引 言
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(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(jìn)行,，但是硬件測試和系統(tǒng)調(diào)試則比較麻煩,，因為要進(jìn)行這兩個過程必須在 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(jī)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：
①實現(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。
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。
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,。
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(jìn)行連線,，添加必要的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(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(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)庫功能強(qiáng)等特點,。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,。
點擊原理圖左下角的運行按鈕即開始仿真運行。數(shù)碼管顯示SPI發(fā)送的O～F的數(shù)據(jù),，LED顯示的是相對應(yīng)的十六進(jìn)制值,。仿真結(jié)果完全符合設(shè)計要求。
結(jié) 語
本文結(jié)合一個簡單的SPI接口實驗詳細(xì)說明了Proteus在ARM開發(fā)中的應(yīng)用,。可以看出,，Proteus功能十分強(qiáng)大,，能仿真各種數(shù)字模擬電路，且操作簡單,，使用方便,。使用Proteus進(jìn)行ARM的虛擬開發(fā)，不僅可以減少實驗硬件資本的投入,，還突破了實際開發(fā)板中實驗內(nèi)容的局限性,，使開發(fā)者能夠充分發(fā)揮自身的主動性。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)用價值,。