用VMLAB進行AVR單片機硬件/軟件協(xié)仿真

前言

在單片機應(yīng)用開發(fā)過程中，當源文件的編譯成功后，就要進行仿真調(diào)試工作。仿真調(diào)試可分為兩大類--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，在實際硬件上進行仿真調(diào)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。兩種類型的仿真各有特點，使用的場合不同。本文基于VMLAB，講述了進行AVR單片機硬件/軟件協(xié)同仿真的方法。

VMLAB的全稱為：VisualMicroLab。它針對于AVR以及ST62系列單片機設(shè)計，是一個單片機的虛擬原型（virtualprototype）框架（frame），它可以提供給用戶一個真正意義上的虛擬微控制器（MCU）設(shè)計實驗室。它具有強大的多窗口、多文件的編輯器，微控制器的集成開發(fā)環(huán)境，擁有一系列的集成開發(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，液晶顯示器）模擬仿真功能。

在VMLAB中進行協(xié)同仿真

首先，先介紹兩個概念：

1）虛擬原型（virtualprototype）

虛擬原型是一個具體應(yīng)用的集中體現(xiàn)，是包括軟件和硬件在內(nèi)的一個集合體。虛擬原型的作用是在實現(xiàn)這種應(yīng)用之前，將其行為實現(xiàn)模擬出來。

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虛擬原型來模擬實現(xiàn)。VMLAB是基于一個叫做CCCP（ConcurrentCo-simulatorofCircuitsandProcessors）的協(xié)仿真引擎來實現(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：硬件部分可以通過虛擬原型來模擬仿真，這無疑會提高開發(fā)速度不再需要在線仿真器（ICE）工具，成本無疑會大大降低。

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

表1：VMLAB工程文件語法關(guān)鍵字

仿真實驗需要按如下步驟進行：

1)生成一個工程文件，選擇單片機類型，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(shù)據(jù)庫，可以通過菜單欄view'Messages窗口中的CodeMaker項來觀察出錯或者警告信息。

5)當編譯無錯誤的時候，VMLAB工具欄中的綠燈便會點亮。單擊這個綠燈，仿真便會一直運行下去，可以用工具欄來控制仿真流程，也可以用菜單欄Run'……來控制仿真流程。

6)當所有應(yīng)用特性仿真通過之后，將*。hex文件下載到單片機上。

VMLAB中的基本硬件庫簡介

VMLAB中的基本硬件庫分為四個部分，每個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(ND2)，8位DA轉(zhuǎn)換器(D2A8)，RS232，LCD模型，I2C監(jiān)視器，44矩陣鍵盤。

協(xié)仿真實例

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

外圍電路的連接可以通過在工程文件中添加如下行信息來實現(xiàn)：

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XopOPAMPampposampnegPA7;添加一個運算放大器

R1GNDampneg100K;添加R1

R2PA7ampneg300K;添加R2

VsinampposVSSSIN(0。40。220);添加一個信號源，

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

狀態(tài)

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

結(jié)束語

與其它類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，無需實際硬件的加入。作為一個仿真平臺，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使用又無疑會在開發(fā)成本方面會大為降低。