一種仿真器晶片的仿真方法
2023-08-22 08:52:56
專利名稱：一種仿真器晶片的仿真方法
技術領域：
本發明涉及微控制器領域，特別是關於一種仿真器晶片及其仿真方法。
背景技術：
隨著'深亞孩￡米CMOS (Conlplementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor,互補型金屬氧化物半導體)集成電路生產工藝的不斷進步，目前技 術上已經可以把複雜的微控制器內核集成在一塊晶片上，同時留有足夠的矽 片面積用於實現複雜的存儲器和外設邏輯，過去用於高端32位和64位CPU 的:&計方法和構架現在已經能夠有效的用於低價微控制器系統。利用這些功 能強大而且便宜的微控制器，全系統的集成度不斷提高。硬體結構可執行更 複雜高效的程序，集成更多的硬體功能。
近年來，微控制器的開發和應用獲得了廣泛的普及，而微控制器的開發 和應用離不開基於該微控制器的仿真器。雖然仿真器應該具有什麼特徵還有 不同的看法，但是各種微控制器的仿真器都有一些特徵(l)必須基於一定 的孩t控制器構架設計的；(2 )具備樣t控制器晶片能夠實現的全部功能；(3 ) 具備一定的孩M空制器的實時調試、仿真功能。
樣i控制器的仿真器晶片的這些特徵也帶來了一些本質的缺陷和不足(1) 仿真器晶片的構架是基於一定構架的微控制器；(2 )仿真器的使用需要一定 的軟體^/f牛的支持；(3)仿真器晶片面積大於微控制器晶片面積，仿真器芯
片的管腳數目大於微控制器晶片的管腳數目；(4)仿真器主要用於調試和仿 真，所以晶片的量產不會很大。
現在有《艮多公司生產賴:控制器都有仿真器，如微晶片公司(Microchip )、 摩託羅拉(Motorola )、日本電氣(NEC )、日立(Hitachi )、盛群(Holtek)等。 雖然這些公司的微控制器基本上都有仿真器，功能也是各式各樣，但是這些 仿真器都是基於特定的微控制器構架，所以不具備可移植性。
快速設計周期在微控制器的仿真器晶片系統開發中是非常重要的，而且 軟體在計算機系統裡有著不容置疑的重要地位。仿真器系統的使用跟軟體編 程與硬體設計之間的規格接口密切相關，這個接口就是微控制器的指令集。 通過外部並4亍輸入指令，使得晶片能夠正常工作和仿真調試模式。
因此就需要開發一種具備可移植性較佳，同時晶片工作;f莫式和調試模式 比較簡單的仿真器晶片系統。
發明內容
本發明的目的在於提供一種仿真器晶片，克服了現有技術仿真器結構以 及工作方式複雜，可移植性差的不足，較簡單地實現了對微控制器的實時調
試和實時仿真。
本發明是通過以下技術方法實現的 一種仿真器晶片，包括微控制器內 部模塊，與之相連的內部總線，該仿真器晶片還設有外部總線將外圍電路與 微控制器內部模塊相連，該外部總線和內部總線與模式切換裝置相連，該模 式切換裝置可切換外部總線以及內部總線與微控制器內部模塊的連接。
其中，所述的模式切換裝置包括多路器和控制該多路器的選擇器，多路 器的輸入端分別連接內部總線和外部總線，多路器的輸出端連接微控制器內
部模塊。選擇器由D觸發器、RS觸發器和計數器組成，D觸發輸出分別與計 數器和RS觸發器相連，計數器輸出與RS觸發器相連，選擇器信號由D觸發 器和計數器輸入端輸入；由RS觸發器的輸出端輸出。選擇器控制微控制器內 部時鐘發生器使微控制器處於待機狀態或工作狀態。
所述的外圍電路是實現仿真器的暫停、斷點、單步運行的電路，還包括 解碼器以擴展片選信號，實現多種不同型號的微控制器的仿真器功能，以及 實現多套指今集和不同功能才莫塊組合。外圍電路通過外部總線監控微控制器 運行狀態並保存數據。
所述的內部總線分別為內部地址、數據、控制總線；外部總線分別為外 部地址、數據、控制總線。
本發明的另一目的在於提供一種仿真方法，以較簡單地實現對微控制器 的實時調試和實時仿真。
為實現這一目的，本發明提供了一種仿真器晶片的仿真方法，在具有內 部總線的微控制器上設置外部總線將外圍電路與微控制器內部模塊相連；使 用內部總線時，仿真器工作在正常模式，其功能等同微控制器；使用外部總 線時，仿真器工作在調試模式，可以實現調試功能。
其中，所述的調試功能包括斷點運行，單步運行，停止運行等功能。在 調試時，可以對內部存儲器進行讀取、修改儲器值。內部存儲器包括寄存器 和SRAM(Static Random Access Memory,靜態隨機訪問存儲器)存儲單元。
該方法通過外部總線了解微控制器運行狀態及修改微控制器的運行狀 態。外部總線要求仿真器晶片停止運行進入調試模式時，此時微控制器正在 執行單周期指令，微控制器將在當前指令周期完成後進入調試模式。通過外 部總線要求仿真器晶片停止運行進入調試模式時，微控制器正在執行雙周期
指令，微控制器將在當前指令執行完成後進入調試模式。通過外部總線要求 仿真器晶片停止運行進入調試模式時，微控制器正在響應中斷，微控制器將 相應中斷完畢後進入調試模式。
本發明的仿真器是具備仿真調試的斷點、單步、停止運行等功能，且可 移植性較佳，可同時滿足同一系列不同產品的仿真調試條件。較簡單地實現 了對糹鼓控制器的實時調試和實時仿真。本發明採用雙總線結構簡化了仿真器 晶片結構，並且也不需要較複雜的軟體支持，減低了成本，對於晶片的開發 和應用具有很高的使用價值。
圖l是本發明的仿真器晶片系統使用兩組總線的示意圖。
圖2是本發明的解碼器結構示意圖。
圖3是調試模式進A/退出實現原理示意圖。
圖4是數據讀出的實現原理示意圖。
圖5是數據寫入的實現原理示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種孩i控制器的仿真器晶片構架發明，採用雙總線結構，分 別為內部總線和外部總線。內部總線用於正常孩t控制器工作;f莫式，外部總線 用於微控制器的調試模式。可以通過簡單外圍電路配合實現仿真器的連續運 行、暫停、斷點、單步運行等功能，連續運行時，其功能等同於微控制器芯 片，該仿真器可以實現同一系列不同型號的微控制器產品的仿真功能，可以
支持多種不同型號的孩t控制器，具有很強的擴展性。
本發明的雙總線分別為內部地址、數據、控制總線和外部地址、數據、
控制總線。^使用內部總線時，仿真器工作在正常模式，其功能等同微控制器； 使用外部總線時，仿真器工作在調試模式，可以實現調試功能，包括斷點運 行，單步運行，停止運行等功能。在調試仿真器時，可以對內部存儲器進行 讀取存、修改儲器值，內部存儲器包括寄存器和SRAM存儲單元。實時停止、 進入斷點停止、單步停止運行時，晶片進入調試模式，可以對數據寄存器的 讀寫操作，對程序計數器PC的修改及讀出等，用戶可通過外部總線了解微控 制器運行狀態及修 支微控制器的運行狀態。
用戶通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入調試;漢式時，此時微控 制器正在執行單周期指令，微控制器將在當前指令周期完成後進入調試模式。
用戶通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入調試模式時，微控制器 正在執行雙周期指令，微控制器將在當前指令執行完成後進入調試模式。
用戶通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入調試模式時，微控制器 正在響應中斷，微控制器將相應中斷完畢後進入調試模式。
本發明可應用於各種類型的微控制器的仿真系統及其實現，為il明簡單 起見，在下面的實施例中以8位RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡 指令集計算機)為例來介紹本發明。
下面結合附圖詳細描述以8位RISC為例的本發明的微控制器的仿真器芯 片系統。
首先請參閱圖l，圖l是仿真器構架使用兩組總線的示意圖，內部總線l 包括內部數據總線3、內部地址總線4和內部控制總線5，外部總線2包括外 部數據總線6、外部地址總線7和外部控制總線8。這些總線都接到擺1控制器
的各個模塊，分別供正常工作模式和調試模式使用。孩吏控制器包括內部總線1 和微控制器內部各模塊一起組成微控制器，可以連續運行，其功能等同於微
控制器晶片。而外部總線6與孩i控制器內部各才莫塊相連構成仿真器，實現包 括斷點運行，單步運行，停止運行等調試功能。
如圖2是本發明的解碼器結構示意圖，由於賴t控制器的仿真器是基於一 定微控制器構架，所以該微控制器構架的一系列產品具有很多共性，但同時 也具有一定的差異性。如圖2中的實施例的仿真器可以實現同一系列的四種 不同型號的孩i控制器的仿真器功能，同時根據用戶的需求可以進行擴展。片 選信號ll、 12通過2到4解碼器，輸出解碼信號13、 14、 15、 16,分別對應 不同型號微控制器的使能信號，這些信號選擇屬於該微控制器的模塊。選擇 好所有的才莫塊以後，各個模塊通過內部總線和外部總線將微控制器的仿真器 連接，使其形成特定型號的微控制器仿真器構架。當然在本發明的其他實施 例中還可以通過其他類型的解碼器，使得本發明仿真器可以對應更多種類或 型號的微控制器。
如圖3是調試模式進^/退出實現原理示意圖，本實施例的模式切換裝置 中的選擇器由一個D觸發器27、 RS觸發器29和計數器28組成，其中D觸 發器27有三個輸入埠，即時鐘埠 CK、數據埠 D、清零埠 C，其輸 出埠 Q分別與計數器28和RS觸發器29的復位埠 R相連；計數器28與 RS觸發器29的設置埠 S相連；RS觸發器29具有輸出埠 Q。當調試才莫 式請求信號22為高電平時，輸入到D觸發器27時，經過時鐘信號23同步(時 鍾信號23同步保證了當前指令執行完成的時鐘信號)，輸出調試模式使能信 號25為高電平。調試模式使能信號25輸入到RS觸發器29，使得RS觸發器 29的輸出信號26為低電平，輸出信號26為控制微控制器內部時鐘發生器停止運行的^f言號，從而實現了微控制器處於待機狀態，同時調試模式〗吏能信號
25標誌目前處於調試模式。而當調試模式請求信號22從高電平變為低電平， 結束請求，則調試模式使能信號25信號馬上變為低電平。由於C端信號24 是調試模式使能信號25的反信號以及復位信號，所以此時C端信號24將從 低電平變為高電平，使得D觸發器27輸出低電平。當D觸發器27輸出低電 平時，計數器28由輸入時鐘21而開始計數，計數到一定值時，觸發RS觸發 器29使輸出信號26變為高電平，恢復微控制器正常工作模式。
如圖4是數據讀出的實現原理示意圖。每次仿真器進入調試模式，包括 斷點、單步、停止運4亍模式，仿真器將實時讀取微控制器內部工作寄存器、 數據存儲器、程序計數器、堆棧指針、堆棧內容。寄存器讀取的使能信號， 即控制總線，通過多路選擇器進行選擇，將依次輸出各寄存器讀取的使能信 號，並依次讀取寄存器值。讀取數據存儲器時，該使能信號還需要配合地址 總線上的尋址信號，才能一次讀取數據存儲器的值。
在圖4中，信號31為各寄存器讀取使能信號，信號32為使能信號的選 通信號，信號33為讀取信號的輸出，信號34為讀取數據存儲器的尋址信號， 信號35為寄存器值輸出到外部數據總線的輸出信號。
如圖5是數據寫入的實現原理示意圖。在調試模式下調試，需要修改數 椐存儲器值或者修改PC值，可以通過外部數據總線、地址總線和控制總線將 所需要修改寄存器值。進入調試模式，調試模式控制信號51通過選擇器選取 修改數據存儲器使能信號52或者選取修改PC使能信號53。如果修改數據存 儲器，那麼通過多路器使能外部控制總線8，同時禁止內部控制總線5，輸出 控制總線47;使能外部數據總線6，禁止內部數據總線3，輸出數據總線48; 使能外部地址總線7，禁止內部地址總線4，輸出地址總線49。修改PC值的外部數據通過44的低5位和外部地址總線46合併為外部數據56，通過多路 器的選通外部數據56，禁止內部數據50，輸出數據54寫入緩衝器後，將緩 衝後數據55寫入PC寄存器。這樣就可以通過外部總線來實現修改數據存儲 器值或者修改PC值。
以上介紹的僅僅是基於本發明的幾個較佳實施例，並不能以此來限定本 發明的範圍。任何對本發明的裝置作本技術領域內熟知的部件的替換、組合、 分立，以及對本發明實施步驟作本技術領域內熟知的等同改變或替換均不超 出本發明的揭露以及保護範圍。
權利要求
1、一種仿真器晶片的仿真方法，仿真器晶片包括微控制器內部模塊，與之相連的內部總線，其中，還包括外部總線以及與外部總線相連的外圍電路；所述內部總線與所述外部總線分別通過模式切換裝置切換與微控制器內部模塊的連接，當模式切換裝置將內部總線切換至與微控制器內部模塊相連時，仿真器工作在正常模式；當模式切換裝置將外部總線切換至與微控制器外部模塊相連時，仿真器工作在調試模式，外圍電路對微控制器內部模塊進行調試。
2、 根據權利要求l所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對微控 制器內部才莫塊進行調試包括外圍電路對微控制器內部模塊進行斷點運行、 單步運行以及停止運行操作。
3、 根淨居權利要求1所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對微控 制器內部才莫塊進行調試時，還包括外圍電路讀取、修改微控制器內部模塊 中的內部存儲器中的存儲器值。
4、 #4居權利要求1所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對樣史控 制器內部才莫塊進行調試包括外圍電路通過外部總線獲得微控制器運行狀態 及修改微控制器的運行狀態。
5、 才艮據權利要求1所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對孩吏控 制器內部才莫塊進行調試包括當通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入 調試模式時，此時微控制器正在執行單周期指令，微控制器將在當前指令周 期完成後進入調試模式。
6、 根據權利要求1所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對微控 制器內部才莫塊進行調試包括當通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入 調試模式時，此時微控制器正在執行雙周期指令，微控制器將在當前指令周 期完成後進入調試模式。
7、 根據權利要求1所述的仿真方法，其特徵在於，所述外圍電路對孩吏控制器內部才莫塊進行調試包括當通過外部總線要求仿真器晶片停止運行進入 調試模式時，此時微控制器正在響應中斷，微控制器將響應中斷完畢後進入 調試模式。
全文摘要
一種仿真器晶片的仿真方法，仿真器晶片包括微控制器內部模塊，與之相連的內部總線，其中，還包括外部總線以及與外部總線相連的外圍電路；所述內部總線與所述外部總線分別通過模式切換裝置切換與微控制器內部模塊的連接，當模式切換裝置將內部總線切換至與微控制器內部模塊相連時，仿真器工作在正常模式；當模式切換裝置將外部總線切換至與微控制器外部模塊相連時，仿真器工作在調試模式，外圍電路對微控制器內部模塊進行調試。本發明可實現對微控制器的實時調試喝實時仿真，且可移植性較佳，對於晶片的開發和應用具有很高的使用價值。
文檔編號G06F17/50GK101354730SQ200710187208
公開日2009年1月28日 申請日期2005年8月31日 優先權日2005年8月31日
發明者嶽衛傑, 松 潘, 陳光勝 申請人:上海海爾集成電路有限公司