摘要：本文介紹一種嵌入式系統(tǒng)仿真方法，通過一種特殊設(shè)計(jì)的指令集仿真器iss將軟件調(diào)試器軟件keil uvision2和硬件語言仿真器軟件modelsim連接起來，實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的同步仿真。 關(guān)鍵詞：bfm，tcl，verilog，vhdl，pli，modelsim，keil uvision2，iss，tftp，http，虛擬網(wǎng)卡，sniffer，smart media，dma，mac，sram，cpld縮略詞解釋：bfm：總線功能模塊。在hdl硬件語言仿真中，bfm完成抽象描述數(shù)據(jù)和具體的時序信號之間的轉(zhuǎn)換。pli：verilog編程語言接口，是c語言模塊和verilog語言模塊之間交換數(shù)據(jù)的接口定義。tcl：字面意思是工具命令語言，是一種解釋執(zhí)行語言，流行eda軟件一般都集成有tcl。使用tcl用戶可以編寫控制eda工具的腳本程序，實(shí)現(xiàn)工具操作自動化。

     iss：cpu指令集仿真器，可以執(zhí)行cpu的機(jī)器碼。tftp：簡單文件傳輸協(xié)議，windows的tftp.exe既是該協(xié)議的客戶端實(shí)現(xiàn)。smart media：一種存儲卡，常用于數(shù)碼相機(jī)、mp3。dma：直接內(nèi)存訪問。用于外部設(shè)備之間高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。mac：媒體接入控制器。本文中是指網(wǎng)卡芯片。前言 傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)周期、硬件和軟件的開發(fā)是分開進(jìn)行的，并在硬件完成后才將系統(tǒng)集成在一起，很多情況下，硬件完成后才開始進(jìn)行實(shí)時軟件和整體調(diào)試。軟硬件聯(lián)合仿真是一種在物理原型可用前，能盡早開始調(diào)試程序的技術(shù)。 軟硬件聯(lián)合仿真有可能使軟件設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)早期著手調(diào)試，而采用傳統(tǒng)的方法，設(shè)計(jì)工程師直到硬件設(shè)計(jì)完成才能進(jìn)行除錯處理。有些軟件可在沒有硬件支持的情況下完成任務(wù)的編碼，如不涉及到硬件的算法。與硬件相互作用的編碼在獲得硬件之前編寫，但只有在硬件上運(yùn)行后，才能真正對編碼進(jìn)行調(diào)試。通過采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)，可在設(shè)計(jì)早期開始這一設(shè)計(jì)調(diào)試過程。由于軟件的開發(fā)通常在系統(tǒng)開發(fā)的后段完成，在設(shè)計(jì)周期中較早的開始調(diào)試有可能將使這一項(xiàng)目提早完成，該技術(shù)會降低首次將硬件和軟件連接在一起時出現(xiàn)意外而致使項(xiàng)目延期完成所造成的風(fēng)險。 在取得物理原型前，采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)對硬件和軟件之間的接口進(jìn)行驗(yàn)證，將使你不會花太多的時間在后期系統(tǒng)調(diào)試上。當(dāng)你確實(shí)拿到物理原型開始在上面跑軟件的時候，你會發(fā)現(xiàn)經(jīng)過測試的軟件部分將會正常工作，這會節(jié)省項(xiàng)目后期的大量時間及努力。 軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個硬件執(zhí)行環(huán)境和一個軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯和控制界面，軟件通過一系列由處理器啟動的總線周期與硬件的交互作用。本文以一個mini web卡的開發(fā)介紹一種軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)。 該方案的核心是采用一個51單片機(jī)仿真引擎goldbull iss51（以下簡稱iss51），iss51是51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境keil uvision2的一個插件，iss51具有連接keil和硬件仿真環(huán)境modelsim的接口，可以實(shí)現(xiàn)軟硬件同步仿真。在該系統(tǒng)中，keil作為軟件調(diào)試界面，modelsim作為硬件仿真和調(diào)試界面，iss51負(fù)責(zé)軟件執(zhí)行、監(jiān)控軟件斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給keil、cpu總線時序產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊（如定時器，串口）的運(yùn)行等功能。mini web卡介紹 mini web卡是一個運(yùn)行在單片機(jī)上的web服務(wù)器，提供網(wǎng)口連接，有大容量文件系統(tǒng)，提供tftp和http服務(wù)。盡管軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜，但優(yōu)化編譯后，執(zhí)行代碼還不足25k，為后續(xù)升級留下了足夠空間。 51cpu采用sst89系列，這種cpu具有isp功能，可以通過rs232串口，直接將目標(biāo)碼下載到cpu。 dma控制邏輯是一個可編程邏輯器件，采用的是altera的cpld epm240，主要功能是實(shí)現(xiàn)外圍器件之間的dma傳遞。因?yàn)?1cpu進(jìn)行io訪問是很低效的，需要24個時鐘周期才能進(jìn)行一次io訪問，在外圍設(shè)備之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)則需要更多的時鐘周期，使用dma控制邏輯可以達(dá)到3個時鐘周期就能轉(zhuǎn)移一個字節(jié)。本系統(tǒng)中處理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要大量報文收發(fā)和文件系統(tǒng)訪問，采用dma可以極大地提高51單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度。dma通道主要有mac芯片與ram之間的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移，smart media和ram之間的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移。 網(wǎng)卡芯片采用的是ax88796，主要的優(yōu)點(diǎn)是可以和51cpu方便地接口；支持100m以太網(wǎng)，速度高；有較大的接收報文緩存，能夠平滑網(wǎng)絡(luò)流量，減少因51cpu處理速度慢導(dǎo)致的報文丟棄和重發(fā)。 smart media是一個移動存儲卡，主要用于存儲文件，mini web卡支持8m到256m的smd卡。 文件系統(tǒng)是mini web卡的新開發(fā)模塊，文件系統(tǒng)的測試主要通過tftp來進(jìn)行，為此mini web卡上的tftp服務(wù)程序進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，支持格式化smart media，獲取剩余空間，獲取文件名列表，上傳、下載和刪除文件。軟硬件聯(lián)合仿真的必要性： mini web卡軟件模塊多，軟件開發(fā)風(fēng)險較大。軟件對硬件的依賴較強(qiáng)，flash存儲器的訪問驅(qū)