工程仿真器

《自動(dòng)化名詞》第一版。

1990年，經(jīng)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。

在線仿真器的基本思想是提供一面通向嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部的窗戶(hù)。程序員用線上仿真器將程序下載到系統(tǒng)運(yùn)行后, 可以對(duì)程序進(jìn)行逐步跟蹤并察看數(shù)據(jù)的變化。

之所以被叫做仿真器, 因?yàn)樗鼈兘?jīng)常用來(lái)模擬嵌入式系統(tǒng)中的中央處理器。通常來(lái)說(shuō), 它通過(guò)一個(gè)插頭插在一個(gè)與 CPU 一樣的底座上。由于是模擬主處理器, 仿真器可以在程序員的控制下做任何處理器可以做的操作。

在線仿真器總是將待開(kāi)發(fā)的嵌入式系統(tǒng)連接到一個(gè)終端或個(gè)人計(jì)算機(jī)。該終端或個(gè)人計(jì)算機(jī)為程序員調(diào)試和控制系統(tǒng)提供一個(gè)交互式的用戶(hù)界面。

值得注意的是，當(dāng)程序出現(xiàn)問(wèn)題，大多數(shù)的嵌入式系統(tǒng)會(huì)立刻變成毫無(wú)用處的廢銅爛鐵。嵌入式系統(tǒng)總是缺乏監(jiān)測(cè)軟件問(wèn)題的機(jī)制，比如內(nèi)存管理單元讀取緩存失敗等。如果沒(méi)有在線仿真器，嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)將變得非常困難，因?yàn)楦緵](méi)有辦法知道究竟發(fā)生了什么問(wèn)題。而有了在線仿真器，程序員可以測(cè)試每一行源代碼，從而找到究竟是哪一段程序出錯(cuò)并糾正錯(cuò)誤以解決問(wèn)題。

在實(shí)際應(yīng)用中，程序員可以通過(guò)在線仿真器設(shè)置斷點(diǎn)、顯示和監(jiān)視內(nèi)存內(nèi)容以及控制輸入輸出。除此之外，程序員還可以通過(guò)在線仿真器設(shè)置各種條件斷點(diǎn)，從而有機(jī)會(huì)找到很多錯(cuò)誤的根源。

最近的一些在線仿真器不再因?yàn)榉抡娑枰粋€(gè)特殊的目標(biāo)系統(tǒng),而是利用由微控制器生產(chǎn)商提供的仿真和調(diào)試資源。雖然這樣的在線仿真器本身由于只處理微處理上的仿真電路, 而不是真正去模擬微處理器從而成本得到降低, 代價(jià)是在微處理器的設(shè)計(jì)過(guò)程中, 需要在保證提供足夠仿真機(jī)能的基礎(chǔ)上控制生產(chǎn)成本。

幾乎所有的嵌入式系統(tǒng)都由相互獨(dú)立但又相互依賴(lài)的硬件和軟件組成。通過(guò)在線仿真器，可以在軟件真正將要運(yùn)行的硬件上運(yùn)行和調(diào)試。同時(shí)，通過(guò)原碼級(jí)調(diào)試（Source Level Debug, 程序員可以看到運(yùn)行的源代碼）和單步調(diào)試（程序員可以一步一步的運(yùn)行程序?qū)ふ义e(cuò)誤），程序員可以方便的分離出錯(cuò)誤代碼。

大多數(shù)在線仿真器都由一個(gè)位于主機(jī)和被調(diào)試系統(tǒng)之間的適配器組成。接頭和電纜組件將適配器連接到待調(diào)試系統(tǒng)上用于安插微處理器的底座。而最近的在線仿真器上, 程序員可以通過(guò)JTAG或BDM接口連接到位于微處理器片上的調(diào)試 (On-Chip Debug) 電路進(jìn)行軟件調(diào)試。

由于在線仿真器模擬處理器, 所以在待調(diào)試系統(tǒng)看來(lái), 就像一個(gè)真的處理器；但從程序員角度看來(lái), 待測(cè)試系統(tǒng)能夠被完全控制, 可以直接下載、調(diào)試代碼等等。

大多數(shù)主機(jī)都是普通的與被開(kāi)發(fā)系統(tǒng)無(wú)關(guān)的商業(yè)計(jì)算機(jī)。例如: 安裝Windows系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)可能被用來(lái)開(kāi)發(fā)在Freescale的 68HC11 系列微控制器上使用的軟件, 而 68HC11 本身并不能運(yùn)行 Windows 系統(tǒng)。

程序員一般在主機(jī)上編寫(xiě)和編譯嵌入式系統(tǒng)的代碼。所以主機(jī)上需要能為特定的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)生代碼的編譯器，他們被叫做交叉編譯器或匯編器。

在線仿真器（英語(yǔ)：In-Circuit Emulator，簡(jiǎn)稱(chēng)：ICE）是調(diào)試嵌入式系統(tǒng)軟件的硬件設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者要面對(duì)一般軟件開(kāi)發(fā)者所沒(méi)有的特殊問(wèn)題，因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)往往不像商業(yè)計(jì)算機(jī)那樣具有鍵盤(pán)、顯示屏、磁盤(pán)機(jī)和其他各種有效的用戶(hù)界面和存儲(chǔ)設(shè)備。在線仿真器通過(guò)處理器的額外輔助功能，使系統(tǒng)在不失去其功能的情況下，提供調(diào)試功能。歷史上，由于處理器能力有限，這通常意味著將其處理器臨時(shí)更換成一個(gè)硬件仿真器。硬件仿真器是普通處理器的特制版本，內(nèi)部設(shè)有多種額外的調(diào)試信號(hào)，以便提供處理器內(nèi)部狀態(tài)的信息。

而現(xiàn)今，在線仿真器也可以指在處理器上直接進(jìn)行調(diào)試的硬件設(shè)備。由于JTAG等新技術(shù)的出現(xiàn)，人們可以直接在標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)型處理器上直接進(jìn)行調(diào)試，而不需要特制的處理器，從而消除了開(kāi)發(fā)環(huán)境與運(yùn)行環(huán)境的區(qū)別，也促進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)的低成本化與普及化。在這種情況下，由于實(shí)際上并沒(méi)有任何的“仿真”，“在線仿真器”是個(gè)名不副實(shí)的誤稱(chēng)，有時(shí)會(huì)造成一些誤解。當(dāng)仿真器被插入到待開(kāi)發(fā)芯片的某個(gè)部分的時(shí)候，在線仿真也被稱(chēng)作硬件仿真。這樣的在線仿真器，可以在系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的情況下，提供相對(duì)很好的調(diào)試能力。