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          快速嵌入式MCU設計仿真的三大因素分析

          [來源] 達內    [編輯] 達內   [時間]2012-06-14

          調試嵌入式應用有很多種方法。設計者利用包含電路內置仿真器(in-circuit emulator,ICE)和電路內置調試器(in-circuit debugger,ICD)的調試工具可以快速構建出系統原型,幫助設計者在建立原型階段和最終測試階段查找硬件和軟件中的問題。

             快速嵌入式MCU設計仿真的三大因素分析

            調試嵌入式應用有很多種方法。設計者利用包含電路內置仿真器(in-circuit emulator,ICE)和電路內置調試器(in-circuit debugger,ICD)的調試工具可以快速構建出系統原型,幫助設計者在建立原型階段和最終測試階段查找硬件和軟件中的問題。在調試過程中,成本和易用性是人們主要關心的問題,相比ICE工具,設計者可能更喜歡使用仿真器來調試代碼段,因為仿真器可以直接在PC上運行,不需要映射到目標硬件上。

            仿真器使用起來非常方便,通過它們開發人員可以了解一款新型的MCU,或者熟悉一套新的集成開發環境(integrated development environment ,IDE)工具包,而不需要接觸目標硬件。有的時候,設計者可以免費瀏覽某個供貨商的所有MCU產品。例如,用戶可以從官方網站上免費下載到 Microchip的MPLAB IDE 和 MPLAB SIM仿真器(如圖1所示)。

            

           

            圖1 很多仿真器(例如Microchip的MPLAB SIM)都為用戶提供了快速調試應用程序所需的圖形用戶界面

            仿真器提供了特殊調試功能

            一般而言,仿真器運行在IDE環境下,并且具有與其他調試引擎類似的功能。用戶在開始使用仿真器時通常用它來開發代碼,當硬件設計完成后,可以用硬件調試器進行測試工作。仿真器能夠實現的基本調試功能包括:執行代碼驗證其功能是否符合設計規范;復位目標系統重新運行應用程序;在斷點處暫停程序執行;檢查和修改存儲內容與變量。

            最新的仿真器具有某些硬件調試器所不具備的獨特功能,利用這一類仿真器可以實現更多的功能。例如,可以輕松實現復雜情況下的中斷執行——這是任何ICE和ICD工具都不具備的。通過事件計數和斷點執行,用戶可以構造出復雜事件。利用這種復雜斷點,可以描述出代碼行為異常的情況,追蹤異常情況下的代碼。這種方式相比在代碼中設置簡單斷點和跳步執行,能夠更快速地發現bug。

            通過仿真分析代碼

            設計者可以利用仿真器響應引腳的輸入輸出信號,模仿MCU外設部件的行為。為了實現這一功能,有些高級仿真器就提供了能夠模擬信號的復雜激勵發生器。利用這一功能,用戶可以通過向固件模塊加載輸入信號的方式來測試固件模塊,例如,可以產生兩個相隔50ns的中斷信號。這種模擬信號的方式是利用真正的硬件很難做到的。激勵發生器可以向器件引腳或仿真器內的寄存器發送信號。通過使用USART以I/O設備的方式或者使用寄存器日志的方式,可以將仿真器的行為記錄到一個log文件中以便于后續分析。

            大多數仿真器支持三種激勵源。手動觸發可以通過鼠標點擊、產生重復波形的循環式激勵,以及向引腳、寄存器或者寄存器中的某些位加載數據的連續型激勵來產生。這些連續型數據可以輸入對話框,或者來自于某個文件。仿真器還可以模擬外設部件,從而諸如A/D轉換器、I/O引腳、串行通信設備和定時器等設備就可以被激活。這些外設可以采用仿真波形和模擬數字信號的輸入,可以接受手工輸入來模擬中斷和傳感器讀數(如圖2所示)。

            

           

            圖2 仿真器通常支持三種激勵源并且具有方便的定義和配置功能

            提高代碼性能

            大多數高級仿真器都能夠將應用程序在目標系統上的執行過程與源代碼關聯起來,使設計者能夠單步執行高級語言代碼,例如C代碼,即使每條C語句可能會生成多行機器代碼。同樣,文件寄存器中的存儲器內容也能夠與程序中使用的變量關聯起來。因此,如果某個浮點數跨越多個機器文件寄存器,設計者就可以在觀察點監測到該寄存器的內容,并以浮點表示形式顯示出來。

            利用仿真器還可以優化程序例程,精確測量并調整某些關鍵代碼的執行時間。用戶可以使用仿真器的秒表功能對一段代碼的執行過程進行計時。根據處理器的頻率,就可以對所執行的指令進行秒表計時。

            秒表功能不是仿真器中測量時間的唯一方式。某些應用(例如電機控制)不允許在某個斷點處中斷運行。在這些情況下,將程序流和寄存器讀寫結果保存在追蹤緩沖器(trace buffer)內就是一種好的替代辦法。追蹤緩沖器在指令執行的時候將其記錄下來,并給每條指令打上一個時間戳。這樣,當捕捉到追蹤緩沖器內的事件后,就可以對其進行計時了。例如,捕捉到了一系列中斷,那么就能夠很容易地計算出中斷之間的時間間隔,以及每個中斷執行所花的總時間。

            仿真器可以將寄存器值的變化情況記錄到文件中,用于性能分析。利用仿真器,工程師可以觀察出某個算法對多種輸入的響應情況,從而對其進行測試或改進。例如,可針對多組已存數據(例如使用目標硬件從A/D轉換器結果寄存器中讀取的數據)進行快速傅立葉變換(FFT),但是要對所希望看到的數據類型進行總數控制。

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