嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必備的在線ARM仿真器知識

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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,2011-5-20,#,嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師必備的在線,ARM,仿真器知識,引言,一、嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)周期,二、為什么需要仿真器,三、仿真器究竟是什么,?,四、內(nèi)部和外部模式,五、,Bondout,、增強(qiáng)型,Hooks,芯片和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品芯片,六、使硬件工作起來,七、仿真器的優(yōu)點(diǎn),1.,不使用目標(biāo)系統(tǒng)或,CPU,資源,2.,硬件斷點(diǎn),3.,跟蹤功能,(TRACE),4.,條件觸發(fā),5.,實(shí)時顯示存儲器和,I/O,口內(nèi)容,6.,硬件性能分析,7.,將仿真器和目標(biāo)系統(tǒng)相連接,八、總結(jié),本文提供了一些關(guān)于在線,arm,仿真

2、器的信息，以及給作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的你帶來的好處。根據(jù)你的需要，你將在產(chǎn)品開發(fā)中對開發(fā)工具作出更恰當(dāng)?shù)倪x擇。,引言,典型的嵌入式微控制器開發(fā)項(xiàng)目的第一個階段是用,C,編譯器從源程序生成目標(biāo)代碼，生成的目標(biāo)代碼將包括物理地址和一些調(diào)試信息。目前代碼可以用軟件模擬器、目標(biāo),Monitor,或在線仿真器來執(zhí)行和調(diào)試。軟件模擬器是在,PC,機(jī)或工作站平臺上，以其,CPU(,如,x86),及其系統(tǒng)資源來模擬目標(biāo),CPU(,如,P51XA),，并執(zhí)行用戶的目標(biāo)代碼,;,而目標(biāo),Monitor,則是將生成的目標(biāo)代碼下載到用戶目標(biāo)板的程序存儲器中，并在下載的代碼中增加一個,Monitor,任務(wù)軟件，用來監(jiān)視

3、和控制用戶目標(biāo)代碼的執(zhí)行，用戶通過目標(biāo)板上的串行口或其它調(diào)試端口，利用桌面計(jì)算機(jī)來調(diào)試程序。,程序的調(diào)試是通過設(shè)置斷點(diǎn)、使程序在指定的指令位置停止運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)的。在程序中止的時候，檢查存儲器和寄存器的內(nèi)容，作為發(fā)現(xiàn)程序錯誤的線索。,程序經(jīng)過調(diào)試、找到所有的錯誤后，修改源代碼，重新編譯，以一種標(biāo)準(zhǔn)格式生成目標(biāo)代碼文件，比如,Intel HEX,。這個目標(biāo)代碼將被存儲在最終產(chǎn)品的非揮發(fā)存儲器，比如,EPROM,或,FLASH,中。,一、嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)周期,軟件模擬器和目標(biāo),Monitor,提供了一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)試手段，對于很多設(shè)計(jì)來說已經(jīng)足夠。但是也有很多場合，需要利用仿真器來找到程序錯誤。無論在哪一

4、種場合，仿真器都能夠減少調(diào)試時間、簡化系統(tǒng)集成、增加可靠性、優(yōu)化測試步驟，從而使其物有所值。更常見的情況是工程師在項(xiàng)目的不同階段同時使用軟件模擬器和仿真器，特別是在大的開發(fā)項(xiàng)目中。,軟件模擬器和軟件調(diào)試器在斷點(diǎn)之外只提供了很少的幾種功能，比如顯示端口內(nèi)容和代碼覆蓋。沒有檢測事件和條件、然后作出反應(yīng)的手段，也沒有辦法記錄,MCU,的總線周期、然后判斷程序的執(zhí)行究竟發(fā)生了什么情況。如果你的,MCU,有片上,EPROM,或,FLASH,存儲器，并且運(yùn)行在單片模式，則只有仿真器才能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，而不嚴(yán)重占用和消耗,MCU,資源。,在線仿真器可以很容易地做到這些事情，并且還能夠提供很多其它功能。仿真

5、器是軟件和硬件之間的橋梁。在項(xiàng)目進(jìn)行的某些階段，你必須讓程序在實(shí)際的硬件上面運(yùn)行。仿真器可以很容易地幫助你了解如何在調(diào)試階段充分利用仿真器。,二、為什么需要仿真器,仿真器可以替代你的目標(biāo)系統(tǒng)中的,MCU,，仿真其運(yùn)行。仿真器運(yùn)行起來和實(shí)際的目標(biāo)處理器一樣，但是增加了其它功能，使你能夠通過桌面計(jì)算機(jī)或其它調(diào)試界面來觀察,MCU,中的程序和數(shù)據(jù)，并控制,MCU,的運(yùn)行。仿真器是調(diào)試嵌入式軟件的一個經(jīng)濟(jì)、有效的手段。,Nohau,的,EMUL51XA-PC,仿真器系列用來調(diào)試,Philips P51XA,系列,MCU,，而,EMUL51-PC,系列仿真器則支持眾多廠家的,8051,系列單片機(jī)。,三、

6、仿真器究竟是什么,?,內(nèi)部模式是指程序和數(shù)據(jù)位于,MCU,芯片內(nèi)部，以,FLASH,或,EPROM,的形式存在，地址和數(shù)據(jù)總線對于用戶并不可見，由此節(jié)省下來的芯片引腳作為,I/O,口提供給用戶。內(nèi)部模式也稱單片模式，所有的程序執(zhí)行都發(fā)生在內(nèi)部,ROM,中。為了有效地仿真這種芯片，要求仿真器使用,bondout,或增強(qiáng)型,Hooks,芯片。,外部模式是當(dāng)程序存儲器，可能還有部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲器，位于,MCU,外部的情況，需要有地址和數(shù)據(jù)總線來訪問這部分存儲器。外部模式也稱擴(kuò)展模式，用戶芯片、,bondout,芯片和增強(qiáng)型,hooks,芯片都能夠產(chǎn)生這種工作模式，這種情況下芯片的地址和數(shù)據(jù)總線引腳不能作

7、為通用,I/O,口使用。,Nohau,的仿真器使用這三種芯片來實(shí)現(xiàn)有效的程序調(diào)試。,四、,嵌入式開發(fā)教程,內(nèi)部和外部模式,這些名詞是指仿真器所使用的、用來替代目標(biāo),MCU,的三種仿真處理器。只有,Bondout,和增強(qiáng)型,Hooks,芯片能夠?qū)崿F(xiàn)單片調(diào)試，標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品芯片不能。和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品芯片相比，,bondout,芯片有一些增加的引腳，連接到芯片內(nèi)部硅片的電路節(jié)點(diǎn)上，所有又稱,“,超腳芯片,”,。,P51XA,系列單片機(jī)仿真器都使用,bondout,芯片，,EMUL51XA-PC,就是很好的例子。,增強(qiáng)型,Hooks,芯片利用各種芯片引腳上面沒有的機(jī)器周期來提供地址和數(shù)據(jù)總線，一些,80C51,系

8、列仿真器就是使用增強(qiáng)型,Hooks,芯片。有趣的是，這些增強(qiáng)型,Hooks,芯片中的一些也是標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品芯片。使用增強(qiáng)型,Hooks,芯片作為仿真,CPU,需要一些額外的特殊功能電路來從復(fù)用的芯片引腳中，分解出地址和數(shù)據(jù)總線以及一些必須的控制信號，用戶的目標(biāo)板沒有這些電路，所有仍然是單片工作模式。采用,bondout,芯片和增強(qiáng)型,Hooks,芯片能夠?qū)崿F(xiàn)極為精確的仿真，從功能一直到芯片的功耗。,五、,Bondout,、增強(qiáng)型,Hooks,芯片和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品芯片,軟件模擬器是很好的，可是它不能考慮進(jìn)所有的變化因素。軟件模擬器設(shè)計(jì)師必須考慮到每一件事情，特別是那些只有在硬件搭起來以后才會出現(xiàn)的因素，比

9、如電容、定時、電感、芯片版本等，隨著,CPU,速度的增加，這些變得越來越重要。,目標(biāo),Monitor,相比之下要好得多，因?yàn)樗窃趯?shí)際硬件中運(yùn)行的。但是為了使,Monitor,程序能夠運(yùn)行起來，目標(biāo)系統(tǒng)必須是一個完整的、能夠工作的系統(tǒng)。采用仿真器后就不是這樣，仿真器在目標(biāo)系統(tǒng)硬件不完整、或者是一點(diǎn)硬件都沒有的情況下都可以運(yùn)行。然而目標(biāo),Monitor,可以安裝在最終產(chǎn)品的程序中，隨時都可以激活，用來進(jìn)行調(diào)試，所以這對于測試和維護(hù)來說還是有一定優(yōu)勢的。,六、,嵌入式開發(fā)教程,使硬件工作起來,仿真器具有軟件模擬器和目標(biāo),Monitor,的所有功能，加上下面一些優(yōu)點(diǎn)：,七、仿真器的優(yōu)點(diǎn),目標(biāo),Mon

10、itor,內(nèi)核一般需要,10K,的,ROM,和,10,20,字節(jié)的,RAM,以及一個空閑的通信端口。一個好的仿真器不會使用上面任何一項(xiàng)。仿真器對于目標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是不可見的，也就是所謂的,“,全透明仿真,”,。,1.,不使用目標(biāo)系統(tǒng)或,CPU,資源,軟件斷點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過在用戶目標(biāo)代碼中插入,2,字節(jié)的,TRAP(,陷井,),指令，將正常的程序流偏轉(zhuǎn)到調(diào)試器上。如果程序計(jì)數(shù)器碰巧落到第二個字節(jié)上，程序就會崩潰。,Nohau,仿真器的硬件斷點(diǎn)功能使用比較器，將系統(tǒng)總線狀態(tài)與預(yù)先設(shè)定的鎖存器內(nèi)容相比較，用以監(jiān)測對于指定地址的訪問，而不修改任何程序存儲器內(nèi)容。區(qū)域斷點(diǎn)需要使用硬件斷點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，但是軟件斷點(diǎn)仍

11、然是很方便、有用的，所以,Nohau,的仿真器兩種斷點(diǎn)功能都提供。,當(dāng)用戶的目標(biāo)程序存放在,ROM,中時，軟件斷點(diǎn)是不能用的，因?yàn)闊o法插入,TRAP,指令。對于,ROM,程序存儲器系統(tǒng)，只能使用硬件斷點(diǎn)。,2.,硬件斷點(diǎn),跟蹤功能以時間為線索記錄所有的處理器機(jī)器周期、以及可選的外部信號電平。跟蹤功能能夠記錄所有的取指操作，并且在采用流水線并行處理模式的單片機(jī)中，如,P51XA,，區(qū)分在流水線中被取消的指令以及那些成功地執(zhí)行的指令。跟蹤的開始通過條件觸發(fā)來實(shí)現(xiàn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)過濾功能，也就是只有感興趣的指令周期被記錄下來，其余的被舍棄。軟件模擬器和目標(biāo),Monitor,沒有跟蹤存儲器，也不能實(shí)現(xiàn),

12、Trace,功能。,3.,跟蹤功能,(TRACE),條件觸發(fā)是非常強(qiáng)大、便于使用的功能，它使你可以在某些事件發(fā)生時，進(jìn)行某個預(yù)先設(shè)定的行動，觸發(fā)條件可以包括地址、數(shù)據(jù)、時鐘周期和外部信號，這些條件可以觸發(fā)一個斷點(diǎn)、啟動,/,停止跟蹤記錄、記錄一個時間標(biāo)記、以及很多其它由仿真器功能所決定的行動。這種強(qiáng)大的工具只有在仿真器中才能實(shí)現(xiàn)。,Nohau,仿真器的條件觸發(fā)功能和跟蹤功能有機(jī)地結(jié)合在一起，具有三級時間觸發(fā)，最高級觸發(fā)具有計(jì)數(shù)功能。,4.,條件觸發(fā),使用仿真器后，可以實(shí)時地觀察存儲器和,I/O,口的內(nèi)容，而不僅僅是軟件模擬。你可以將自己特別喜歡的外設(shè)芯片連接到,Nohau,仿真器特性板的下部，

13、然后在調(diào)試界面中訪問它。如果你了解外設(shè)的所有細(xì)節(jié)，那么可以非常精確地進(jìn)行系統(tǒng)模擬。,在很多情況下我們可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，好象只有在接入實(shí)際的硬件系統(tǒng)后某些問題才開始出現(xiàn)。采用仿真器能夠使你從一開始就進(jìn)入這一階段，從而及早地發(fā)現(xiàn)問題、更快地完成調(diào)試任務(wù)。,因?yàn)榉抡嫫鲀?nèi)部自帶的,RAM,可以和目標(biāo)系統(tǒng)中的,ROM,互相替代，所以你在,ROM,目標(biāo)系統(tǒng)中也可以簡易地進(jìn)行程序代碼和數(shù)據(jù)的調(diào)試和修改。,同樣，當(dāng)目標(biāo)系統(tǒng)中還沒有裝上存儲器時，你可以使用仿真器中的仿真存儲器對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。仿真存儲器的大小、分辨率和映象地址可以由用戶選擇。,5.,實(shí)時顯示存儲器和,I/O,口內(nèi)容,軟件模擬器和目標(biāo),Monitor,

14、只能模擬系統(tǒng)運(yùn)行，然后進(jìn)行性能分析，但是它們已經(jīng)做得不錯了,;,而仿真器則更進(jìn)一步，在實(shí)際硬件上面進(jìn)行性能分析，這樣就增加了精度。而且，使用實(shí)際的硬件能夠發(fā)現(xiàn)在軟件模擬中無法發(fā)現(xiàn)的錯誤。虛假中斷以及其它一些故障可能會出乎意料地消耗,CPU,資源，導(dǎo)致嚴(yán)重的性能問題，而且很難發(fā)現(xiàn)。利用仿真器的性能分析，這些問題很容易暴露。,6.,硬件性能分析,仿真器和目標(biāo)系統(tǒng)的連接很容易。大多數(shù)問題都被仿真器公司及其代理解決了。連接需要兩個步驟：,首先，需要選擇適當(dāng)?shù)倪m配器連接方法，最好選用焊接和插座方式。,P51XA,系列單片機(jī)仿真器支持,PLCC,插座和表面安裝兩種目標(biāo)連接方式。夾接適配器價格較高而且不可靠

15、，不推薦用戶使用。,然后，仿真器上面的軟件和跳線器必須正確配置，和目標(biāo)板以及軟件初始化程序相匹配。這很簡單，好的技術(shù)支持應(yīng)當(dāng)包括這一點(diǎn)。,Nohau,的仿真器一般使用缺省設(shè)置就可以工作。,對于,P51XA,系列單片機(jī)，只要在用戶的目標(biāo)板上焊接一個芯片插座,(PLCC,或表面安裝形式,),、插入,EMUL51XA-PC,的特性板適配器接頭，在,PC,機(jī)或筆記本電腦上運(yùn)行調(diào)試軟件就可以了。然后你就可以用隨仿真提供的,TIme.c,測試程序?qū)δ繕?biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測試了,!,7.,將仿真器和目標(biāo)系統(tǒng)相連接,本文提供了一些關(guān)于在線仿真器的信息，以及給作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的你帶來的好處。根據(jù)你的需要，你將在產(chǎn)品開發(fā)中對開發(fā)工具作出更恰當(dāng)?shù)倪x擇。,八、總結(jié),