用VMLAB進(jìn)行AVR單片機(jī)硬件/軟件協(xié)仿真

前言

在單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)源文件的編譯成功后，就要進(jìn)行仿真調(diào)試工作。仿真調(diào)試可分為兩大類(lèi)--芯片級(jí)仿真和代碼級(jí)仿真。芯片級(jí)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(diào)試工作；而代碼級(jí)仿真則完全在計(jì)算機(jī)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(jī)硬件/軟件協(xié)同仿真的方法。

VMLAB的全稱(chēng)為：VisualMicroLab。它針對(duì)于AVR以及ST62系列單片機(jī)設(shè)計(jì)，是一個(gè)單片機(jī)的虛擬原型（virtualprototype）框架（frame），它可以提供給用戶一個(gè)真正意義上的虛擬微控制器（MCU）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室。它具有強(qiáng)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(diào)試器，混合模式的模擬-數(shù)字電路仿真器，代碼質(zhì)量檢查器等等。硬件和應(yīng)用軟件能進(jìn)行并發(fā)仿真，與之相比，在線硬件仿真器（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(nèi)的更多外圍設(shè)備，并且它具有交互式器件（按鍵，電位計(jì)，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(yīng)用的集中體現(xiàn)，是包括軟件和硬件在內(nèi)的一個(gè)集合體。虛擬原型的作用是在實(shí)現(xiàn)這種應(yīng)用之前，將其行為實(shí)現(xiàn)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(duì)于某一個(gè)特定應(yīng)用而言，包括硬件和軟件在內(nèi)的全部特性都用一個(gè)虛擬原型來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。VMLAB是基于一個(gè)叫做CCCP（ConcurrentCo-simulatorofCircuitsandProcessors）的協(xié)仿真引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)仿真的。

采用基于具體應(yīng)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(yàn)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(jī)類(lèi)型，指定源文件。

2)在工程文件中添加或修改單片機(jī)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(shù)據(jù)庫(kù)，可以通過(guò)菜單欄view'Messages窗口中的CodeMaker項(xiàng)來(lái)觀察出錯(cuò)或者警告信息。

5)當(dāng)編譯無(wú)錯(cuò)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(yùn)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(dāng)所有應(yīng)用特性仿真通過(guò)之后，將*。hex文件下載到單片機(jī)上。

VMLAB中的基本硬件庫(kù)簡(jiǎn)介

VMLAB中的基本硬件庫(kù)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(jì)（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(yùn)算放大器(OPAMP)，比較器(COMP)，兩輸入或非門(mén)(ND2)，8位DA轉(zhuǎn)換器(D2A8)，RS232，LCD模型，I2C監(jiān)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(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放放大，加入到單片機(jī)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(xiàn)：

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XopOPAMPampposampnegPA7;添加一個(gè)運(yùn)算放大器

R1GNDampneg100K;添加R1

R2PA7ampneg300K;添加R2

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

。PLOTV(PA7)V(amppos);在scope窗口中觀察PA7和amppos節(jié)點(diǎn)的電壓

狀態(tài)

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在VMLAB中，用戶可以自己定義仿真節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)，例如上面的amppos和ampneg就是兩個(gè)用戶自己定義的節(jié)點(diǎn)，可以在節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)中使用字母、下劃線和數(shù)字，也可以使用VMLAB中預(yù)先定義好的各種類(lèi)型單片機(jī)的管腳。

結(jié)束語(yǔ)

與其它類(lèi)似代碼級(jí)仿真工具相比，VMLAB的優(yōu)勢(shì)在于--硬件仿真完全基于計(jì)算機(jī)完成，無(wú)需實(shí)際硬件的加入。作為一個(gè)仿真平臺(tái)，VMLAB不但能夠仿真出MCU和其它外圍設(shè)備的大部分特性，而且能夠?qū)ι婕澳M量的應(yīng)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。