基于单片机软硬件联合仿真解决方案
Mini Web卡介绍
Mini Web卡是一个运行在单片机上的Web服务器，提供网口连接，有大容量文件系统，提供TFTP和HTTP服务。尽管软件系统比较复杂，但优化编译后，执行代码还不足25K，为后续升级留下了足够空间。
51CPU采用SST89系列，这种CPU具有ISP功能，可以通过RS232串口，直接将目标码下载到CPU。
DMA控制逻辑是一个可编程逻辑器件，采用的是ALTERA的CPLD EPM240，主要功能是实现外围器件之间的DMA传递。因为51CPU进行IO访问是很低效的，需要24个时钟周期才能进行一次IO访问，在外围设备之间转移数据则需要更多的时钟周期，使用DMA控制逻辑可以达到3个时钟周期就能转移一个字节。本系统中处理多种网络协议，需要大量报文收发和文件系统访问，采用DMA可以极大地提高51单片机的数据处理速度。DMA通道主要有MAC芯片与RAM之间的数据块转移，SMARTMEDIA和RAM之间的数据块转移。
网卡芯片采用的是AX88796，主要的优点是可以和51CPU方便地接口；支持100M以太网，速度高；有较大的接收报文缓存，能够平滑网络流量，减少因51CPU处理速度慢导致的报文丢弃和重发。
SMART MEDIA是一个移动存储卡，主要用于存储文件，Mini Web卡支持8M到256M的SMD卡。
文件系统是Mini Web卡的新开发模块，文件系统的测试主要通过TFTP来进行，为此Mini Web卡上的TFTP服务程序进行了特殊设计，支持格式化SMART MEDIA，获取剩余空间，获取文件名列表，上传、下载和删除文件。
Mini Web卡软件模块多，软件开发风险较大。软件对硬件的依赖较强，FLASH存储器的访问驱动、网卡驱动、DMA驱动，需要软硬件协同调试。
文件系统的开发，在仿真环境下更容易和快捷。比如在仿真结束时，可以将SMART MEDIA仿真模型中的数据倒换到磁盘文件中，在仿真开始时，将磁盘文件中的数据加载到SMART MEDIA仿真模型中，在定位文件系统的问题时，这一个功能很有用。
采用软硬件联合仿真，便于系统前期设计。51单片机的外部RAM访问效率较低，内存拷贝、外部器件之间的数据块转移很浪费时间。将大量数据的拷贝操作或数据块校验、比较操作在CPLD内实现，可以大大改进51单片机处理数据的能力。通过软硬件联合仿真，可以评估CPLD处理数据对性能的改进。
Mini Web卡软硬件联合仿真系统：
软硬件联合仿真主要解决的问题是系统功能设计与验证，它不解决电源、滤波电容、总线电平兼容问题。
做系统仿真，首先要对硬件系统建模。我们关注的是系统设计的正确性和可执行性。
系统中的串口只是用来支持ISP下载软件，软件部分没有对串口做任何操作，所以系统仿真可以不必考虑。
网卡芯片AX88796，厂商没有提供仿真模型。它与CPU的接口符合ISA接口标准，软件对AX88796的操作是根据NE2000标准网卡芯片设计的，由此我们建立了一个网卡芯片的仿真模型。我们设计了一个MAC BFM来仿真网卡芯片的ISA接口，NE2000定义的寄存器在C模型中实现，MAC BFM与NE2000寄存器C模型通过PLI接*换数据。
SRAM仿真模型是很容易获取的，很多器件生产商都提供Verilog仿真模型，但器件生产商提供的Verilog仿真模型都包含复杂的延时控制代码，这会影响仿真速度。根据经验，我们可以确保SRAM在单板设计中被正确应用，不会产生时序问题，所以我们可以采用一个简化的SRAM仿真模型，这是我们自己设计的，有效代码只有十几行。
51CPU BFM 负责单片机管脚时序的产生和捕获。51CPU BFM是与ISS51紧密捆绑的，由ISS51安装程序提供。
SMARTMEDIA是三星公司提供的仿真模型，我们使用的也是三星公司的同类型存储卡。该模型可以用于验证软件操作SMART MEDIA的正确性和DMA Controller的接口时序。
DMA Controller是Mini Web卡硬件开发的一部分，将逻辑设计代码应用于仿真，既能检测逻辑设计的正确性，又能使整个仿真系统得以正常运转。
将上述硬件模型连接起来，产生下图所示硬件系统模型图：
图2. Mini Web卡硬件模块电路图
图2中U11为SMART MEDIA仿真模型，U4为DMA Controller模型。
评论