單片機(jī)的“在線仿真調(diào)試”方案

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(jì)人員可以在沒(méi)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(jì)開發(fā)后續(xù)的程序，有效縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期，達(dá)到降低設(shè)計(jì)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(jì)電子產(chǎn)品的時(shí)候，絕大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員都要使用仿真器。設(shè)計(jì)者在編制調(diào)試程序的時(shí)候，可以通過(guò)仿真器跟蹤單片機(jī)內(nèi)部程序的運(yùn)行流程，檢查程序的每一步執(zhí)行的情況都否滿足設(shè)計(jì)者的初衷。同時(shí)，設(shè)計(jì)者可以直觀全面地得到單片機(jī)內(nèi)部程序運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)，進(jìn)而判斷所設(shè)計(jì)軟件程序的正確性和有效性，大大提高了程序設(shè)計(jì)的效率?？梢哉f(shuō)，仿真器是設(shè)計(jì)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(diǎn)，筆者這里卻另辟蹊徑，在程序設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中拋開仿真器，單獨(dú)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(shí)際上就是我們把測(cè)試程序燒入單片機(jī)芯片中，讓單片機(jī)脫離仿真器獨(dú)立運(yùn)行。在運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)計(jì)者可以通過(guò)合理有效的手段獲取單片機(jī)實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(yùn)行的程序是否符合設(shè)計(jì)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(duì)于熟練的設(shè)計(jì)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(jì)者可以根據(jù)所得到的狀態(tài)或數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證程序運(yùn)行的正確性。如果程序設(shè)計(jì)有疏漏，設(shè)計(jì)者需要重新調(diào)整編輯軟件程序，燒入單片機(jī)后再次測(cè)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(gè)條件：（1）單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器具有FLASH功能，可以多次地把程序燒入單片機(jī)；（2）設(shè)計(jì)人員必須對(duì)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(cè)試程序。

從加快設(shè)計(jì)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(shí)間又偏緊，設(shè)計(jì)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(jì)生產(chǎn)用的線路板，只是通過(guò)改動(dòng)原有的軟件程序來(lái)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(yùn)行很危險(xiǎn)，如目標(biāo)板上有強(qiáng)電接入，使得強(qiáng)電與仿真器之間沒(méi)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(duì)安全；有些場(chǎng)合程序運(yùn)行時(shí)不允許中斷，例如，在動(dòng)態(tài)測(cè)試傳動(dòng)設(shè)備時(shí)，如果程序在斷點(diǎn)停止運(yùn)行后會(huì)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(lái)達(dá)到目的。

還有些無(wú)奈的情況，有些產(chǎn)品具有停電低功耗運(yùn)行功能，這種低功耗工作方式仿真器無(wú)法實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行，只有脫機(jī)運(yùn)行才能完成低功耗運(yùn)行功能的測(cè)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(dòng)輒數(shù)萬(wàn)元人民幣，租用和購(gòu)買都不合適。如果研發(fā)項(xiàng)目需要幾個(gè)人共同開發(fā)，那么在研發(fā)初期無(wú)法實(shí)現(xiàn)人手一臺(tái)仿真器，就只有使用“在線仿真調(diào)試”的方式來(lái)節(jié)省研發(fā)設(shè)備的資金投入，并且可以不受場(chǎng)地限制，只需一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)目標(biāo)板，再外加一個(gè)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(guò)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(jì)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(guò)串行TTL/RS232接口通訊模塊把數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，在計(jì)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(shí)就相當(dāng)于使用仿真器運(yùn)行程序至所設(shè)斷點(diǎn)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(diǎn)是軟斷點(diǎn)，程序在執(zhí)行斷點(diǎn)后還可以繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)然，設(shè)計(jì)者可以連續(xù)觀察多組數(shù)據(jù)，更好地分析程序運(yùn)行的流程。

我們?cè)诶猛ㄓ嵔涌凇霸诰€仿真調(diào)試”的時(shí)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(yùn)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(guò)程略顯繁瑣，但是所設(shè)置的軟斷點(diǎn)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(duì)查看，最大程度發(fā)揮“在線仿真調(diào)試”的優(yōu)勢(shì)。

“在線仿真調(diào)試”，實(shí)質(zhì)上就是設(shè)計(jì)者編制并運(yùn)行測(cè)試程序，單片機(jī)在程序的運(yùn)行過(guò)程中有效地給設(shè)計(jì)者反饋出必要的數(shù)據(jù)信息，然后通過(guò)有效地調(diào)整單片機(jī)的程序來(lái)達(dá)到最理想的結(jié)果。這就要求設(shè)計(jì)者的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富，處理問(wèn)題時(shí)頭腦靈活，對(duì)程序運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的異常情況心中有數(shù)，并在最短的時(shí)間調(diào)整程序來(lái)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。總之設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要靈活地選取最安全最方便最有效的方案，不必過(guò)于教條，最主要的是要不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，在滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的同時(shí)提升自己的價(jià)值。

【參考文獻(xiàn)】

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