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軟硬件配置方案設(shè)計(jì)
很多時(shí)候我們需要將軟硬件完美結(jié)合在一起才能達(dá)到目標(biāo)要求，下面就是小編為您收集整理的軟硬件配置方案設(shè)計(jì)的相關(guān)文章，希望可以幫到您，如果你覺(jué)得不錯(cuò)的話可以分享給更多小伙伴哦！
軟硬件配置方案設(shè)計(jì)一
隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌放式系統(tǒng)如單片機(jī)、DSP等系統(tǒng)對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的需求日益增加，例如具有遠(yuǎn)程抄表功能的電表系統(tǒng)、楞以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的信息電系統(tǒng)等。本文采用TI公司的TMS320VC33DSP芯片設(shè)計(jì)與Realtek公司的RTL8019網(wǎng)卡的硬件接口電路，并在DSP中用軟件實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，使DSP芯片具備上網(wǎng)功能，從而可以用計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)卡與DSP電路板進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換并對(duì)其進(jìn)行控制。
1、硬件設(shè)計(jì)
DSP與網(wǎng)卡的硬件接口電路圖如圖1所示。
DSP的數(shù)據(jù)總線低16位接ISA網(wǎng)卡的16位數(shù)據(jù)線，ISA網(wǎng)卡的IOCS16線接高電平，設(shè)置網(wǎng)卡為16位的模式。
網(wǎng)卡共有20根地址線。將A7～A8、A10～A19接地，A0～A6和A9分別接DSP的A0～A7，用到的網(wǎng)卡地址為0240H～025FH，映射到DSP的Page3空間，地址映射為C000C0H～C000DFH。
DSP的Reset信號(hào)用于復(fù)位網(wǎng)卡，由于DSP的Reset信號(hào)低有效，而網(wǎng)卡的Reset信號(hào)高有效，故中間應(yīng)接非門。
DSP的Page3和R/W信號(hào)用于選能網(wǎng)卡的讀寫信號(hào)IOR、IOW，實(shí)現(xiàn)的邏輯關(guān)系如圖2所示。
IORQ是網(wǎng)卡的中斷9，通過(guò)非門后接DSP的INT1引腳。
RTL8019網(wǎng)卡有三種工作方式：
第一種為跳線方式，網(wǎng)卡的I/O和中斷由跳線決定；
第二種為即插即用方式，由軟件進(jìn)行自動(dòng)配置plugandplay；
第三種為免跳線方式，網(wǎng)卡的I/O和中斷由外接的93C46里的內(nèi)容決定。
計(jì)算機(jī)上一是即插即用方式，為了降低軟件編程的復(fù)雜度，將網(wǎng)卡設(shè)置為跳線方式。
上述所有的譯碼邏輯都在EPM7129中實(shí)現(xiàn)。
74ALVC16425是總線驅(qū)動(dòng)芯片，可實(shí)現(xiàn)3.3V到5V的電平轉(zhuǎn)換。由于TMS320VC33和EPM7128是3.3V的器件，而ISA總線是5V的，所以信號(hào)線不能直接連接，需要通過(guò)74ALVC164245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和隔離。
2、軟件設(shè)計(jì)
2.1網(wǎng)卡硬件驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)
網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序主要包括以下幾部分：
�。�1）NIC的初始化
NIC是網(wǎng)絡(luò)接口控制芯片，它負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為了能夠使NIC啟動(dòng)并處于準(zhǔn)備接收或準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)的狀態(tài)，必須對(duì)相關(guān)的寄存器進(jìn)行初始化。這些寄存器包括CR、DCR、RBCR、PSTART、PSTOP、ISR、IMR、PAR0～PAR5、MAR0～MAR7、CURR、TCP、RCR等。
�。�2）中斷服務(wù)程序
中斷服務(wù)程序一般完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是設(shè)置中斷標(biāo)志，以使相關(guān)程序能以此發(fā)現(xiàn)發(fā)生了中斷；二取得中斷狀態(tài)寄存器的值，并將引起中斷的具體原因提交給相應(yīng)的程序，這一過(guò)程也是通過(guò)設(shè)置中斷原因標(biāo)志完成的。需要注意的，中斷服務(wù)程序開始的時(shí)候要保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)，待程序處理完成后要恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)；中斷服務(wù)程序應(yīng)盡可能短小，以便在盡可能短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行完成，因此需要將一些不民要的工作交給其它程序來(lái)完成。
（3）幀發(fā)送程序
在網(wǎng)絡(luò)中，幀傳輸?shù)倪^(guò)程是：發(fā)送方將待發(fā)送的數(shù)據(jù)按幀格式要求封裝成幀，然后通過(guò)網(wǎng)卡將幀發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的傳輸線上；接收方根據(jù)接收到的幀的目的地址研究是否將該幀提交給上層應(yīng)用程序。幀的發(fā)送是指將待發(fā)送的數(shù)據(jù)以幀的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)傳輸線上，因此，幀的發(fā)送過(guò)程應(yīng)該包括以下幾個(gè)步驟：
①裝幀；
②將幀送入NIC的發(fā)送緩沖區(qū)；
③初始化發(fā)送控制寄存器；
④啟動(dòng)NI
C將該幀發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)傳輸線上。
（4）幀接收程序
幀接收是指將網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)幀接收并緩存于網(wǎng)卡的接收緩沖環(huán)中，然后由主機(jī)程序?qū)⒕彺嬗诮邮站彌_環(huán)的幀讀走并存入內(nèi)存中以備程序使用。從中可以看出，幀的接收過(guò)程分成兩卡；
�、俚谝徊接蒒IC通過(guò)本地DMA將幀存入接收緩沖環(huán)；
�、诘诙ㄊ峭ㄟ^(guò)遠(yuǎn)程DMA并在主機(jī)的配合下將接收緩沖環(huán)中的幀讀入內(nèi)存。
2.2TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)
2.2.1DSP中與PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議不同
TCP/IP協(xié)議最先是在UNIX系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，后來(lái)在LINUX、DOS和WINDOWS系統(tǒng)中也實(shí)現(xiàn)了TCP/IP。但是，在UNIX上實(shí)現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議的源代碼并不能直接移植到DSP上來(lái)，這是因?yàn)镻C機(jī)和DSP存在著巨大的差異。
PC機(jī)的運(yùn)算速度非�？�，一般都有一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，可以多任務(wù)并行執(zhí)行，通過(guò)硬中斷與中斷、消息隊(duì)列和各種插口實(shí)現(xiàn)ATCP/IP各協(xié)議層之間的通信和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信。而DSP運(yùn)行速度相對(duì)較慢，缺乏多任務(wù)操作系統(tǒng)的平臺(tái)，只能通過(guò)順序執(zhí)行加硬件中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且因其還要同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、串口中斷等任務(wù)，所以中斷程序應(yīng)盡量短，只完成設(shè)置各種狀態(tài)的標(biāo)志位，而將相對(duì)較慢的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理放在主程序中執(zhí)行，以減少各種任務(wù)之間的沖突。
PC機(jī)的內(nèi)存非常大，現(xiàn)在一般都可達(dá)到32～128M的存儲(chǔ)容量，可以動(dòng)態(tài)地分配和釋放內(nèi)存，很容易實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器緩存mbuf、網(wǎng)絡(luò)控制塊ncb等鏈狀結(jié)構(gòu)，且可隨意增刪；同時(shí)能維護(hù)多條網(wǎng)絡(luò)連接，由于計(jì)算機(jī)處理速度快，幾乎不用考慮緩沖區(qū)溢出的問(wèn)題。而DSP內(nèi)部RAM一般只有十幾K，加上外部擴(kuò)展的RAM也只能達(dá)到幾十K的容量，一個(gè)最大的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包就有1.5K左右，如果也按PC機(jī)的內(nèi)存管理方式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使用mbuf鏈，RAM肯定不夠用，因此只能在RAM中分配一個(gè)固定的1514字節(jié)的.區(qū)段來(lái)存放接收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，接收一包處理一包。
PC機(jī)中TCP/IP協(xié)議都是分層次實(shí)現(xiàn)的，相互之間都是通過(guò)參數(shù)傳遞進(jìn)行聯(lián)系，這樣有利于提高程序的模塊化和獨(dú)立性。而在DSP中，由于參數(shù)傳遞會(huì)占用過(guò)多的程序空間，且降低DSP的執(zhí)行速度，所以應(yīng)盡量減少參數(shù)傳遞，轉(zhuǎn)而使用全局變量和外部變量等來(lái)達(dá)到值的傳遞，因此各程序間的依賴程度大，往往會(huì)共享某一些變量和數(shù)據(jù)。
PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)了比較完整的TCP/IP協(xié)議。而在DSP中，由于運(yùn)算速度和內(nèi)存的限制，不可能支持所有的協(xié)議，一般只實(shí)現(xiàn)需要的部分，不需要的協(xié)議一概都不支持；而且即使需要的協(xié)議也不用像在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)那么復(fù)雜，可以根據(jù)硬件的具體情況和實(shí)現(xiàn)的需求進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化。
2.2.2TCP/IP協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)
TCP/IP協(xié)議是一個(gè)協(xié)議簇，包含了很多協(xié)議，在DSP上實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議如圖3所示，通�？煞譃樗膶樱ú话ㄎ锢韺樱�
根據(jù)DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在DSP中實(shí)現(xiàn)了ARP（地址解析協(xié)議）、IP（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP（Internet控制報(bào)文協(xié)議）、UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）和TCP（傳輸控制協(xié)議），并對(duì)它們進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
2.2.2TCP/IP協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)
TCP/IP協(xié)議是一個(gè)協(xié)議簇，包含了很多協(xié)議，在DSP上實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議如圖3所示，通�？煞譃樗膶樱ú话ㄎ锢韺樱�。
根據(jù)DSP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所需要實(shí)現(xiàn)的功能，在DSP中實(shí)現(xiàn)了ARP（地址解析協(xié)議）、IP（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）、ICMP（Internet控制報(bào)文協(xié)議）、UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）和TCP（傳輸控制協(xié)議），并對(duì)它們進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
在鏈路層中實(shí)現(xiàn)了ARP。每種網(wǎng)絡(luò)都有自己的尋址機(jī)制，以太網(wǎng)通過(guò)以太網(wǎng)地址即通常所說(shuō)的網(wǎng)卡硬件地址MAX進(jìn)行尋址的，每個(gè)網(wǎng)卡出廠時(shí)都有一個(gè)唯一的MAC地址。IP地址則僅僅是對(duì)于TCP/IP簇有意義的地址，是一種虛擬地址。當(dāng)賦予IP地址的IP包要在以太網(wǎng)中傳播時(shí)，必須將IP地址轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)地址才能進(jìn)行正確的傳輸。ARP協(xié)議就是將32位的IP地址動(dòng)態(tài)地映射為48位的以太網(wǎng)地址，從而保證網(wǎng)絡(luò)的正確傳輸。ARP協(xié)議由兩個(gè)文件arpin.c和arpout.c實(shí)現(xiàn)。arpin.c負(fù)責(zé)接收網(wǎng)絡(luò)上廣播的arp包，判斷arp包的類型是網(wǎng)絡(luò)上其它機(jī)子的請(qǐng)求包還是返回本機(jī)的響應(yīng)包，
判斷其合法性并進(jìn)行相應(yīng)的處理；arpout.c負(fù)責(zé)主機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)發(fā)送arp請(qǐng)求包以及被arpin.c調(diào)用響應(yīng)收到的arp請(qǐng)求包。
在網(wǎng)絡(luò)層中實(shí)現(xiàn)了IP和ICMP。IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議簇中最核心的協(xié)議，它提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)，所有上層協(xié)議都要以IP數(shù)據(jù)包格式傳輸。IP協(xié)議由兩個(gè)文件ipin.c和ipout.c實(shí)現(xiàn)。Ipin.c負(fù)責(zé)接收IP數(shù)據(jù)包，收到IP包后，首先判斷其版本號(hào)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、目的地址、檢驗(yàn)和是否正確，再根據(jù)ＩＰ首部的協(xié)議類型字段的值交給相應(yīng)的上層協(xié)議處理；ｉｐｏｕｔ．ｃ負(fù)責(zé)發(fā)送ＩＰ數(shù)據(jù)包，接收上層協(xié)議傳遞下來(lái)的數(shù)據(jù)，加上２０字節(jié)的ＩＰ首部，正確設(shè)置源ＩＰ地址和目的ＩＰ地址、協(xié)議類型，計(jì)算檢驗(yàn)和，交給下面的鏈路層發(fā)送。ＰＣ機(jī)上的ＩＰ數(shù)據(jù)包，當(dāng)它的長(zhǎng)度超過(guò)網(wǎng)絡(luò)的ＭＴＵ時(shí)，允許對(duì)它分段；在ＤＳＰ中，則不支持ＩＰ數(shù)據(jù)包分段，也不支持ＩＰ選項(xiàng)字段。ＩＣＭＰ協(xié)議負(fù)責(zé)傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其它需要注意的信息，且由ＩＣＭＰ首部８位的類型字段和８位的代碼字段決定信息的種類。在ＤＳＰ中只實(shí)現(xiàn)了對(duì)回顯請(qǐng)求（類型代碼為８０）報(bào)文的處理，從ＩＰ層收到ＩＣＭＰ包后，判斷其類型代碼段是否為８０。如果是，將這兩個(gè)字段設(shè)置為００（回顯應(yīng)答），計(jì)算檢驗(yàn)和，再交給ＩＰ層發(fā)送；如果不是，則予以丟棄。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)ｐｉｎｇ功能的支持。
本文通過(guò)ＤＳＰ與網(wǎng)卡的硬件接口的設(shè)計(jì)及編程，使ＤＳＰ實(shí)現(xiàn)了基于以太網(wǎng)的ＴＣＰ／ＩＰ通信，從而使ＤＳＰ可以通過(guò)網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并可以實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，交換大量的數(shù)據(jù)和控制信息。本文所介紹的技術(shù)已經(jīng)在作者參加的國(guó)家"９７３"項(xiàng)目"復(fù)雜自然環(huán)境時(shí)空定量信息的獲取與融合處理的理論與應(yīng)?quot;的硬件設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，并運(yùn)行良好。
軟硬件配置方案設(shè)計(jì)二
傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)周期、硬件和軟件的開發(fā)是分開進(jìn)行的，并在硬件完成后才將系統(tǒng)集成在一起，很多情況下，硬件完成后才開始進(jìn)行實(shí)時(shí)軟件和整體調(diào)試。軟硬件聯(lián)合仿真是一種在物理原型可用前，能盡早開始調(diào)試程序的技術(shù)。
軟硬件聯(lián)合仿真有可能使軟件設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)早期著手調(diào)試，而采用傳統(tǒng)的方法，設(shè)計(jì)工程師直到硬件設(shè)計(jì)完成才能進(jìn)行除錯(cuò)處理。有些軟件可在沒(méi)有硬件支持的情況下完成任務(wù)的編碼，如不涉及到硬件的算法。與硬件相互作用的編碼在獲得硬件之前編寫，但只有在硬件上運(yùn)行后，才能真正對(duì)編碼進(jìn)行調(diào)試。通過(guò)采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)，可在設(shè)計(jì)早期開始這一設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程。由于軟件的開發(fā)通常在系統(tǒng)開發(fā)的后段完成，在設(shè)計(jì)周期中較早的開始調(diào)試有可能將使這一項(xiàng)目提早完成，該技術(shù)會(huì)降低首次將硬件和軟件連接在一起時(shí)出現(xiàn)意外而致使項(xiàng)目延期完成所造成的風(fēng)險(xiǎn)。
在取得物理原型前，采用軟硬件聯(lián)合仿真技術(shù)對(duì)硬件和軟件之間的接口進(jìn)行驗(yàn)證，將使你不會(huì)花太多的時(shí)間在后期系統(tǒng)調(diào)試上。當(dāng)你確實(shí)拿到物理原型開始在上面跑軟件的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)測(cè)試的軟件部分將會(huì)正常工作，這會(huì)節(jié)省項(xiàng)目后期的大量時(shí)間及努力。
軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個(gè)硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯(cuò)和控制界面，軟件通過(guò)一系列由處理器啟動(dòng)的總線周期與硬件的交互作用。本文以一個(gè)MiniWeb卡的開發(fā)介紹一種軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)。
該方案的核心是采用一個(gè)51單片機(jī)仿真引擎GoldBullISS51（以下簡(jiǎn)稱ISS51），ISS51是51單片機(jī)開發(fā)環(huán)境KeiluVision2的一個(gè)插件，ISS51具有連接Keil和硬件仿真環(huán)境Modelsim的接口，可以實(shí)現(xiàn)軟硬件同步仿真。在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Modelsim作為硬件仿真和調(diào)試界面，ISS51負(fù)責(zé)軟件執(zhí)行、監(jiān)控軟件斷點(diǎn)、單步執(zhí)行、內(nèi)存和寄存器數(shù)據(jù)返回給Keil、CPU總線時(shí)序產(chǎn)生和捕獲、內(nèi)部功能模塊（如定時(shí)器，串口）的運(yùn)行等功能。
MiniWeb卡介紹
MiniWeb卡是一個(gè)運(yùn)行在單片機(jī)上的Web服務(wù)器，提供網(wǎng)口連接，有大容量文件系統(tǒng)，提供TFTP和HTTP服務(wù)。盡管軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜，但優(yōu)化編譯后，執(zhí)行代碼還不足25K，為后續(xù)升級(jí)留下了足夠空間。
51CPU采用SST89系列，這種CPU具有ISP功能，可以通過(guò)RS232串口，直接將目標(biāo)碼下載到CPU。
DMA控制邏輯是一個(gè)可編程邏輯器件，采用的是ALTERA的CPLDEPM240，主要功能是實(shí)現(xiàn)外圍器件之間的DMA傳遞。因?yàn)?1CPU進(jìn)行IO訪問(wèn)是很低效的，需要24個(gè)時(shí)鐘周期才能進(jìn)行一
次IO訪問(wèn)，在外圍設(shè)備之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)則需要更多的時(shí)鐘周期，使用DMA控制邏輯可以達(dá)到3個(gè)時(shí)鐘周期就能轉(zhuǎn)移一個(gè)字節(jié)。本系統(tǒng)中處理多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，需要大量報(bào)文收發(fā)和文件系統(tǒng)訪問(wèn)，采用DMA可以極大地提高51單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度。DMA通道主要有MAC芯片與RAM之間的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移，SMARTMEDIA和RAM之間的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移。
網(wǎng)卡芯片采用的是AX88796，主要的優(yōu)點(diǎn)是可以和51CPU方便地接口；支持100M以太網(wǎng)，速度高；有較大的接收?qǐng)?bào)文緩存，能夠平滑網(wǎng)絡(luò)流量，減少因51CPU處理速度慢導(dǎo)致的報(bào)文丟棄和重發(fā)。
SMARTMEDIA是一個(gè)移動(dòng)存儲(chǔ)卡，主要用于存儲(chǔ)文件，MiniWeb卡支持8M到256M的SMD卡。
文件系統(tǒng)是MiniWeb卡的新開發(fā)模塊，文件系統(tǒng)的測(cè)試主要通過(guò)TFTP來(lái)進(jìn)行，為此MiniWeb卡上的TFTP服務(wù)程序進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，支持格式化SMARTMEDIA，獲取剩余空間，獲取文件名列表，上傳、下載和刪除文件。
軟硬件聯(lián)合仿真的必要性：
MiniWeb卡軟件模塊多，軟件開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)較大。軟件對(duì)硬件的依賴較強(qiáng)，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器的訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)、DMA驅(qū)動(dòng)，需要軟硬件協(xié)同調(diào)試。
文件系統(tǒng)的`開發(fā)，在仿真環(huán)境下更容易和快捷。比如在仿真結(jié)束時(shí)，可以將SMARTMEDIA仿真模型中的數(shù)據(jù)倒換到磁盤文件中，在仿真開始時(shí)，將磁盤文件中的數(shù)據(jù)加載到SMARTMEDIA仿真模型中，在定位文件系統(tǒng)的問(wèn)題時(shí)，這一個(gè)功能很有用。
采用軟硬件聯(lián)合仿真，便于系統(tǒng)前期設(shè)計(jì)。51單片機(jī)的外部RAM訪問(wèn)效率較低，內(nèi)存拷貝、外部器件之間的數(shù)據(jù)塊轉(zhuǎn)移很浪費(fèi)時(shí)間。將大量數(shù)據(jù)的拷貝操作或數(shù)據(jù)塊校驗(yàn)、比較操作在CPLD內(nèi)實(shí)現(xiàn)，可以大大改進(jìn)51單片機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力。通過(guò)軟硬件聯(lián)合仿真，可以評(píng)估CPLD處理數(shù)據(jù)對(duì)性能的改進(jìn)。
MiniWeb卡軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)：
軟硬件聯(lián)合仿真主要解決的問(wèn)題是系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，它不解決電源、濾波電容、總線電平兼容問(wèn)題。
做系統(tǒng)仿真，首先要對(duì)硬件系統(tǒng)建模。我們關(guān)注的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和可執(zhí)行性。
系統(tǒng)中的串口只是用來(lái)支持ISP下載軟件，軟件部分沒(méi)有對(duì)串口做任何操作，所以系統(tǒng)仿真可以不必考慮。
網(wǎng)卡芯片AX88796，廠商沒(méi)有提供仿真模型。它與CPU的接口符合ISA接口標(biāo)準(zhǔn)，軟件對(duì)AX88796的操作是根據(jù)NE2000標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)卡芯片設(shè)計(jì)的，由此我們建立了一個(gè)網(wǎng)卡芯片的仿真模型。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)MACBFM來(lái)仿真網(wǎng)卡芯片的ISA接口，NE2000定義的寄存器在C模型中實(shí)現(xiàn)，MACBFM與NE2000寄存器C模型通過(guò)PLI接口交換數(shù)據(jù)。
SRAM仿真模型是很容易獲取的，很多器件生產(chǎn)商都提供Verilog仿真模型，但器件生產(chǎn)商提供的Verilog仿真模型都包含復(fù)雜的延時(shí)控制代碼，這會(huì)影響仿真速度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們可以確保SRAM在單板設(shè)計(jì)中被正確應(yīng)用，不會(huì)產(chǎn)生時(shí)序問(wèn)題，所以我們可以采用一個(gè)簡(jiǎn)化的SRAM仿真模型，這是我們自己設(shè)計(jì)的，有效代碼只有十幾行。
51CPUBFM負(fù)責(zé)單片機(jī)管腳時(shí)序的產(chǎn)生和捕獲。51CPUBFM是與ISS51緊密捆綁的，由ISS51安裝程序提供。
SMARTMEDIA是三星公司提供的仿真模型，我們使用的也是三星公司的同類型存儲(chǔ)卡。該模型可以用于驗(yàn)證軟件操作SMARTMEDIA的正確性和DMAController的接口時(shí)序。
DMAController是MiniWeb卡硬件開發(fā)的一部分，將邏輯設(shè)計(jì)代碼應(yīng)用于仿真，既能檢測(cè)邏輯設(shè)計(jì)的正確性，又能使整個(gè)仿真系統(tǒng)得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
虛擬網(wǎng)卡
做系統(tǒng)仿真，必須輸入來(lái)自真實(shí)世界的激勵(lì)，并將仿真系統(tǒng)的輸出傳遞到真實(shí)世界。即便是不能連接到真實(shí)世界，也應(yīng)該提供模擬真實(shí)世界的輸入，并對(duì)仿真系統(tǒng)的輸出進(jìn)行檢測(cè)和分析。
對(duì)于MiniWeb卡來(lái)說(shuō)，它和真實(shí)環(huán)境是通過(guò)網(wǎng)口連接的。使用虛擬網(wǎng)卡技術(shù)，能夠?qū)D3中的MACCModel與虛擬網(wǎng)卡進(jìn)行通訊。
對(duì)于運(yùn)行在Windows系統(tǒng)上的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，它并不知道網(wǎng)卡是虛擬的還是真實(shí)的，應(yīng)用程序通過(guò)虛擬網(wǎng)卡收發(fā)數(shù)據(jù)，事實(shí)上是與仿真系統(tǒng)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。
這樣就可以使用TFTP向MiniWeb卡仿真系統(tǒng)傳遞網(wǎng)頁(yè)文件，使用IE瀏覽MiniWeb卡仿真系統(tǒng)中的網(wǎng)頁(yè)，MiniWeb卡的所有功能都能夠被檢驗(yàn)。
使用網(wǎng)絡(luò)臭探器Sniffer可以監(jiān)控虛擬網(wǎng)卡的報(bào)文流，方便協(xié)議調(diào)試。
仿真加速技術(shù)
軟硬件聯(lián)合仿真，影響仿真速度的瓶頸在HDL代碼部分的仿真。如果不設(shè)法提高HDL代碼部分的仿真速度，軟件調(diào)試就非常低效。
提高硬件仿真速度的方法之一是軟件硬件仿真采用事件同步，只在CPU訪問(wèn)IO時(shí)保持軟件和硬件是同步的。
仿真加速方法之二是硬件仿真系統(tǒng)時(shí)鐘休眠。對(duì)于MiniWeb卡來(lái)說(shuō)，只
有DMAController是受時(shí)鐘控制的，軟件沒(méi)有操作DMAController的期間，DMAController的運(yùn)作是毫無(wú)意義的，所以可以在非DMA操作期間，對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行休眠；ISS51在每次IO訪問(wèn)時(shí)，給出與上次IO訪問(wèn)的時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差經(jīng)過(guò)處理可以作為時(shí)鐘休眠的時(shí)間段。如果ISS51連續(xù)進(jìn)行IO訪問(wèn)，就不會(huì)產(chǎn)生時(shí)鐘休眠了。DMAController工作于查詢方式，可以采用時(shí)鐘休眠技術(shù)，而不會(huì)導(dǎo)致仿真與真實(shí)結(jié)果的不一致。
方法之三是，縮短SMARTMEDIA仿真模型中的一些長(zhǎng)延時(shí)的時(shí)間參數(shù)。因?yàn)樵诘却齋MARTMEDIA進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，CPU必須連續(xù)查詢IO，影響仿真速度。我們主要用于軟件功能驗(yàn)證，這種修改也是可以接受的。
方法之四，在軟件設(shè)計(jì)上，謹(jǐn)慎使用外部中斷，因?yàn)橐坏┲袛鄦?dòng)，ISS51需要在每個(gè)機(jī)器周期查詢是否有中斷信號(hào)，導(dǎo)致軟件仿真和硬件仿真在每個(gè)指令上都進(jìn)行同步，影響仿真速度。如果一定要使用外部中斷，建議用C模型代替Verilog模型，這樣可不影響仿真速度；或者由用戶根據(jù)外部模塊產(chǎn)生外部中斷的時(shí)機(jī)，使用ISS51的控制命令，在恰當(dāng)時(shí)刻使能ISS51的中斷模塊。
在一個(gè)普通PC（CPU為AMD速龍1000，SDRM512M133），運(yùn)行MiniWeb卡仿真系統(tǒng)，使用PING命令測(cè)試MiniWeb卡仿真系統(tǒng)的響應(yīng)速度：
Replyfrom10.10.112.76:bytes=32time=64msTTL=128
使用IE打開MiniWeb卡仿真系統(tǒng)中的網(wǎng)頁(yè)文件，感覺(jué)和撥號(hào)上網(wǎng)的速度差不太多。創(chuàng)建多個(gè)TFTP連接，同時(shí)向仿真系統(tǒng)傳遞或下載網(wǎng)頁(yè)文件，同時(shí)使用IE進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽，都無(wú)響應(yīng)中斷現(xiàn)象出現(xiàn)。
總結(jié)
使用軟硬件聯(lián)合仿真，MiniWeb卡不需要硬件就能進(jìn)行全部功能的仿真，增強(qiáng)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的信心。軟硬件聯(lián)合仿真方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)調(diào)整，可以在設(shè)計(jì)前期評(píng)估性能，方便軟件和硬件的debug，是一個(gè)值得推廣的技術(shù)。
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