基于單片機軟硬件聯(lián)合仿真解決方案
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Mini Web卡介紹
Mini Web卡是一個(gè)運行在單片機上的Web服務(wù)器，提供網(wǎng)口連接，有大容量文件系統，提供TFTP和HTTP服務(wù)。盡管軟件系統比較復雜，但優(yōu)化編譯后，執行代碼還不足25K，為后續升級留下了足夠空間。
51CPU采用SST89系列，這種CPU具有ISP功能，可以通過(guò)RS232串口，直接將目標碼下載到CPU。
DMA控制邏輯是一個(gè)可編程邏輯器件，采用的是ALTERA的CPLD EPM240，主要功能是實(shí)現外圍器件之間的DMA傳遞。因為51CPU進(jìn)行IO訪(fǎng)問(wèn)是很低效的，需要24個(gè)時(shí)鐘周期才能進(jìn)行一次IO訪(fǎng)問(wèn)，在外圍設備之間轉移數據則需要更多的時(shí)鐘周期，使用DMA控制邏輯可以達到3個(gè)時(shí)鐘周期就能轉移一個(gè)字節。本系統中處理多種網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，需要大量報文收發(fā)和文件系統訪(fǎng)問(wèn)，采用DMA可以極大地提高51單片機的數據處理速度。DMA通道主要有MAC芯片與RAM之間的數據塊轉移，SMARTMEDIA和RAM之間的數據塊轉移。
網(wǎng)卡芯片采用的是AX88796，主要的優(yōu)點(diǎn)是可以和51CPU方便地接口；支持100M以太網(wǎng)，速度高；有較大的接收報文緩存，能夠平滑網(wǎng)絡(luò )流量，減少因51CPU處理速度慢導致的報文丟棄和重發(fā)。
SMART MEDIA是一個(gè)移動(dòng)存儲卡，主要用于存儲文件，Mini Web卡支持8M到256M的SMD卡。
文件系統是Mini Web卡的新開(kāi)發(fā)模塊，文件系統的測試主要通過(guò)TFTP來(lái)進(jìn)行，為此Mini Web卡上的TFTP服務(wù)程序進(jìn)行了特殊設計，支持格式化SMART MEDIA，獲取剩余空間，獲取文件名列表，上傳、下載和刪除文件。
Mini Web卡軟件模塊多，軟件開(kāi)發(fā)風(fēng)險較大。軟件對硬件的依賴(lài)較強，FLASH存儲器的訪(fǎng)問(wèn)驅動(dòng)、網(wǎng)卡驅動(dòng)、DMA驅動(dòng)，需要軟硬件協(xié)同調試。
文件系統的開(kāi)發(fā)，在仿真環(huán)境下更容易和快捷。比如在仿真結束時(shí)，可以將SMART MEDIA仿真模型中的數據倒換到磁盤(pán)文件中，在仿真開(kāi)始時(shí)，將磁盤(pán)文件中的數據加載到SMART MEDIA仿真模型中，在定位文件系統的問(wèn)題時(shí)，這一個(gè)功能很有用。
采用軟硬件聯(lián)合仿真，便于系統前期設計。51單片機的外部RAM訪(fǎng)問(wèn)效率較低，內存拷貝、外部器件之間的數據塊轉移很浪費時(shí)間。將大量數據的拷貝操作或數據塊校驗、比較操作在CPLD內實(shí)現，可以大大改進(jìn)51單片機處理數據的能力。通過(guò)軟硬件聯(lián)合仿真，可以評估CPLD處理數據對性能的改進(jìn)。
Mini Web卡軟硬件聯(lián)合仿真系統：
軟硬件聯(lián)合仿真主要解決的問(wèn)題是系統功能設計與驗證，它不解決電源、濾波電容、總線(xiàn)電平兼容問(wèn)題。
做系統仿真，首先要對硬件系統建模。我們關(guān)注的是系統設計的正確性和可執行性。
系統中的串口只是用來(lái)支持ISP下載軟件，軟件部分沒(méi)有對串口做任何操作，所以系統仿真可以不必考慮。
網(wǎng)卡芯片AX88796，廠(chǎng)商沒(méi)有提供仿真模型。它與CPU的接口符合ISA接口標準，軟件對AX88796的操作是根據NE2000標準網(wǎng)卡芯片設計的，由此我們建立了一個(gè)網(wǎng)卡芯片的仿真模型。我們設計了一個(gè)MAC BFM來(lái)仿真網(wǎng)卡芯片的ISA接口，NE2000定義的寄存器在C模型中實(shí)現，MAC BFM與NE2000寄存器C模型通過(guò)PLI接*換數據。
SRAM仿真模型是很容易獲取的，很多器件生產(chǎn)商都提供Verilog仿真模型，但器件生產(chǎn)商提供的Verilog仿真模型都包含復雜的延時(shí)控制代碼，這會(huì )影響仿真速度。根據經(jīng)驗，我們可以確保SRAM在單板設計中被正確應用，不會(huì )產(chǎn)生時(shí)序問(wèn)題，所以我們可以采用一個(gè)簡(jiǎn)化的SRAM仿真模型，這是我們自己設計的，有效代碼只有十幾行。
51CPU BFM 負責單片機管腳時(shí)序的產(chǎn)生和捕獲。51CPU BFM是與ISS51緊密捆綁的，由ISS51安裝程序提供。
SMARTMEDIA是三星公司提供的仿真模型，我們使用的也是三星公司的同類(lèi)型存儲卡。該模型可以用于驗證軟件操作SMART MEDIA的正確性和DMA Controller的接口時(shí)序。
DMA Controller是Mini Web卡硬件開(kāi)發(fā)的一部分，將邏輯設計代碼應用于仿真，既能檢測邏輯設計的正確性，又能使整個(gè)仿真系統得以正常運轉。
將上述硬件模型連接起來(lái)，產(chǎn)生下圖所示硬件系統模型圖：
圖2. Mini Web卡硬件模塊電路圖
圖2中U11為SMART MEDIA仿真模型，U4為DMA Controller模型。
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