基于單片機軟硬件聯合仿真解決方案

　　Mini Web卡介紹

　　Mini Web卡是一個運行在單片機上的Web服務器，提供網口連接，有大容量文件系統，提供TFTP和HTTP服務。盡管軟件系統比較復雜，但優化編譯后，執行代碼還不足25K，為后續升級留下了足夠空間。

　　51CPU采用SST89系列，這種CPU具有ISP功能，可以通過RS232串口，直接將目標碼下載到CPU。

　　DMA控制邏輯是一個可編程邏輯器件，采用的是ALTERA的CPLD EPM240，主要功能是實現外圍器件之間的DMA傳遞。因為51CPU進行IO訪問是很低效的，需要24個時鐘周期才能進行一次IO訪問，在外圍設備之間轉移數據則需要更多的時鐘周期，使用DMA控制邏輯可以達到3個時鐘周期就能轉移一個字節。本系統中處理多種網絡協議，需要大量報文收發和文件系統訪問，采用DMA可以極大地提高51單片機的數據處理速度。DMA通道主要有MAC芯片與RAM之間的數據塊轉移，SMARTMEDIA和RAM之間的數據塊轉移。

　　網卡芯片采用的是AX88796，主要的優點是可以和51CPU方便地接口；支持100M以太網，速度高；有較大的接收報文緩存，能夠平滑網絡流量，減少因51CPU處理速度慢導致的報文丟棄和重發。

　SMART MEDIA是一個移動存儲卡，主要用于存儲文件，Mini Web卡支持8M到256M的SMD卡。

　　文件系統是Mini Web卡的新開發模塊，文件系統的測試主要通過TFTP來進行，為此Mini Web卡上的TFTP服務程序進行了特殊設計，支持格式化SMART MEDIA，獲取剩余空間，獲取文件名列表，上傳、下載和刪除文件。

　　軟硬件聯合仿真的必要性：

　　Mini Web卡軟件模塊多，軟件開發風險較大。軟件對硬件的依賴較強，FLASH存儲器的訪問驅動、網卡驅動、DMA驅動，需要軟硬件協同調試。

　　文件系統的開發，在仿真環境下更容易和快捷。比如在仿真結束時，可以將SMART MEDIA仿真模型中的數據倒換到磁盤文件中，在仿真開始時，將磁盤文件中的數據加載到SMART MEDIA仿真模型中，在定位文件系統的問題時，這一個功能很有用。

　　采用軟硬件聯合仿真，便于系統前期設計。51單片機的外部RAM訪問效率較低，內存拷貝、外部器件之間的數據塊轉移很浪費時間。將大量數據的拷貝操作或數據塊校驗、比較操作在CPLD內實現，可以大大改進51單片機處理數據的能力。通過軟硬件聯合仿真，可以評估CPLD處理數據對性能的改進。

　　Mini Web卡軟硬件聯合仿真系統：

　　軟硬件聯合仿真主要解決的問題是系統功能設計與驗證，它不解決電源、濾波電容、總線電平兼容問題。

　　做系統仿真，首先要對硬件系統建模。我們關注的是系統設計的正確性和可執行性。

　　系統中的串口只是用來支持ISP下載軟件，軟件部分沒有對串口做任何操作，所以系統仿真可以不必考慮。

　　網卡芯片AX88796，廠商沒有提供仿真模型。它與CPU的接口符合ISA接口標準，軟件對AX88796的操作是根據NE2000標準網卡芯片設計的，由此我們建立了一個網卡芯片的仿真模型。我們設計了一個MAC BFM來仿真網卡芯片的ISA接口，NE2000定義的寄存器在C模型中實現，MAC BFM與NE2000寄存器C模型通過PLI接*換數據。

　　SRAM仿真模型是很容易獲取的，很多器件生產商都提供Verilog仿真模型，但器件生產商提供的Verilog仿真模型都包含復雜的延時控制代碼，這會影響仿真速度。根據經驗，我們可以確保SRAM在單板設計中被正確應用，不會產生時序問題，所以我們可以采用一個簡化的SRAM仿真模型，這是我們自己設計的，有效代碼只有十幾行。

　　51CPU BFM 負責單片機管腳時序的產生和捕獲。51CPU BFM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卡。該模型可以用于驗證軟件操作SMART MEDIA的正確性和DMA Controller的接口時序。

　　DMA Controller是Mini Web卡硬件開發的一部分，將邏輯設計代碼應用于仿真，既能檢測邏輯設計的正確性，又能使整個仿真系統得以正常運轉。

　　將上述硬件模型連接起來，產生下圖所示硬件系統模型圖：

　　圖2. Mini Web卡硬件模塊電路圖

　　圖2中U11為SMART MEDIA仿真模型，U4為DMA Controller模型。