仿真軟件ProteuS在ARM系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在，人們生活中的每個角落都有嵌入式設(shè)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(shè)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(jù)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(xué)習(xí)ARM的隊伍中。通過和一般單片機系統(tǒng)開發(fā)過程的比較不難發(fā)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩個方面，其調(diào)試過程包括軟件調(diào)試、硬件測試、系統(tǒng)調(diào)試3個過程。軟件調(diào)試一般比較容易進行，但是硬件測試和系統(tǒng)調(diào)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(xué)習(xí)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(shè)計的教學(xué)平臺、實驗平臺和創(chuàng)新平臺，涵蓋了電工電子實驗室、電子技術(shù)實驗室、單片機應(yīng)用實驗室等的全部功能。它運行于Windows操作系統(tǒng)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：

　?、賹崿F(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。

　?、谥С种髁鲉纹瑱C系統(tǒng)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(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil、ADS等軟件。

　?、芫哂袕姶蟮脑韴D繪制功能。能夠進行SCH(原理圖)和PCB(印刷板)電路的設(shè)計。

　　2 Proteus環(huán)境下的原理圖設(shè)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(qū)布局好，同時編輯好元件的參數(shù)，接著進行連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)ARM(以LPC2106為例)系統(tǒng)的設(shè)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(qū)動LED數(shù)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(shù)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：

　?、貺PC2106的初始化代碼；

　?、贚PC2106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；

　?、跮PC2106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(jù)實例要求并結(jié)合原理圖，編寫實現(xiàn)預(yù)期功能的代碼，即通常的執(zhí)行代碼，代碼文件保存為“main．C”。

　　通常為了節(jié)省開發(fā)的時間，一般用設(shè)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(jù)不同的要求編寫“main．C”就行了，因而節(jié)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(xiàn)的功能是使用硬件SPI接口輸出0～F的數(shù)據(jù)，通過74HC595控制LED數(shù)碼管顯示0～F字符，同時控制4個LED顯示對應(yīng)的十六進制數(shù)。程序源代碼如下：