關(guān)于51嵌入式系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

51單片機(jī)(Microcontrollers)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能。

本文介紹一種嵌入式系統(tǒng)仿真方法，通過一種特殊設(shè)計(jì)的指令集仿真器ISS將軟件調(diào)試器軟件Keil uVision2和硬件語言仿真器軟件Modelsim連接起來，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的同步仿真。

縮略詞解釋：

BFM：總線功能模塊。在HDL硬件語言仿真中，BFM完成抽象描述數(shù)據(jù)和具體的時(shí)序信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

PLI：Verilog編程語言接口，是C語言模塊和Verilog語言模塊之間交換數(shù)據(jù)的接口定義。

TCL：字面意思是工具命令語言，是一種解釋執(zhí)行語言，流行EDA軟件一般都集成有TCL。使用TCL用戶可以編寫控制EDA工具的腳本程序，實(shí)現(xiàn)工具操作自動(dòng)化。

ISS：CPU指令集仿真器，可以執(zhí)行CPU的機(jī)器碼。

TFTP：簡單文件傳輸協(xié)議，Windows的tftp.exe既是該協(xié)議的客戶端實(shí)現(xiàn)。

SMART MEDIA：一種存儲(chǔ)卡，常用于數(shù)碼相機(jī)、MP3。

DMA：直接內(nèi)存訪問。用于外部設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。

MAC：媒體接入控制器。本文中是指網(wǎng)卡芯片。

傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)周期、硬件和軟件的開發(fā)是分開進(jìn)行的，并在硬件完成后才將系統(tǒng)集成在一起，很多情況下，硬件完成后才開始進(jìn)行實(shí)時(shí)軟件和整體調(diào)試。軟硬件聯(lián)合仿真是一種在物理原型可用前，能盡早開始調(diào)試程序的技術(shù)。

軟硬件聯(lián)合仿真有可能使軟件設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)早期著手調(diào)試，而采用傳統(tǒng)的方法，設(shè)計(jì)工程師直到硬件設(shè)計(jì)完成才能進(jìn)行除錯(cuò)處理。有些軟件可在沒有硬件支持的情況下完成任務(wù)的編碼，如不涉及到硬件的算法。與硬件相互作用的編碼在獲得硬件之前編寫，但只有在硬件上運(yùn)行后，才能真正對(duì)編碼進(jìn)行調(diào)試。通過采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)，可在設(shè)計(jì)早期開始這一設(shè)計(jì)調(diào)試過程。由于軟件的開發(fā)通常在系統(tǒng)開發(fā)的后段完成，在設(shè)計(jì)周期中較早的開始調(diào)試有可能將使這一項(xiàng)目提早完成，該技術(shù)會(huì)降低首次將硬件和軟件連接在一起時(shí)出現(xiàn)意外而致使項(xiàng)目延期完成所造成的風(fēng)險(xiǎn)。

在取得物理原型前，采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)對(duì)硬件和軟件之間的接口進(jìn)行驗(yàn)證，將使你不會(huì)花太多的時(shí)間在后期系統(tǒng)調(diào)試上。當(dāng)你確實(shí)拿到物理原型開始在上面跑軟件的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過測試的軟件部分將會(huì)正常工作，這會(huì)節(jié)省項(xiàng)目后期的大量時(shí)間及努力。

軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個(gè)硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯(cuò)和控制界面，軟件通過一系列由處理器啟動(dòng)的總線周期與硬件的交互作用。本文以一個(gè)Mini Web卡的開發(fā)介紹一種軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)。

該方案的核心是采用一個(gè)51單片機(jī)仿真引擎GoldBull ISS51(以下簡稱ISS51)，ISS51是51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境Keil uVision2的一個(gè)插件，ISS51具有連接Keil和硬件仿真環(huán)境Modelsim的接口，可以實(shí)現(xiàn)軟硬件同步仿真。在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Modelsim作為硬件仿真和調(diào)試界面，ISS51負(fù)責(zé)軟件執(zhí)行、監(jiān)控軟件斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給Keil、CPU總線時(shí)序產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊(如定時(shí)器，串口)的運(yùn)行等功能。