂慈缦路椒ú僮鳎涸谥袛喑绦蛑性O(shè)一個(gè)斷點(diǎn)，并“全速”運(yùn)行程序，通過(guò)選擇“Peripherals”→“Core Peripherals”→“Nested Vectored Interrupt Controller”命令，打開(kāi)中斷向量對(duì)話框，單擊選擇相應(yīng)的中斷，然后勾選Pending復(fù)選框，此時(shí)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，并在斷點(diǎn)處暫停執(zhí)行程序。
4 外設(shè)寄存器的修改
　　在模擬仿真時(shí)，一般要對(duì)外設(shè)寄存器進(jìn)行修改，有些外設(shè)寄存器可直接修改，有些外設(shè)寄存器不能直接修改，如只讀位不能直接修改。要實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)寄存器的修改，可通過(guò)如下的方法進(jìn)行操作。
①對(duì)于要修改的寄存器，可通過(guò)鼠標(biāo)選擇外設(shè)寄存器，如選擇RCC-﹥CR，然后再鼠標(biāo)右鍵，彈出右鍵菜單，執(zhí)行“Add‘RCC-﹥CR ’to…”→“Watch 1”菜單命令，把RCC-﹥CR外設(shè)寄存器添加到觀察窗口1中，如下所示。
　　此時(shí)可在編輯框中修改該外設(shè)寄存器的值。當(dāng)然也可在觀察窗口中，直接輸入外設(shè)寄存器的名稱“RCC-﹥CR”，但此種方法對(duì)某些芯片會(huì)失效。
②用以上方法也不能完成外設(shè)寄存器的修改時(shí)，可通過(guò)如下方法完成修改。停止仿真，單擊，打開(kāi)“Options”對(duì)話框，切換到“Target”選項(xiàng)卡，確保特殊功能寄存器（sfr）文件已被添加。然后單擊的下拉箭頭，選擇并添加所要觀察的外設(shè)，如RCC等，可添加觀察多個(gè)外設(shè)。單擊添加的外設(shè)寄存器，可在下方顯示該外設(shè)寄存器的存儲(chǔ)器地址，如RCC-﹥CR外設(shè)寄存器的地址為0x40023800。最后再選擇“ View”→“Memory Windows”→“Memory 1”打開(kāi)存儲(chǔ)器觀察窗口，在地址欄中輸入地址“0x40023800”，按回車(chē)鍵確認(rèn)輸入，在數(shù)據(jù)區(qū)雙擊數(shù)據(jù)可直接修改。STM32的存儲(chǔ)器采用小端模式，即低地址存放數(shù)據(jù)的低位，高地址存放數(shù)據(jù)的高位。在存儲(chǔ)器窗口中，可通過(guò)右鍵修改顯示方式。
結(jié)語(yǔ)
　　目前最新的MDK版本也未能解決在模擬仿真時(shí)出現(xiàn)的上述問(wèn)題，通過(guò)本文介紹的方法則可以解決，這對(duì)于學(xué)習(xí)STM32，以及使用MDK軟件都有一定的幫助。以上介紹的方法是一個(gè)全面的描述，不是所有的芯片都需要通過(guò)以上步驟來(lái)完成，有的只需要部分操作即可完成。

劉勇軍（講師），主要從事單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)方面的研究與教學(xué)；楊選成（講師），主要從事電路系統(tǒng)方面的研究與教學(xué)。