基于Proteus的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)仿真中的源碼調(diào)試

0 引 言
Proteus是功能最強的嵌入式系統(tǒng)(單片機、ARM等)的設(shè)計與仿真平臺。它主要由Proteus VSM(Virtual System Model)和PCB設(shè)計構(gòu)成。ProteusVSM的最大特色就是能對嵌入式系統(tǒng)(硬、軟件)及其外圍電路進行協(xié)同、動態(tài)、交互式的仿真，并提供了仿真中進行源碼調(diào)試的三種方式。
Proteus源碼調(diào)試綜合并突破了傳統(tǒng)硬件仿真器和軟件集成開發(fā)環(huán)境(Integrated Development Envi-ronment，IDE)源碼調(diào)試功能。不僅能跟蹤、分析嵌入式系統(tǒng)內(nèi)的指令執(zhí)行，觀察、改變存儲單元內(nèi)容等的調(diào)試；且從工程角度實現(xiàn)了過程與結(jié)果，硬件與軟件，全速與跟蹤，中斷與監(jiān)視，靜態(tài)與動態(tài)等的統(tǒng)一調(diào)試。豐富而靈活的調(diào)試手段，人與機的積極互動為高質(zhì)高效實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)創(chuàng)造了條件。從研發(fā)產(chǎn)品的實踐上也證明了Proteus源碼調(diào)試的高質(zhì)、高效和可信度。這里從實踐角度出發(fā)總結(jié)Proteus的三種源碼調(diào)試方式，著重講述了國內(nèi)書刊尚未詳細(xì)敘述的第三種方式，以發(fā)揮Pro-teus在產(chǎn)品研發(fā)和教學(xué)中的先進作用。在此采用的是Proteus 7．5。

1 Proteus VSM源碼調(diào)試
Proteus VSM源碼調(diào)試是第一種源碼調(diào)試方式。Proteus的源碼調(diào)試由源代碼控制系統(tǒng)支持。該系統(tǒng)主要功能是編輯、匯編源碼，并保證代碼及時更新。該系統(tǒng)有源碼(源程序)編輯器、匯編器、調(diào)試數(shù)據(jù)提取器(Debug Data Extractor，DDX)和裝載器等。DDX從匯編器產(chǎn)生的文件中提取調(diào)試信息裝入裝載器。源碼調(diào)試步驟是：建源碼文件、加載到系統(tǒng)，選擇微控制器及匯編器，將源碼經(jīng)匯編器匯編產(chǎn)生的目標(biāo)代碼加載到微控制器中，啟動仿真進行源碼調(diào)試。
VSM提供了幾種匯編器，主要有51系列的ASEM51，AVR系列的AVRASM，AVRASM32，PIC系列的MPASM，MPASM32和HC11系列的ASM11等。匯編后可產(chǎn)生HEX或S19(用于MC68HC11)，LST，SDI等調(diào)試文件。不同的微控制器選擇相應(yīng)的匯編器，系統(tǒng)自動更新DDX。設(shè)定微控制器屬性編輯框中的程序文件即加載代碼文件。啟動仿真進行源碼調(diào)試。暫停時，在源碼調(diào)試窗口可看到調(diào)試格式文件．SDI提供的源碼、代碼及地址，還可打開各種寄存器窗口查看各存儲單元內(nèi)容。調(diào)試中可看到電路與程序代碼協(xié)同、交互式仿真過程和結(jié)果。調(diào)試中可隨時進行源碼修改、設(shè)置各種斷點等。圖1所示為單片機讀鍵并將值送數(shù)碼管顯示實驗的源碼調(diào)試狀態(tài)。

2 Proteus借第三方編譯器實現(xiàn)源碼調(diào)試
這是第二種源碼調(diào)試方式。若源碼使用高級語言，就必須借用Proteus之外的第三方代碼生成工具(匯編器／編譯器)。若此時仍要用VSM的源碼調(diào)試功能，就需要匯編器／編譯器提供DDX或輸出Proteus支持的調(diào)試格式文件(帶調(diào)試信息的目標(biāo)代碼)。裝載器從這些調(diào)試文件中提取調(diào)試信息以實現(xiàn)源碼調(diào)試。

Proteus裝載器支持的調(diào)試文件格式主要有：COFF(通用的，適應(yīng)于PIC)、OMF(用于8051范圍內(nèi))、UBROF(IAR編譯器生成)、ELF／DWARF(通用的，較COFF有較好的調(diào)試性能)、COD(由BYTE-CRAFT生成，廣泛應(yīng)用在PIC 中)等。
使用以上格式時，首先在編譯器中設(shè)置輸出格式，如在Keil中指定OMF格式的代碼文件，如圖2所示(例：6-164．OMF)。然后將生成的帶調(diào)試信息的代碼文件作為單片機窗口的“程序文件”。啟動仿真，則可進行源碼調(diào)試。

3 Proteus與第三方IDE聯(lián)合仿真實現(xiàn)源碼調(diào)試
這是第三種源碼調(diào)試方式。Proteus聯(lián)合第三方IDE，充分發(fā)揮Proteus的微控制器仿真功能和第三方IDE豐富的代碼調(diào)試功能，創(chuàng)造最佳的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境。多數(shù)專業(yè)匯編軟件和編譯器都有自己的集成開發(fā)環(huán)境IDE，如IAR的嵌入式工作臺，Keil's μVision，Mi-crochip's MPLAB，Atreel's AVR studio等。Proteus作為IDE的插入式仿真器，由IDE的調(diào)試器控制調(diào)試的執(zhí)行。這種源碼調(diào)試方法有兩種方法，如表1所示。