仿真軟件ProteuS在ARM系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在，人們生活中的每個(gè)角落都有嵌入式設(shè)備的存在，比如DVD、移動(dòng)電話、MP3及掌上電腦等等。這些嵌入式設(shè)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(dú)占鰲頭，在32位RISC處理器中占據(jù)超過75％的市場份額。因而越來越多的電子愛好者都加入了學(xué)習(xí)ARM的隊(duì)伍中。通過和一般單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)過程的比較不難發(fā)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，其調(diào)試過程包括軟件調(diào)試、硬件測試、系統(tǒng)調(diào)試3個(gè)過程。軟件調(diào)試一般比較容易進(jìn)行，但是硬件測試和系統(tǒng)調(diào)試則比較麻煩，因?yàn)橐M(jìn)行這兩個(gè)過程必須在 PCB制作、元器件焊接完畢之后才能進(jìn)行；而PCB的制作、元器件的焊接是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，如果能采用仿真工具ProteuS VSM，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。毫無疑問，這樣可給廣大ARM學(xué)習(xí)者帶來很大的方便。

　　1 Proteus簡介

　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái)，涵蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等的全部功能。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點(diǎn)是：

　?、賹?shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。

　?、谥С种髁鲉纹瑱C(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及Phil-lips公司的ARM(LPC系列)等。

　?、厶峁┸浖{(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil、ADS等軟件。

　?、芫哂袕?qiáng)大的原理圖繪制功能。能夠進(jìn)行SCH(原理圖)和PCB(印刷板)電路的設(shè)計(jì)。

　　2 Proteus環(huán)境下的原理圖設(shè)計(jì)

　　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(hào)并在繪圖區(qū)布局好，同時(shí)編輯好元件的參數(shù)，接著進(jìn)行連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等步驟。下面通過一個(gè)簡單的實(shí)例說明如何使用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)ARM(以LPC2106為例)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真。實(shí)例以 LPC2106控制器為核心，使用硬件SPI接口與74HC595進(jìn)行連接，添加必要的外圍電路，控制74HC595驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示。電路原理如圖 1所示。LPC2106的P0．4(／SCK／CAP0．1)、P0．6(／MOSI／CAP0．2)和P0．8(／TxD1／PWM4)分別與 74HC595的SH_CP、DS和ST_CP相連來控制74HC595，74HC595的輸出Q0～Q6分別與數(shù)碼管和LED相連，控制它們的實(shí)時(shí)顯示。

　　3 程序代碼的編寫

　　程序代碼的編寫主要分4個(gè)部分進(jìn)行：

　?、貺PC2106的初始化代碼；

　?、贚PC2106異常向量入口及異常向量與C語言代碼的接口，包括初始化堆棧的代碼；

　?、跮PC2106目標(biāo)板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標(biāo)板初始化程序；

　?、芨鶕?jù)實(shí)例要求并結(jié)合原理圖，編寫實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能的代碼，即通常的執(zhí)行代碼，代碼文件保存為“main．C”。

　　通常為了節(jié)省開發(fā)的時(shí)間，一般用設(shè)計(jì)好的工程模板，這里使用LPC2100系列工程模板。模板中包含LPC2100系列ARM7微控制器的啟動(dòng)文件，包括 STACK．S、HEAP．S、STARTUP．S和TARGET．C；模板還包含LPC2100系列ARM7微控制器的頭文件，分散加載描述文件(如 mem_a．scf、mem_b．scf和mem_c．scf)等等。這樣在以后的程序代碼編寫時(shí)就可以直接使用這些工程模板，而不用再編寫初始、啟動(dòng)等程序代碼了，只需根據(jù)不同的要求編寫“main．C”就行了，因而節(jié)省了大量時(shí)間，大大提高了工作效率。

　　這里主要說明“main．C”的編寫，要實(shí)現(xiàn)的功能是使用硬件SPI接口輸出0～F的數(shù)據(jù)，通過74HC595控制LED數(shù)碼管顯示0～F字符，同時(shí)控制4個(gè)LED顯示對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。程序源代碼如下：