引 言
現(xiàn)在,，人們生活中的每個(gè)角落都有嵌入式設(shè)備的存在，比如DVD,、移動(dòng)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(dú)占鰲頭,，在32位RISC處理器中占據(jù)超過75％的市場(chǎng)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(duì)伍中,。通過和一般單片機(jī)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(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，其調(diào)試過程包括軟件調(diào)試,、硬件測(cè)試,、系統(tǒng)調(diào)試3個(gè)過程。軟件調(diào)試一般比較容易進(jìn)行,，但是硬件測(cè)試和系統(tǒng)調(diào)試則比較麻煩,，因?yàn)橐M(jìn)行這兩個(gè)過程必須在 PCB制作、元器件焊接完畢之后才能進(jìn)行,；而PCB的制作,、元器件的焊接是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)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(jiǎn)介
Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件,，是一個(gè)電子設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和創(chuàng)新平臺(tái),，涵蓋了電工電子實(shí)驗(yàn)室,、電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、單片機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等的全部功能,。它運(yùn)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(diǎn)是：
①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)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(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真,、RS232動(dòng)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(hào)發(fā)生器等。
②支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真,。目前支持的單片機(jī)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(diǎn)等調(diào)試功能,，同時(shí)可以觀察各個(gè)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(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil,、ADS等軟件,。
④具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。能夠進(jìn)行SCH(原理圖)和PCB(印刷板)電路的設(shè)計(jì),。
2 Proteus環(huán)境下的原理圖設(shè)計(jì)
Proteus和Protel,、EWB等軟件相似，繪制原理圖都要先從器件庫(kù)里取出所需的元器件符號(hào)并在繪圖區(qū)布局好,，同時(shí)編輯好元件的參數(shù),，接著進(jìn)行連線，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)等步驟,。下面通過一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例說明如何使用Proteus軟件實(shí)現(xiàn)ARM(以LPC2106為例)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真,。實(shí)例以 LPC2106控制器為核心，使用硬件SPI接口與74HC595進(jìn)行連接,，添加必要的外圍電路,，控制74HC595驅(qū)動(dòng)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(shí)時(shí)顯示。
3 程序代碼的編寫
程序代碼的編寫主要分4個(gè)部分進(jìn)行：
①LPC2106的初始化代碼,；
②LPC2106異常向量入口及異常向量與C語(yǔ)言代碼的接口,，包括初始化堆棧的代碼；
③LPC2106目標(biāo)板特殊的代碼,，包括異常處理程序和目標(biāo)板初始化程序,；
④根據(jù)實(shí)例要求并結(jié)合原理圖，編寫實(shí)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(shí)間,，一般用設(shè)計(jì)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(dòng)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(shí)就可以直接使用這些工程模板,，而不用再編寫初始、啟動(dòng)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(shí)間，大大提高了工作效率,。
這里主要說明“main．C”的編寫,，要實(shí)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(shí)控制4個(gè)LED顯示對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù),。程序源代碼如下：
4 仿 真
用ADS集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行程序的編譯連接設(shè)置，ADS集成開發(fā)環(huán)境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成開發(fā)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(diào)試,，支持匯編,、C和C++源程序，具有編譯效率高,、系統(tǒng)庫(kù)功能強(qiáng)等特點(diǎn),。打開ADS1．2集成開發(fā)環(huán)境CodeWarrior IDE，使用事先加入的工程模板建立一個(gè)新的工程spi．mcp,，把以上編好的代碼文件main．c添加進(jìn)工程,。進(jìn)行相關(guān)設(shè)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(xiàn)一屬性設(shè)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(shè)置,。
點(diǎn)擊原理圖左下角的運(yùn)行按鈕即開始仿真運(yùn)行。數(shù)碼管顯示SPI發(fā)送的O～F的數(shù)據(jù),，LED顯示的是相對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制值,。仿真結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求。
結(jié) 語(yǔ)
本文結(jié)合一個(gè)簡(jiǎn)單的SPI接口實(shí)驗(yàn)詳細(xì)說明了Proteus在ARM開發(fā)中的應(yīng)用,?？梢钥闯觯琍roteus功能十分強(qiáng)大,，能仿真各種數(shù)字模擬電路,，且操作簡(jiǎn)單，使用方便,。使用Proteus進(jìn)行ARM的虛擬開發(fā),，不僅可以減少實(shí)驗(yàn)硬件資本的投入，還突破了實(shí)際開發(fā)板中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的局限性,，使開發(fā)者能夠充分發(fā)揮自身的主動(dòng)性,。使用Pro—teus仿真進(jìn)行系統(tǒng)虛擬開發(fā)成功之后再進(jìn)行實(shí)際制作，無疑可以提高開發(fā)效率,、降低開發(fā)成本,、提升開發(fā)速度，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值,。