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Proteus是功能最強的嵌入式系統(單片機、ARM等)的設計與仿真平臺。它主要由Proteus VSM(Virtual System Model)和PCB設計構成。ProteusVSM的最大特色就是能對嵌入式系統(硬、軟件)及其外圍電路進(jìn)行協(xié)同、動(dòng)態(tài)、交互式的仿真，并提供了仿真中進(jìn)行源碼調試的三種方式。 Proteus源碼調試綜合并突破了傳統硬件仿真器和軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(Integrated Development Envi-ronment，IDE)源碼調試功能。不僅能跟蹤、分析嵌入式系統內的指令執行，觀(guān)察、改變存儲單元內容等的調試；且從工程角度實(shí)現了過(guò)程與結果，硬件與軟件，全速與跟蹤，中斷與監視，靜態(tài)與動(dòng)態(tài)等的統一調試。豐富而靈活的調試手段，人與機的積極互動(dòng)為高質(zhì)高效實(shí)現設計目標創(chuàng )造了條件。從研發(fā)產(chǎn)品的實(shí)踐上也證明了Proteus源碼調試的高質(zhì)、高效和可信度。這里從實(shí)踐角度出發(fā)總結Proteus的三種源碼調試方式，著(zhù)重講述了國內書(shū)刊尚未詳細敘述的第三種方式，以發(fā)揮Pro-teus在產(chǎn)品研發(fā)和教學(xué)中的先進(jìn)作用。在此采用的是Proteus 7．5。 1 Proteus VSM源碼調試 Proteus VSM源碼調試是第一種源碼調試方式。Proteus的源碼調試由源代碼控制系統支持。該系統主要功能是編輯、匯編源碼，并保證代碼及時(shí)更新。該系統有源碼(源程序)編輯器、匯編器、調試數據提取器(Debug Data Extractor，DDX)和裝載器等。DDX從匯編器產(chǎn)生的文件中提取調試信息裝入裝載器。源碼調試步驟是：建源碼文件、加載到系統，選擇微控制器及匯編器，將源碼經(jīng)匯編器匯編產(chǎn)生的目標代碼加載到微控制器中，啟動(dòng)仿真進(jìn)行源碼調試。 VSM提供了幾種匯編器，主要有51系列的ASEM51，AVR系列的AVRASM，AVRASM32，PIC系列的MPASM，MPASM32和HC11系列的ASM11等。匯編后可產(chǎn)生HEX或S19(用于MC68HC11)，LST，SDI等調試文件。不同的微控制器選擇相應的匯編器，系統自動(dòng)更新DDX。設定微控制器屬性編輯框中的程序文件即加載代碼文件。啟動(dòng)仿真進(jìn)行源碼調試。暫停時(shí)，在源碼調試窗口可看到調試格式文件．SDI提供的源碼、代碼及地址，還可打開(kāi)各種寄存器窗口查看各存儲單元內容。調試中可看到電路與程序代碼協(xié)同、交互式仿真過(guò)程和結果。調試中可隨時(shí)進(jìn)行源碼修改、設置各種斷點(diǎn)等。圖1所示為單片機讀鍵并將值送數碼管顯示實(shí)驗的源碼調試狀態(tài)。 2 Proteus借第三方編譯器實(shí)現源碼調試 這是第二種源碼調試方式。若源碼使用高級語(yǔ)言，就必須借用Proteus之外的第三方代碼生成工具(匯編器／編譯器)。若此時(shí)仍要用VSM的源碼調試功能，就需要匯編器／編譯器提供DDX或輸出Proteus支持的調試格式文件(帶調試信息的目標代碼)。裝載器從這些調試文件中提取調試信息以實(shí)現源碼調試。 Proteus裝載器支持的調試文件格式主要有：COFF(通用的，適應于PIC)、OMF(用于8051范圍內)、UBROF(IAR編譯器生成)、ELF／DWARF(通用的，較COFF有較好的調試性能)、COD(由BYTE-CRAFT生成，廣泛應用在PIC 中)等。 使用以上格式時(shí)，首先在編譯器中設置輸出格式，如在Keil中指定OMF格式的代碼文件，如圖2所示(例：6-164．OMF)。然后將生成的帶調試信息的代碼文件作為單片機窗口的“程序文件”。啟動(dòng)仿真，則可進(jìn)行源碼調試。 3 Proteus與第三方IDE聯(lián)合仿真實(shí)現源碼調試 這是第三種源碼調試方式。Proteus聯(lián)合第三方IDE，充分發(fā)揮Proteus的微控制器仿真功能和第三方IDE豐富的代碼調試功能，創(chuàng )造最佳的應用系統開(kāi)發(fā)環(huán)境。多數專(zhuān)業(yè)匯編軟件和編譯器都有自己的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE，如IAR的嵌入式工作臺，Keil's μVision，Mi-crochip's MPLAB，Atreel's AVR studio等。Proteus作為IDE的插入式仿真器，由IDE的調試器控制調試的執行。這種源碼調試方法有兩種方法，如表1所示。 3．1 萬(wàn)法一 Proteus通過(guò)TCP／IP協(xié)議與IDE通信。Proteus充當虛擬在線(xiàn)仿真器(In Circuit Emulator，ICE)。例如KEIL與Proteus聯(lián)調。先要將Proteus提供的驅動(dòng)器VDMAGDL EXE裝在KEIL的安裝路徑下。在同臺計算機中調出KEIL與Proteus，進(jìn)行仿真與聯(lián)調。如圖3所示，左邊為KEIL窗口，可利用斷點(diǎn)、變量窗口等監視程序的執行，進(jìn)行源碼調試。右邊為Proteus窗口，在Proteus窗口可同步監視電路的運行狀態(tài)與過(guò)程，也查看Proteus提供的CPU寄存器、內RAM等各種存儲器窗口。也可將IDE調試器、Proteus分別安裝在不同計算機中，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行兩者的聯(lián)合調試。 3．2 方法二 Proteus集成在IDE(例Proton，MPLAB，Atmel AVR studio)中，作為IDE中的一個(gè)仿真與調試工具�，F以Proteus與AVR Studio聯(lián)合仿真中的源碼調試為例較詳細地敘述該調試方法。 (1)在Proteus的ISIS中設計電路并保存(命名為L(cháng)SD．DSN)； (2)在A(yíng)VR Studio中聯(lián)合調試。 打開(kāi)新建工程，在彈出的對話(huà)框中選擇工程類(lèi)型為設置工程名，源文件自動(dòng)與工程名相同。操作菜單Debug→Select Platform and De-vice，在彈出的對話(huà)框中設置調試平臺為Proteus VSMViewer、器件為Atmegar16，如圖4所示。點(diǎn)擊Finish接著(zhù)彈出源程序編輯窗口。寫(xiě)完程序、保存并點(diǎn)擊匯編，生成LSD．HEX。在Proteus VSM視窗中點(diǎn)擊打開(kāi)按鈕(若視窗未打開(kāi)，操作菜單View→Toolbars→Proteus VSM)，打開(kāi)已有的LSD．DSN電路文件，對Atmegar16設置程序文件為L(cháng)SD．HEX。點(diǎn)擊AVR的按鈕啟動(dòng)調試，接下來(lái)按AVR中的調試方法進(jìn)行。圖5右側為AVR開(kāi)發(fā)環(huán)境中的I／O視窗及CPU信息框，可查看與當前設計相關(guān)的PORTD口的內容。在Proteus VSM視窗中右擊還可打開(kāi)各種存儲器窗口和觀(guān)察窗口。 Proteus除了支持一般的軟件斷點(diǎn)外，還有獨特的條件斷點(diǎn)和硬件實(shí)時(shí)斷點(diǎn)功能。對源碼調試提供了更靈活的手段。當硬件條件發(fā)生時(shí)暫停仿真，與單步調試工具結合極為方便有效。尤其在電路中引入異步觸發(fā)，當需要跟蹤分析其對電路的影響時(shí)更有用。 (1)條件斷點(diǎn)。如圖5中Proteus的觀(guān)察窗口中添加PORTD，并設置它的斷點(diǎn)條件為“On Change”。仿真時(shí)當PORTD輸出數據發(fā)生變化就暫停仿真。 (2)電壓探針斷點(diǎn)。對PORTD0引腳加一電壓探針，命名為PD0(見(jiàn)圖6)，設置為數0值觸發(fā)。每當PORTD0輸出低電平時(shí)，觸發(fā)斷點(diǎn)使仿真暫停，如圖7所示。 (3)硬件斷點(diǎn)：實(shí)時(shí)斷點(diǎn)發(fā)生器。實(shí)時(shí)斷點(diǎn)發(fā)生器有實(shí)時(shí)電壓、電流斷點(diǎn)觸發(fā)器RTVBREAK和RTI－BREAK：當觸發(fā)器引腳上的電壓或流經(jīng)的電流超過(guò)設定的值將觸發(fā)斷點(diǎn)，為上升沿觸發(fā)；實(shí)時(shí)數字斷點(diǎn)觸發(fā)器RTDBREAK：當輸入到引腳的二進(jìn)制數等于設定值時(shí)觸發(fā)斷點(diǎn)；實(shí)時(shí)電壓、電流監視器RTVMON和RTI-MON：當輸入電壓或當流經(jīng)的電流不在設定范圍內，可觸發(fā)斷點(diǎn)、警告或是錯誤�？蓪TVMON和RTI-MON用于創(chuàng )建仿真模型，當模型中的電壓或電流超過(guò)設定的工作極限時(shí)警告終端用戶(hù)。 如圖8對POETD0引腳添加實(shí)時(shí)數字斷點(diǎn)觸發(fā)器并設置觸發(fā)值為0，達到同上述(2)中電壓探針一樣的斷點(diǎn)調試效果。 4 結語(yǔ) 嵌入式系統的Proteus仿真中源碼調試的方式有三種，源碼的編寫(xiě)、匯編、動(dòng)畫(huà)式的電路仿真與源碼調試都在Proteus中完成：Proteus用第三方的匯編/編譯器對源碼匯編/編譯生成的調試格式文件進(jìn)行源碼調試；Proteus與IDE聯(lián)合進(jìn)行源碼調試。Proteus獨特的條件斷點(diǎn)、硬件斷點(diǎn)功能為仿真及源碼調試更方便、更靈活、更高效。 |
