前言

在单片机应用开发过程中，当源文件的编译成功后，就要进行仿真调试工作。仿真调试可分为两大类--芯片级仿真和代码级仿真。芯片级仿真是指使用仿真软件和ice硬件工具相配合，在实际硬件上进行仿真调试工作；而代码级仿真则完全在计算机上完成，不需要硬件的参与。两种类型的仿真各有特点，使用的场合不同。本文基于vmlab，讲述了进行avr单片机硬件/软件协同仿真的方法。

vmlab的全称为：visual micro lab。它针对于avr以及st62系列单片机设计，是一个单片机的虚拟原型（virtual prototype）框架（frame），它可以提供给用户一个真正意义上的虚拟微控制器（mcu）设计实验室。它具有强大的多窗口、多文件的编辑器，微控制器的集成开发环境，拥有一系列的集成开发工具，图形界面调试器，混合模式的模拟-数字电路仿真器，代码质量检查器等等。硬件和应用软件能进行并发仿真，与之相比，在线硬件仿真器（ice）显得失去了意义。vmlab可以基于mcu，仿真出包括模拟元器件在内的更多外围设备，并且它具有交互式器件（按键，电位计，液晶显示器）模拟仿真功能。

在vmlab中进行协同仿真

首先，先介绍两个概念：

1）虚拟原型（virtual prototype）

虚拟原型是一个具体应用的集中体现，是包括软件和硬件在内的一个集合体。虚拟原型的作用是在实现这种应用之前，将其行为实现模拟出来。

2）硬件/软件协仿真（hw/sw co-simulation）

硬件/软件协仿真是指对于某一个特定应用而言，包括硬件和软件在内的全部特性都用一个虚拟原型来模拟实现。vmlab是基于一个叫做cccp（concurrent c o-simulator of circuits and processors）的协仿真引擎来实现协仿真的。

采用基于具体应用的虚拟原型的一大好处就是：硬件部分可以通过虚拟原型来模拟仿真，这无疑会提高开发速度不再需要在线仿真器（ice）工具，成本无疑会大大降低。

在vmlab中，仿真是通过工程文件*.prj来管理的。工程文件的一些语法关键字如表1所示。

仿真实验需要按如下步骤进行：

1)生成一个工程文件，选择单片机类型，指定源文件。

2)在工程文件中添加或修改单片机外围的硬件连接关系。

3)在菜单栏"view' code notebook"窗口中，新建或者修改源文件代码。

4)用菜单栏"project'build"命令（或者f9键）编译生成硬件/软件数据库，可以通过菜单栏"view'messages"窗口中的"code maker"项来观察出错或者警告信息。

5)当编译无错误的时候，vmlab工具栏中的绿灯便会点亮。单击这个绿灯，仿真便会一直运行下去，可以用工具栏来控制仿真流程，也可以用菜单栏"run'……"来控制仿真流程。

6)当所有应用特性仿真通过之后，将*.hex文件下载到单片机上。

vmlab中的基本硬件库简介

vmlab中的基本硬件库分为四个部分，每个部分包含有不同的基本硬件。

1)基本模拟器件

包括电阻，接地电容，接地按键，led四种。其中按键和led全部接在控制面板上面，如图1所示。

2）电压产生器

包括脉冲电压源，正弦波电压源，电位计（滑动变阻器）三种。

3）互式非归零码发生器（nrz-generator）

4）其它宏模型（macro-models）
包括：运算放大器(opamp)，比较器(comp)，两输入或非门(nd2)，8位da转换器(d2a8)，rs232，lcd模型，i2c监视器，4 4矩阵键盘。

协仿真实例

如图2所示，一个交流小信号经过运放放大，加入到单片机atmega16的 ad输入端。

外围电路的连接可以通过在工程文件中添加如下行信息来实现：

;-------------------------------------------------------------
xop opamp amppos ampneg pa7 ;添加一个运算放大器

r1 gnd ampneg 100k ;添加r1

r2 pa7 ampneg 300k ;添加r2

vsin amppos vss sin(0.4 0.2 20) ;添加一个信号源，
.plot v(pa7) v(amppos) ;在scope窗口中观察pa7和amppos节点的电压
状态

;-------------------------------------------------------------

在vmlab中，用户可以自己定义仿真节点名称，例如上面的amppos和ampneg就是两个用户自己定义的节点，可以在节点名称中使用字母、下划线和数字，也可以使用vmlab中预先定义好的各种类型单片机的管脚。

结束语

与其它类似代码级仿真工具相比，vmlab的优势在于--硬件仿真完全基于计算机完成，无需实际硬件的加入。作为一个仿真平台，vmlab不但能够仿真出mcu和其它外围设备的大部分特性，而且能够对涉及模拟量的应用进行协同仿真。vmlab的仿真功能甚至可以同ice硬件工具相媲美，vmlab使用又无疑会在开发成本方面会大为降低。