基于Proteus的ARM虛擬開(kāi)發(fā)

　　1  引言

　　現在，人們生活中的每個(gè)角落都有嵌入式設備的存在，比如數碼相機、移動(dòng)電話(huà)、TV機頂盒及掌上電腦等等。這些嵌入式設備多采用32位RISC嵌入式處理器作為核心部件。其中基于ARM核的嵌入式處理器獨占鰲頭，在32位RISC處理器中占據超過(guò)75%的市場(chǎng)份額。ARM核嵌入式處理器通常采用C語(yǔ)言編程，目前ARM公司的開(kāi)發(fā)工具ADS、RealView以及Keil與ARM核處理器結合較好，得到了廣大嵌入式學(xué)習者的一致認可。

　　在傳統的嵌入式系統學(xué)習中，嵌入式開(kāi)發(fā)平臺是必不可少的。其中資源少的開(kāi)發(fā)平臺便宜但功能較少，資源多的開(kāi)發(fā)平臺又價(jià)格不菲，這對廣大的嵌入式愛(ài)好者無(wú)疑是個(gè)障礙。然而，有沒(méi)有在不增加甚至降低開(kāi)發(fā)成本的同時(shí)還能進(jìn)行同樣或更好的開(kāi)發(fā)呢？本文介紹的Proteus軟件就是一個(gè)可以完全脫離硬件平臺來(lái)學(xué)習嵌入式系統進(jìn)行虛擬開(kāi)發(fā)的利器，可以說(shuō)是嵌入式系統學(xué)習的一次革命。

　　1 Proteus簡(jiǎn)介

　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，是一個(gè)電子設計的教學(xué)平臺、實(shí)驗平臺和創(chuàng )新平臺，涵蓋了電工電子實(shí)驗室、電子技術(shù)實(shí)驗室、單片機應用實(shí)驗室等的全部功能。其革命性的功能是將電路仿真和微處理器仿真進(jìn)行協(xié)調，直接在基于原理圖的虛擬原型上進(jìn)行處理器編程調試，并進(jìn)行功能驗證，通過(guò)動(dòng)態(tài)器件（如電機、LED、LCD、開(kāi)關(guān)等），配合系統配置的虛擬儀器（如示波器、邏輯分析儀等），可實(shí)時(shí)看到運行后的輸入輸出的效果，其主要特點(diǎn)如下：

　　(1)可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，其支持Pillips公司系列的ARM（LPC系列），Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，因此它也能像其它的EDA軟件那樣進(jìn)行電路分析，如模擬分析、數字分析、混合信號分析、頻率分析等等；

　　(2)提供了虛擬示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、計數器、電表、Virtual Terminal等虛擬儀器儀表供選擇；

　　(3)能夠進(jìn)行SCH(原理圖)和PCB（印刷板）電路的設計；

　　(4)其自身只帶匯編編譯器，不支持C語(yǔ)言。但可以將它與Keil、ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境連接，將用匯編和C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序編譯好之后，可以立即進(jìn)行軟、硬件結合的系統仿真，達到很好的仿真效果。

　　2  Proteus環(huán)境下的系統設計與仿真

　　Proteus和PROTEL、EWB等軟件相似，繪制原理圖都要先從器件庫里取出所需的元器件符號并在繪圖區布局好，同時(shí)編輯好元件的參數，接著(zhù)進(jìn)行連線(xiàn)，添加必要的網(wǎng)絡(luò )標號等步驟。下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例說(shuō)明如何使用Proteus軟件實(shí)現ARM（以L(fǎng)PC2124為例）系統設計與仿真。實(shí)例以 LPC2124控制器為核心，與L297、L298組成步進(jìn)電機控制器，添加必要的外圍電路，實(shí)現對步進(jìn)電機的正、反轉控制。

　　2.1 電路原理圖的設計

　　運行Proteus VSM的ISIS后出現如圖1所示的主窗口界面，點(diǎn)擊“File”—“New Design”新建一個(gè)設計項目。接下來(lái)就是在其中所需的添加元器件了，點(diǎn)擊元器件添加按鈕會(huì )彈出“Pick Devices”對話(huà)框，在其中選擇需要添加的元器件，添加到器件列表區中。然后再依次點(diǎn)擊列表區里的元器件，把它們放到繪圖區并編輯其屬性，接著(zhù)進(jìn)行合理的布局之后，就可以進(jìn)行連線(xiàn)了。與PROTEL類(lèi)似，Proteus也具有自動(dòng)捕捉節點(diǎn)和自動(dòng)布線(xiàn)功能，連線(xiàn)時(shí)當鼠標的指針靠近一個(gè)對象的引腳時(shí)，跟著(zhù)鼠標的指針就會(huì )出現一個(gè)“×”提示符號，點(diǎn)擊鼠標左鍵即可畫(huà)線(xiàn)，在終點(diǎn)再點(diǎn)擊確認一下就完成一段導線(xiàn)，所有導線(xiàn)畫(huà)完后，點(diǎn)擊電源按鈕，添加必要的電源和接地符號，并編輯其屬性后，原理圖的繪制就完成了，如圖2所示。

圖1  Proteus主窗口

圖2 電路原理圖

　　2.2 程序代碼的編寫(xiě)

　　程序代碼的編寫(xiě)主要分四個(gè)部分進(jìn)行：

　　(1) LPC2124的初始化代碼；

　　(2) LPC2124異常向量入口及異常向量與C語(yǔ)言代碼的接口，包括初始化堆棧的代碼；

　　(3) LPC2124目標板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標板初始化程序；

　　(4) 根據我們實(shí)例要求，結合原理圖，編寫(xiě)實(shí)現預期功能的代碼，即通常的執行代碼，代碼文件保存為“main.c”。

　　通常，為了節省開(kāi)發(fā)者的時(shí)間，通常把這些文件保存在一個(gè)文件夾里，暫且把文件夾命名為“lpc2124模塊”，這樣在以后的程序代碼編寫(xiě)時(shí)就可以直接調用這個(gè)模塊，再根據不同的要求改寫(xiě)“main.c”就行了，而不必要又重新編寫(xiě)這些程序，節省了大量時(shí)間，大大提高了工作效率。