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软硬件联合仿真系统由一个硬件执行环境和一个软件执行环境组成,通常软件环境和硬件环境都有自己的除错和控制界面,软件通过一系列由处理器启动的总线周期与硬件的交互作用。本文以一个Mini Web卡的开发介绍一种软硬件联合仿真系统。
该方案的核心是采用一个51单片机仿真引擎GoldBull ISS51(以下简称ISS51),ISS51是51单片机开发环境Keil uVision2的一个插件,ISS51具有连接Keil和硬件仿真环境Modelsim的接口,可以实现软硬件同步仿真。在该系统中,Keil作为软件调试界面,Modelsim作为硬件仿真和调试界面,ISS51负责软件执行、监控软件断点、单步执行、内存和寄存器数据返回给Keil、CPU总线时序产生和捕获、内部功能模块(如定时器,串口)的运行等功能。
Mini Web卡介绍
Mini Web卡是一个运行在单片机上的Web服务器,提供网口连接,有大容量文件系统,提供TFTP和HTTP服务。尽管软件系统比较复杂,但优化编译后,执行代码还不足25K,为后续升级留下了足够空间。
51CPU采用SST89系列,这种CPU具有ISP功能,可以通过RS232串口,直接将目标码下载到CPU。
DMA控制逻辑是一个可编程逻辑器件,采用的是ALTERA的CPLD EPM240,主要功能是实现外围器件之间的DMA传递。因为51CPU进行IO访问是很低效的,需要24个时钟周期才能进行一次IO访问,在外围设备之间转移数据则需要更多的时钟周期,使用DMA控制逻辑可以达到3个时钟周期就能转移一个字节。本系统中处理多种网络协议,需要大量报文收发和文件系统访问,采用DMA可以极大地提高51单片机的数据处理速度。DMA通道主要有MAC芯片与RAM之间的数据块转移,SMART MEDIA和RAM之间的数据块转移。
网卡芯片采用的是AX88796,主要的优点是可以和51CPU方便地接口;支持100M以太网,速度高;有较大的接收报文缓存,能够平滑网络流量,减少因51CPU处理速度慢导致的报文丢弃和重发。
SMART MEDIA是一个移动存储卡,主要用于存储文件,Mini Web卡支持8M到256M的SMD卡。
文件系统是Mini Web卡的新开发模块,文件系统的测试主要通过TFTP来进行,为此Mini Web卡上的TFTP服务程序进行了特殊设计,支持格式化SMART MEDIA,获取剩余空间,获取文件名列表,上传、下载和删除文件。
软硬件联合仿真的必要性:
Mini Web卡软件模块多,软件开发风险较大。软件对硬件的依赖较强,FLASH存储器的访问驱动、网卡驱动、DMA驱动,需要软硬件协同调试。
文件系统的开发,在仿真环境下更容易和快捷。比如在仿真结束时,可以将SMART MEDIA仿真模型中的数据倒换到磁盘文件中,在仿真开始时,将磁盘文件中的数据加载到SMART MEDIA仿真模型中,在定位文件系统的问题时,这一个功能很有用。
采用软硬件联合仿真,便于系统前期设计。51单片机的外部RAM访问效率较低,内存拷贝、外部器件之间的数据块转移很浪费时间。将大量数据的拷贝操作或数据块校验、比较操作在CPLD内实现,可以大大改进51单片机处理数据的能力。通过软硬件联合仿真,可以评估CPLD处理数据对性能的改进。
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