[发明专利]一种快速可重构的MCU仿真方法

说明书

本发明公开了一种快速可重构的MCU仿真方法，其特征在于该方法采用被动配置接口作为FPGA的配置模式，USB口作为上位机编译调试器与下位机仿真器主板的通信接口，FIFO总线接口作为上位机编译调试器与FPGA和配置控制器的总线复用接口，CPLD器件作为配置控制器，配置步骤包括：接收命令行参数、读取RBF文件版本、读取仿真器版本判断型号是否一致、版本是否一致。本发明通过对上位机配置方式等的改进，实现了快速重构，这样用户在使用IDE调试程序时，每次在打开IDE和切换型号的过程中，都不用等待仿真器设备就绪，有效的提高了用户的工作效率。

技术领域

本发明属于仿真器的技术领域，特别涉及基于现场可编程阵列(FPGA)应用的MCU仿真器的方法。

背景技术

MCU仿真器属于交叉编译调试系统的重要组成部分。由于MCU复杂多样，指令集千变万化，其中主流8位指令集有CISC类型的51指令集，RISC类型的AVR指令集、PIC指令集等。随之的仿真器设计技术包含BONDOUT专用仿真芯片技术、HOOKS I/O复用的仿真技术、JTAG仿真技术等。

随着片上系统(System On Chip)技术的日益成熟，低端8位MCU的片上资源甚至是指令数也越来越多样化。传统的BONDOUT专用仿真芯片技术由于其需要额外负担高昂的芯片流片费用，已经适应市场快速迭代的需求。HOOKS I/O复用的仿真技术虽然单独流片，但使用该技术的MCU需要足够的I/O资源，也不适应当前市场MCU专用化和高度性价比的需求。而其他诸如JTAG、SWD等芯片内置仿真监控模块的方案，由于会占用大量的逻辑，并不适用于低端市场。

因而采用FPGA设计仿真器的方式成为了低端MCU厂商的首选。这类方案通常是在MCU的内核基础上增加仿真调试功能，再通过综合工具重新综合并配置到FPGA中，以实现仿真器类型动态切换和更新。然而，目前市场上已有的仿真器升级或重构的方式，均无法满足嵌入式IDE(Integrated Device Electronics集成设备电路)需要频繁升级仿真器的需要，也无法满足用户需要经常切换型号的需求。

影响重构速度的第一大因素是FPGA的配置方式。目前都是采用外置存储器，如专利申请201210595918.6所描述的一种支持多芯片配置功能的仿真器，其中包括仿真器配置模块和仿真器硬件。仿真器配置模块负责芯片仿真配置文件的选择、下载、及配置信息的设置；仿真器硬件通过下载配置模块和数据通路选择模块，把仿真器配置模块下传的数据写到存储器模块对应的芯片仿真配置文件区和配置信息区。下载完成后，控制模块依据当前配置信息区的内容，完成对芯片仿真模块的配置，实现芯片的仿真功能。仿真器配置模块可以灵活下载芯片配置文件区，读取当前仿真器硬件版本信息。但是只要存在非易失性存储器，就必然无法做到快速重构。因为FPGA所支持配置存储器都存在很长的擦除或写入时间。

硬件架构中，影响重构的第二大因素是配置控制器的选择。配置控制器无非时两类，MCU或CPLD。如专利申请201410351303.8所公开的一种可重构的8位RISC单片机仿真器，其包括仿真监控芯片、仿真芯片以及存储器。仿真监控芯片通过USB接口与上位机通信，上位机通过USB接口可方便更新仿真监控芯片内的仿真固件，通过仿真监控芯片，能自动把仿真芯片配置成用户需要的目标单片机，并能将用户代码下载到存储器内，仿真芯片读取存储器内的用户代码并执行代码。仿真监控芯片通过USB接口，随时接收上位机的各项命令，控制仿真芯片的仿真，同时随时向上位机返回仿真器的各种状态。即便采用的是ARM类型的MCU，其配置速度也无法与CPLD相比。因为CPLD的并行处理能力能做到RBF数据从USB到CPLD的实时传输。理论USB转接芯片的速度有多高，重构速度就能做到多高。

硬件架构中，影响重构的第三大因素是USB接口芯片的选择。这部分的方案比较灵活。如可以选用支持多种转换接口的USB芯片，一路给CPLD用，一路给FPGA用。但接口多意味着成本高，并且重构速度和仿真器的通信速率都需要得到保证。

发明内容