車立新

【摘 要】介紹了一種單片機(jī)的仿真調(diào)試的方法，設(shè)計人員可以在沒有仿真器的情況下采用合理的措施，檢查單片機(jī)內(nèi)部程序的正確性：還可以在已有的目標(biāo)板上設(shè)計開發(fā)后續(xù)的程序，有效縮短產(chǎn)品設(shè)計的周期，達(dá)到降低設(shè)計成本的目的。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；仿真調(diào)試

在應(yīng)用單片機(jī)開發(fā)設(shè)計電子產(chǎn)品的時候，絕大多數(shù)的設(shè)計人員都要使用仿真器。設(shè)計者在編制調(diào)試程序的時候，可以通過仿真器跟蹤單片機(jī)內(nèi)部程序的運行流程，檢查程序的每一步執(zhí)行的情況都否滿足設(shè)計者的初衷。同時，設(shè)計者可以直觀全面地得到單片機(jī)內(nèi)部程序運行中的各項參數(shù)和數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷所設(shè)計軟件程序的正確性和有效性，大大提高了程序設(shè)計的效率?？梢哉f，仿真器是設(shè)計人員調(diào)試程序最有力的助手。

仿真器固然有很多的優(yōu)點，筆者這里卻另辟蹊徑，在程序設(shè)計調(diào)試過程中拋開仿真器，單獨談一談單片機(jī)的“在線仿真調(diào)試”方案，僅供單片機(jī)愛好者參考。

所謂的單片機(jī)的“在線仿真調(diào)試”方案，實際上就是我們把測試程序燒入單片機(jī)芯片中，讓單片機(jī)脫離仿真器獨立運行。在運行過程中，設(shè)計者可以通過合理有效的手段獲取單片機(jī)實際運行過程中外圍器件的一些狀態(tài)和必要數(shù)據(jù)，檢查單片機(jī)運行的程序是否符合設(shè)計要求，即所謂的“在線仿真調(diào)試”。

這種“在線仿真調(diào)試”的手段雖然得到的數(shù)據(jù)信息有限，但是也能得到一些必要的和關(guān)鍵的信息，對于熟練的設(shè)計人員也是可行的。獲取信息的手段包括檢查單片機(jī)外部連接發(fā)光二極管的狀態(tài)、數(shù)碼管或者液晶的顯示內(nèi)容、串行通訊的必要數(shù)據(jù)等。設(shè)計者可以根據(jù)所得到的狀態(tài)或數(shù)據(jù)來驗證程序運行的正確性。如果程序設(shè)計有疏漏，設(shè)計者需要重新調(diào)整編輯軟件程序，燒入單片機(jī)后再次測試，直到圓滿完成開發(fā)任務(wù)。

要想做到“在線仿真調(diào)試”，必須滿足如下兩個條件：（1）單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲器具有FLASH功能，可以多次地把程序燒入單片機(jī)；（2）設(shè)計人員必須對所使用單片機(jī)的內(nèi)部資源及周邊功能都比較熟悉，能夠迅速地編制出必要的測試程序。

從加快設(shè)計周期上講，有些新開發(fā)的產(chǎn)品與原有產(chǎn)品硬件相近，軟件功能差別也不大，開發(fā)任務(wù)時間又偏緊，設(shè)計人員也可以采用“在線仿真調(diào)試”的方式，即不必重畫仿真目標(biāo)板，直接設(shè)計生產(chǎn)用的線路板，只是通過改動原有的軟件程序來適應(yīng)新的產(chǎn)品要求。

從安全性上講，有些情況下直接連接仿真器運行很危險，如目標(biāo)板上有強(qiáng)電接入，使得強(qiáng)電與仿真器之間沒有電氣隔離，容易損壞仿真器的硬件，即使把強(qiáng)電用隔離變壓器處理也不能保證絕對安全；有些場合程序運行時不允許中斷，例如，在動態(tài)測試傳動設(shè)備時，如果程序在斷點停止運行后會損壞相關(guān)設(shè)備，進(jìn)而造成巨大的損失。這樣就必須用“在線仿真調(diào)試”來達(dá)到目的。

還有些無奈的情況，有些產(chǎn)品具有停電低功耗運行功能，這種低功耗工作方式仿真器無法實現(xiàn)仿真運行，只有脫機(jī)運行才能完成低功耗運行功能的測試工作；有些單片機(jī)廠家的單片機(jī)內(nèi)部資源豐富，但是相應(yīng)的仿真器很昂貴，動輒數(shù)萬元人民幣，租用和購買都不合適。如果研發(fā)項目需要幾個人共同開發(fā)，那么在研發(fā)初期無法實現(xiàn)人手一臺仿真器，就只有使用“在線仿真調(diào)試”的方式來節(jié)省研發(fā)設(shè)備的資金投入，并且可以不受場地限制，只需一臺計算機(jī)和一個目標(biāo)板，再外加一個串行TTL/RS232接口通訊模塊就可以了。

“在線仿真調(diào)試”的方法給我們提供數(shù)據(jù)信息的方式有兩種：一種是應(yīng)用于數(shù)據(jù)量較少的系統(tǒng)，直接借助目標(biāo)板上的顯示器件（數(shù)碼管或者液晶）就可以獲取一些必要的信息，更有甚者，通過發(fā)光二極管也可以表達(dá)很多的狀態(tài)；另一種是應(yīng)用于數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)，設(shè)計者在程序中先把數(shù)據(jù)組織好，然后借助于單片機(jī)上的異步通訊接口，通過串行TTL/RS232接口通訊模塊把數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)，在計算機(jī)上分析所得到的數(shù)據(jù)。這就像使用仿真器調(diào)試程序一樣，通訊時就相當(dāng)于使用仿真器運行程序至所設(shè)斷點處，所得數(shù)據(jù)就相當(dāng)于仿真器所得到的相應(yīng)寄存器及變量的數(shù)值，唯一的區(qū)別就是這里介紹的斷點是軟斷點，程序在執(zhí)行斷點后還可以繼續(xù)運行。當(dāng)然，設(shè)計者可以連續(xù)觀察多組數(shù)據(jù)，更好地分析程序運行的流程。

我們在利用通訊接口“在線仿真調(diào)試”的時候，應(yīng)把數(shù)據(jù)組織得有一定的規(guī)律，這樣就可以迅速直觀地檢查運行結(jié)果，進(jìn)而調(diào)整相應(yīng)的程序段，為下一次的“在線仿真調(diào)試”做準(zhǔn)備。這樣的“在線仿真調(diào)試”雖然每次都得把程序?qū)戇M(jìn)單片機(jī)中，過程略顯繁瑣，但是所設(shè)置的軟斷點并不影響程序的連續(xù)執(zhí)行，我們可以把多組數(shù)據(jù)放在一起比對查看，最大程度發(fā)揮“在線仿真調(diào)試”的優(yōu)勢。

“在線仿真調(diào)試”，實質(zhì)上就是設(shè)計者編制并運行測試程序，單片機(jī)在程序的運行過程中有效地給設(shè)計者反饋出必要的數(shù)據(jù)信息，然后通過有效地調(diào)整單片機(jī)的程序來達(dá)到最理想的結(jié)果。這就要求設(shè)計者的產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗豐富，處理問題時頭腦靈活，對程序運行過程中發(fā)生的異常情況心中有數(shù)，并在最短的時間調(diào)整程序來完成進(jìn)一步的“在線仿真調(diào)試”。

以上僅是一家之言，僅供參考?？傊O(shè)計人員在進(jìn)行程序設(shè)計的時候，一定要靈活地選取最安全最方便最有效的方案，不必過于教條，最主要的是要不斷地積累經(jīng)驗，在滿足產(chǎn)品設(shè)計要求的同時提升自己的價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]單片機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)應(yīng)用.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1995.

[2]何立民.單片機(jī)高級教程.北京航空航天出版社，2000.

[3]單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.9.

[4]電子技術(shù)應(yīng)用.華北計算機(jī)系統(tǒng)工程研究所，2012.8.