ProteuS仿真軟件在ARM系統設計中的應用

引 言

　　現在，人們生活中的每個角落都有嵌入式設備的存在，比如DVD、移動電話、MP3及掌上電腦等等。這些嵌入式設備多采用32位RISC嵌入式處理器作為核心部件。其中基于ARM核的嵌入式處理器獨占鰲頭，在32位RISC處理器中占據超過75％的市場份額。因而越來越多的電子愛好者都加入了學習ARM的隊伍中。通過和一般單片機系統開發過程的比較不難發現，嵌入式系統的設計包括硬件設計和軟件設計兩個方面，其調試過程包括軟件調試、硬件測試、系統調試3個過程。軟件調試一般比較容易進行，但是硬件測試和系統調試則比較麻煩，因為要進行這兩個過程必須在 PCB制作、元器件焊接完畢之后才能進行；而PCB的制作、元器件的焊接是非常費時費力的，如果能采用仿真工具ProteuS VSM，則不用制作具體的電路板也能夠完成以上工作。毫無疑問，這樣可給廣大ARM學習者帶來很大的方便。

　　1 Proteus簡介

　　Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司的EDA工具軟件，是一個電子設計的教學平臺、實驗平臺和創新平臺，涵蓋了電工電子實驗室、電子技術實驗室、單片機應用實驗室等的全部功能。它運行于Windows操作系統上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：

　　①實現了單片機仿真和SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、RS232動態仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發生器等。

　　②支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及Phil-lips公司的ARM(LPC系列)等。

　　③提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環境，如Keil、ADS等軟件。

　　④具有強大的原理圖繪制功能。能夠進行SCH(原理圖)和PCB(印刷板)電路的設計。

　　2 Proteus環境下的原理圖設計

　　Proteus和Protel、EWB等軟件相似，繪制原理圖都要先從器件庫里取出所需的元器件符號并在繪圖區布局好，同時編輯好元件的參數，接著進行連線，添加必要的網絡標號等步驟。下面通過一個簡單的實例說明如何使用Proteus軟件實現ARM(以LPC2106為例)系統的設計與仿真。實例以 LPC2106控制器為核心，使用硬件SPI接口與74HC595進行連接，添加必要的外圍電路，控制74HC595驅動LED數碼管顯示。電路原理如圖 1所示。LPC2106的P0．4(／SCK／CAP0．1)、P0．6(／MOSI／CAP0．2)和P0．8(／TxD1／PWM4)分別與 74HC595的SH_CP、DS和ST_CP相連來控制74HC595，74HC595的輸出Q0～Q6分別與數碼管和LED相連，控制它們的實時顯示。

　　3 程序代碼的編寫

　　程序代碼的編寫主要分4個部分進行：

①LPC2106的初始化代碼；
②LPC2106異常向量入口及異常向量與C語言代碼的接口，包括初始化堆棧的代碼；
③LPC2106目標板特殊的代碼，包括異常處理程序和目標板初始化程序；
④根據實例要求并結合原理圖，編寫實現預期功能的代碼，即通常的執行代碼，代碼文件保存為“main．C”。

　　通常為了節省開發的時間，一般用設計好的工程模板，這里使用LPC2100系列工程模板。模板中包含LPC2100系列ARM7微控制器的啟動文件，包括 STACK．S、HEAP．S、STARTUP．S和TARGET．C；模板還包含LPC2100系列ARM7微控制器的頭文件，分散加載描述文件(如 mem_a．scf、mem_b．scf和mem_c．scf)等等。這樣在以后的程序代碼編寫時就可以直接使用這些工程模板，而不用再編寫初始、啟動等程序代碼了，只需根據不同的要求編寫“main．C”就行了，因而節省了大量時間，大大提高了工作效率。

　　這里主要說明“main．C”的編寫，要實現的功能是使用硬件SPI接口輸出0～F的數據，通過74HC595控制LED數碼管顯示0～F字符，同時控制4個LED顯示對應的十六進制數。程序源代碼如下：

?　　4 仿 真

　　用ADS集成開發環境進行程序的編譯連接設置，ADS集成開發環境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成開發工具，英文全稱為ARM Developer Suite，成熟版本為ADS1．2。ADS1．2支持ARM10以前的所有ARM系列微控制器，支持軟件調試，支持匯編、C和C++源程序，具有編譯效率高、系統庫功能強等特點。打開ADS1．2集成開發環境CodeWarrior IDE，使用事先加入的工程模板建立一個新的工程spi．mcp，把以上編好的代碼文件main．c添加進工程。進行相關設置后，選擇 Projeet→Make命令，編譯并連接工程，生成spi．hex文件。

　　在原理圖中雙擊微控制器LPC2106，出現一屬性設置窗口Edit Component，如圖2所示。在其中的ProgramFile中添加上面生成的spi．hex文件的路徑，單擊OK完成設置。

　　點擊原理圖左下角的運行按鈕即開始仿真運行。數碼管顯示SPI發送的O～F的數據，LED顯示的是相對應的十六進制值。仿真結果完全符合設計要求。

　　結 語

　　本文結合一個簡單的SPI接口實驗詳細說明了ProteuS在ARM開發中的應用。可以看出，Proteus功能十分強大，能仿真各種數字模擬電路，且操作簡單，使用方便。使用Proteus進行ARM的虛擬開發，不僅可以減少實驗硬件資本的投入，還突破了實際開發板中實驗內容的局限性，使開發者能夠充分發揮自身的主動性。使用Pro—teus仿真進行系統虛擬開發成功之后再進行實際制作，無疑可以提高開發效率、降低開發成本、提升開發速度，具有較高的推廣應用價值。