嵌入式工程师必备技能——软件仿真

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前言

MDK的一个强大的功能就是提供软件仿真(注意：STM32F4不支持软件仿真)，通过软件仿真，我们可以发现很多将要出现的问题，避免了下载到STM32里面来查这些错误，这样最大的好处是能很方便的检查程序存在的问题，因为在MDK的仿真下面，你可以查看很多硬件相关的寄存器，通过观察这些寄存器，你可以知道代码是不是真正有效。另外一个优点是不必频繁的刷机，从而延长了STM32的FLASH寿命(STM32的FLASH寿命≥1W次)。当然，软件仿真不是万能的，很多问题还是要到在线调试才能发现。

这里我们以战舰版跑马灯实验为例子。废话不多说了，接下来我们开始进行软件仿真。


第一步

主要检查芯片型号和晶振频率，其他的一般默认即可，具体操作如下：

(特别提醒：Xtal参数只用于软件仿真的，对于硬件仿真或者直接把程序下载到板子里是没有影响的。而且MDK5.35开始禁用外部晶振设置选项，所以是灰色的，显示undefined)

第二步

选择操作类型，以及设置DialogDLL等参数，具体操作如下：

选择：UseSimulator，即使用软件仿真。
选择：Runto main()，即跳过汇编代码，直接跳转到main函数开始仿真。

设置下方的DialogDLL分别为：DARMSTM.DLL和TARMSTM.DLL，Parameter均为：-pSTM32F103ZE，用于支持STM32F103ZE的软硬件仿真(即可以通过Peripherals选择对应的外设的对话框观察仿真结果)。

第三步

点击开始/停止仿真按键，开始仿真，出现如下界面

Register即寄存器窗口，这里一般用于查看程序运行时间即Sec处，以及一些比较高级的bug查找，主要就是对CortexM3内核寄存器R0~R14数据进行分析是否异常。

Disassembly即反汇编窗口，C语言代码与汇编代码比对显示，方便从汇编级别进行查看程序运行状态，也是属于比较高级的bug查找。

代码窗口，就是我们的工程代码了。左侧有黄色和绿色两个三角形，黄色三角形代表将要执行的代码，绿色的三角形表示当前光标所在代码，一般情况下，两个三角形是同步的，只要你点击其他位置查看代码时，绿色三角形就会移位。

CallStack + Locals即调用关系和局部变量窗口，通过该窗口可以查看函数调用关系以及函数的局部变量，仿真调试时，很有用。

除了这些窗口，实际上还有一些其他窗口，可以根据实际需求去选择使用。
上图还有一个很重要的工具条即Debug工具条。

复位：其功能等同于硬件上按复位按钮。相当于实现了一次硬复位。按下该按钮之后，代码会重新从头开始执行。
执行到断点处：该按钮用来快速执行到断点处，有时候你并不需要观看每步是怎么执行的，而是想快速的执行到程序的某个地方看结果，这个按钮就可以实现这样的功能，前提是你在查看的地方设置了断点。
停止运行：此按钮在程序一直执行的时候会变为有效，通过按该按钮，就可以使程序停止下来，进入到单步调试状态。
执行进去：该按钮用来实现执行到某个函数里面去的功能，在没有函数的情况下，是等同于执行过去按钮的。
执行过去：在碰到有函数的地方，通过该按钮就可以单步执行过这个函数，而不进入这个函数单步执行。
执行出去：该按钮是在进入了函数单步调试的时候，有时候你可能不必再执行该函数的剩余部分了，通过该按钮就直接一步执行完函数余下的部分，并跳出函数，回到函数被调用的位置。
执行到光标处：该按钮可以迅速的使程序运行到光标处，其实是挺像执行到断点处按钮功能，但是两者是有区别的，断点可以有多个，但是光标所在处只有一个。
汇编窗口：通过该按钮，就可以查看汇编代码，这对分析程序很有用。
堆栈局部变量窗口：通过该按钮，显示CallStack+Locals 窗口，显示当前函数的局部变量及其值，方便查看。
观察窗口：MDK5提供2个观察窗口(下拉选择)，该按钮按下，会弹出一个显示变量的窗口，输入你所想要观察的变量/表达式，即可查看其值，是很常用的一个调试窗口。
内存查看窗口：MDK5提供4个内存查看窗口(下拉选择)，该按钮按下，会弹出一个内存查看窗口，可以在里面输入你要查看的内存地址，然后观察这一片内存的变化情况。是很常用的一个调试窗口。
串口打印窗口：MDK5提供4个串口打印窗口(下拉选择)，该按钮按下，会弹出一个类似串口调试助手界面的窗口，用来显示从串口打印出来的内容。
逻辑分析窗口：该图标下面有3个选项(下拉选择)，我们一般用第一个，也就是逻辑分析窗口(LogicAnalyzer)，点击即可调出该窗口，通过SETUP按钮新建一些IO口，就可以观察这些IO口的电平变化情况，以多种形式显示出来，比较直观。
系统查看窗口：该按钮可以提供各种外设寄存器的查看窗口(通过下拉选择)，选择对应外设，即可调出该外设的相关寄存器表，并显示这些寄存器的值，方便查看设置的是否正确。

以上是比较常用的，当然不是每次都用得着，具体看你程序调试时候的需求。

第四步

点击LogicAnalyzer并点击Setup新建两个信号PORTB.5和PORTE.5，具体操作如下：

两个信号的DisplayType都选择bit，然后点击Close关闭对话框，可以看到逻辑分析窗口出现两个信号，如下图所示。

第五步

点击执行到断点处即。运行一段时间之后，按关闭按键，暂停仿真回到逻辑分析窗口，得到的波形如下图所示：

这里注意：Gird要调节到0.2s左右比较合适，可以通过Zoom里面的In按钮来放大波形，通过Out按键来缩小波形，或者按All显示全部波形。从上图也可以看到PORTB.5和PORTE.5交替输出，从这里就可以判断代码的准确性了。