用VMLAB進(jìn)行AVR單片機硬件/軟件協(xié)仿真

前言

在單片機應用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當源文件的編譯成功后，就要進(jìn)行仿真調試工作。仿真調試可分為兩大類(lèi)--芯片級仿真和代碼級仿真。芯片級仿真是指使用仿真軟件和ICE硬件工具相配合，在實(shí)際硬件上進(jìn)行仿真調試工作；而代碼級仿真則完全在計算機上完成，不需要硬件的參與。兩種類(lèi)型的仿真各有特點(diǎn)，使用的場(chǎng)合不同。本文基于VMLAB，講述了進(jìn)行AVR單片機硬件/軟件協(xié)同仿真的方法。

VMLAB的全稱(chēng)為：VisualMicroLab。它針對于AVR以及ST62系列單片機設計，是一個(gè)單片機的虛擬原型（virtualprototype）框架（frame），它可以提供給用戶(hù)一個(gè)真正意義上的虛擬微控制器（MCU）設計實(shí)驗室。它具有強大的多窗口、多文件的編輯器，微控制器的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，擁有一系列的集成開(kāi)發(fā)工具，圖形界面調試器，混合模式的模擬-數字電路仿真器，代碼質(zhì)量檢查器等等。硬件和應用軟件能進(jìn)行并發(fā)仿真，與之相比，在線(xiàn)硬件仿真器（ICE）顯得失去了意義。VMLAB可以基于MCU，仿真出包括模擬元器件在內的更多外圍設備，并且它具有交互式器件（按鍵，電位計，液晶顯示器）模擬仿真功能。

在VMLAB中進(jìn)行協(xié)同仿真

首先，先介紹兩個(gè)概念：

1）虛擬原型（virtualprototype）

虛擬原型是一個(gè)具體應用的集中體現，是包括軟件和硬件在內的一個(gè)集合體。虛擬原型的作用是在實(shí)現這種應用之前，將其行為實(shí)現模擬出來(lái)。

2）硬件/軟件協(xié)仿真（hw/swco-simulation）

硬件/軟件協(xié)仿真是指對于某一個(gè)特定應用而言，包括硬件和軟件在內的全部特性都用一個(gè)虛擬原型來(lái)模擬實(shí)現。VMLAB是基于一個(gè)叫做CCCP（ConcurrentCo-simulatorofCircuitsandProcessors）的協(xié)仿真引擎來(lái)實(shí)現協(xié)仿真的。

采用基于具體應用的虛擬原型的一大好處就是：硬件部分可以通過(guò)虛擬原型來(lái)模擬仿真，這無(wú)疑會(huì )提高開(kāi)發(fā)速度不再需要在線(xiàn)仿真器（ICE）工具，成本無(wú)疑會(huì )大大降低。

在VMLAB中，仿真是通過(guò)工程文件*。prj來(lái)管理的。工程文件的一些語(yǔ)法關(guān)鍵字如表1所示。

表1：VMLAB工程文件語(yǔ)法關(guān)鍵字

仿真實(shí)驗需要按如下步驟進(jìn)行：

1)生成一個(gè)工程文件，選擇單片機類(lèi)型，指定源文件。

2)在工程文件中添加或修改單片機外圍的硬件連接關(guān)系。

3)在菜單欄view'CodeNotebook窗口中，新建或者修改源文件代碼。

4)用菜單欄project'build命令（或者F9鍵）編譯生成硬件/軟件數據庫，可以通過(guò)菜單欄view'Messages窗口中的CodeMaker項來(lái)觀(guān)察出錯或者警告信息。

5)當編譯無(wú)錯誤的時(shí)候，VMLAB工具欄中的綠燈便會(huì )點(diǎn)亮。單擊這個(gè)綠燈，仿真便會(huì )一直運行下去，可以用工具欄來(lái)控制仿真流程，也可以用菜單欄Run'……來(lái)控制仿真流程。

6)當所有應用特性仿真通過(guò)之后，將*。hex文件下載到單片機上。

VMLAB中的基本硬件庫簡(jiǎn)介

VMLAB中的基本硬件庫分為四個(gè)部分，每個(gè)部分包含有不同的基本硬件。

1)基本模擬器件

包括電阻，接地電容，接地按鍵，LED四種。其中按鍵和LED全部接在控制面板上面，如圖1所示。

2）電壓產(chǎn)生器

包括脈沖電壓源，正弦波電壓源，電位計（滑動(dòng)變阻器）三種。

3）互式非歸零碼發(fā)生器（NRZ-generator）

4）其它宏模型（Macro-models）

包括：運算放大器(OPAMP)，比較器(COMP)，兩輸入或非門(mén)(ND2)，8位DA轉換器(D2A8)，RS232，LCD模型，I2C監視器，44矩陣鍵盤(pán)。

協(xié)仿真實(shí)例

如圖2所示，一個(gè)交流小信號經(jīng)過(guò)運放放大，加入到單片機Atmega16的AD輸入端。

外圍電路的連接可以通過(guò)在工程文件中添加如下行信息來(lái)實(shí)現：

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XopOPAMPampposampnegPA7;添加一個(gè)運算放大器

R1GNDampneg100K;添加R1

R2PA7ampneg300K;添加R2

VsinampposVSSSIN(0。40。220);添加一個(gè)信號源，

。PLOTV(PA7)V(amppos);在scope窗口中觀(guān)察PA7和amppos節點(diǎn)的電壓

狀態(tài)

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在VMLAB中，用戶(hù)可以自己定義仿真節點(diǎn)名稱(chēng)，例如上面的amppos和ampneg就是兩個(gè)用戶(hù)自己定義的節點(diǎn)，可以在節點(diǎn)名稱(chēng)中使用字母、下劃線(xiàn)和數字，也可以使用VMLAB中預先定義好的各種類(lèi)型單片機的管腳。

結束語(yǔ)

與其它類(lèi)似代碼級仿真工具相比，VMLAB的優(yōu)勢在于--硬件仿真完全基于計算機完成，無(wú)需實(shí)際硬件的加入。作為一個(gè)仿真平臺，VMLAB不但能夠仿真出MCU和其它外圍設備的大部分特性，而且能夠對涉及模擬量的應用進(jìn)行協(xié)同仿真。VMLAB的仿真功能甚至可以同ICE硬件工具相媲美，VMLAB使用又無(wú)疑會(huì )在開(kāi)發(fā)成本方面會(huì )大為降低。