第六章 如何測試通用仿真器 

        在選擇了仿真器生產(chǎn)廠商后，用戶還需要對仿真器的性能做仔細(xì)的測試，保證您選擇的仿真器能夠達(dá)到該仿真器保證的性能以及作為仿真器應(yīng)該達(dá)到的性能。 

       在選擇一種仿真器前，通過該仿真器的廣告和銷售人員的介紹，用戶能基本上了解該仿真器的突出性能。這些突出性能應(yīng)該是該仿真器確實(shí)存在的功能，雖然可能有被夸大但一般都不會有欺騙的成分。這些性能好不好需要有針對性的一一驗(yàn)證，這里只能建議用戶將目光注意在實(shí)際仿真性能上，而不要過分注意一些與仿真器無關(guān)或關(guān)系不大的功能。 

       很多的仿真器雖然具備一些附加的功能，但是用戶必須要注意到這些仿真器可能在一些最基本的仿真功能卻做不好，這種現(xiàn)象在國產(chǎn)的仿真器中非常普遍！由于用戶并不專業(yè)于仿真器的測試，因此在購買中不知道對這些仿真器的死點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。等以后在學(xué)習(xí)特別是在開發(fā)設(shè)計(jì)中，這些設(shè)計(jì)中的死點(diǎn)可能給您帶來莫名其妙的問題。您可能要花幾倍的時(shí)間來尋找其中的原因，因?yàn)槟紫葢岩墒悄到y(tǒng)的問題而不懷疑是仿真器的問題。所以選擇一個(gè)性能可靠的仿真器是十分重要的，這需要非常專業(yè)化的測試程序來實(shí)現(xiàn)。 

       以下的測試程序由廣州致遠(yuǎn)電子有限公司提供，經(jīng)過長時(shí)間的使用證明能基本上反映出一個(gè)仿真器設(shè)計(jì)水平的高低。廣州致遠(yuǎn)電子有限公司在提供這些測試程序時(shí)聲明：這些測試程序只是指出仿真器設(shè) 計(jì)中容易出現(xiàn)的問題，但并不有意攻擊任何含有上述問題的仿真器廠家。 

      1．單步性能的測試 

       測試說明：單步是仿真器設(shè)計(jì)中比較難實(shí)現(xiàn)的功能。照通常的理解，用戶每執(zhí)行一個(gè)單步應(yīng)該準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)理想運(yùn)行的單步性能。例如，運(yùn)行一個(gè)機(jī)器周期的指令，內(nèi)部的所有時(shí)序應(yīng)該都動(dòng)作一個(gè)機(jī)器周 期而不能出現(xiàn)不動(dòng)作或動(dòng)作過度的現(xiàn)象。不過很遺憾的看到國內(nèi)的仿真器多數(shù)不能達(dá)到這個(gè)指標(biāo)。 

       測試程序： 

                ORG        0000H 

                SETB       TR0                        /*  打開定時(shí)器0 */ 

     TestStart： 

                NOP                                   /* 定時(shí)器0 運(yùn)行1個(gè)機(jī)器周期, TL0 加1 */ 

                MOV        A,#0FFH                    /* 定時(shí)器0 運(yùn)行1個(gè)機(jī)器周期, TL0 加1 */ 

                MUL        AB                         /* 定時(shí)器0 運(yùn)行4 個(gè)機(jī)器周期, TL0 加4 */ 

                LJMP       TestStart                  /* 定時(shí)器0 運(yùn)行2 個(gè)機(jī)器周期, TL0 加2 */ 

                END 

       測試步驟 

      (1)  照您當(dāng)前使用的仿真器要求測試上面的程序； 

      (2)  在運(yùn)行前打開TL0 的顯示，以便單步運(yùn)行后能觀察TL0 的變化； 

      (3)  使用當(dāng)前仿真器環(huán)境提供的單步功能開始單步運(yùn)行； 

      (4)  單步運(yùn)行后檢查TL0 變化的數(shù)值是否與指令的周期數(shù)相同。 

       測試結(jié)論：仿真器如果沒有照嚴(yán)格正規(guī)的設(shè)計(jì)，程序的單步運(yùn)行性能將不準(zhǔn)確，一般會出現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間變長的現(xiàn)象，這在時(shí)間要求較高的單步運(yùn)行將不能仿真程序的真正運(yùn)行。 

       2．中斷性能的測試 

       測試說明：中斷是一種非正常的程序跳轉(zhuǎn)，單步仿真有一定的難度，尤其在低檔仿真器中。在當(dāng)前采用Bondout 技術(shù)制作的仿真器中一般可以做到正確仿真，但是仍有一些仿真器不能正確單步仿真中斷。 

         測試程序： 

                ORG       0000H 

                LJMP      TestStart 

                ORG        000BH                     /*  定時(shí)器0 的中斷服務(wù)程序 */ 

                RETI 

    TestStart： 

                SETB      EA                         /* 開放全局中斷允許 */ 

                SETB      ET0                        /* 開放T0 中斷允許 */ 

    TestLoop： 

                SETB      TF0                        /*  設(shè)置T0 的中斷標(biāo)志 */ 

                INC       A                          /* A 數(shù)值加一,以便觀察程序持續(xù)運(yùn)行 */ 

                LJMP      TestLoop                   /* 連續(xù)運(yùn)行 */ 

                END 

       測試步驟 

     (1)  照您當(dāng)前使用的仿真器要求測試上面的程序。 

     (2)  每次SETB TF0 后程序?qū)⑦M(jìn)入T0 的中斷服務(wù)程序,執(zhí)行完畢后返回主程序繼續(xù)運(yùn)行。 

     (3)   主程序能在TestLoop 中連續(xù)運(yùn)行，因此A 能連續(xù)加一，但是每循環(huán)一次就進(jìn)入一次中斷。 

       測試結(jié)論：仿真器如果沒有照嚴(yán)格正規(guī)設(shè)計(jì)，程序的中斷性能將不準(zhǔn)確?？赡艹霈F(xiàn)程序不能跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，或沒有返回到正確的主程序，或A 不能每次循環(huán)連續(xù)的加1。 {{分頁}} 

       3．連續(xù)中斷性能的測試 

       測試說明：在80C51 的中斷系統(tǒng)中，串口中斷比較特殊。進(jìn)入串口中斷服務(wù)程序后中斷標(biāo)志TI或RI不會自動(dòng)清除，如果用戶程序不對TI 或RI進(jìn)行清除操作則可能會出現(xiàn)連續(xù)進(jìn)入中斷服務(wù)程序的情況。根據(jù)80C51 的中斷處理，在退出中斷后必須執(zhí)行完一條指令后才能重新進(jìn)入中斷服務(wù)程序，因此即使連續(xù)中斷的情況下主程序也能得到連續(xù)執(zhí)行。 

       測試程序： 

                ORG       0000H 

                LJMP      TestStart 

                ORG        0023H                     /*  定時(shí)器0 的中斷服務(wù)程序 */ 

                RETI 

    TestStart： 

                SETB      EA                         /* 開放全局中斷允許 */ 

                SETB      ES                         /* 開放串口中斷允許 */ 

                SETB      TI 

TestLoop： 

                NOP 

                NOP 

                INC        A                         /* A 數(shù)值加一,以便觀察程序持續(xù)運(yùn)行 */ 

                LJMP      TestLoop                   /* 連續(xù)運(yùn)行 */ 

                END 

      測試步驟 

     (1)   照您當(dāng)前使用的仿真器要求測試上面的程序。 

     (2)   進(jìn)入TestLoop 后，每次單步運(yùn)行完一條程序都會進(jìn)入串口中斷，退出后繼續(xù)運(yùn)行一條下面的程序，然后又進(jìn)入中斷服務(wù)程序，A 的數(shù)值可以得到遞增。 

     (3)   主程序能在TestLoop 中連續(xù)運(yùn)行，因此A 能連續(xù)加一，但是每循環(huán)一次就進(jìn)入一次中斷。 

       測試結(jié)論：仿真器如果沒有照嚴(yán)格正規(guī)設(shè)計(jì)，程序連續(xù)運(yùn)行中斷程序性能將不準(zhǔn)確?？赡艹霈F(xiàn)程序不能跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序，或沒有返回到正確的主程序，或A 不能每次循環(huán)連續(xù)的加1。 

       測試小結(jié) 

       上述的幾個(gè)測試程序?qū)Ψ抡嫫鞯男阅芤蠛芨?，如果仿真器通過測試說明被測試的仿真器仿真性能指標(biāo)較高；如果仿真器沒有通過測試只能判斷仿真器性能不是最好，具體的綜合性能要有待其它檢驗(yàn)。 

       第七章    如何挑選測試HOOKS 技術(shù)仿真器 

        HOOKS 技術(shù)是國外普遍采用的一種仿真技術(shù)，同Bondout 技術(shù)相比較，仿真器的適用范圍可以更廣。HOOKS 技術(shù)在10年前已經(jīng)被國內(nèi)引進(jìn)，并被當(dāng)時(shí)的仿真器廠家試圖采用。但是由于HOOKS 技術(shù)本身的復(fù)雜性，當(dāng)時(shí)國內(nèi)眾仿真器廠家竟無法設(shè)計(jì)出可以使用的仿真器，致使國內(nèi)的仿真技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外。 

        2002年，周立功旗下的廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出了研制多年的TKS 系列HOOKS 仿真器，并在性能上全面超過國外同類型的HOOKS 仿真器，國內(nèi)的用戶能以低廉的價(jià)格購買到技術(shù)先進(jìn)的HOOKS技術(shù)仿真器。在TKS 系列HOOKS 仿真器面市以后，國內(nèi)的仿真器廠商紛紛加強(qiáng)研發(fā)力量研制HOOKS技術(shù)，經(jīng)過了一段時(shí)間后也宣布供應(yīng)采用HOOKS 技術(shù)的仿真器。用戶需要注意的是：HOOKS 技術(shù)只是一個(gè)基本的仿真技術(shù)，要最終作成仿真器還必須依靠設(shè)計(jì)工程師精心的設(shè)計(jì)，因此市場上HOOKS 技術(shù)的仿真器性能指標(biāo)可能有很大的差別，有的不占用用戶資源，有的就做不到；有的仿真頻率可以到很高，但是有的不行。因此用戶應(yīng)仔細(xì)加以挑選和鑒別。 

       根據(jù)HOOKS 技術(shù)本身的特點(diǎn)，用戶應(yīng)該對以下的幾個(gè)方面加以注意和測試。  

       能否運(yùn)行外部用戶目標(biāo)板上的程序 

       由于HOOKS 技術(shù)中P0/P2 口是重新構(gòu)造的，因此P0/P2 口上的時(shí)序處理是整個(gè)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。P0/P2 的I/O 特性和數(shù)據(jù)總線特性相對容易實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)，但是程序總線很難正確實(shí)現(xiàn)，這是由于HOOKS的技術(shù)結(jié)構(gòu)決定的。一般HOOKS 仿真器在實(shí)現(xiàn)仿真內(nèi)部64K 代碼空間比較容易，但是仿真內(nèi)部4K （類似89C51）/8K （類似89C54）/16K （類似89C54）/32K （類似89C58）等能外擴(kuò)ROM 空間的MCU類型則無法實(shí)現(xiàn)。在國內(nèi)外所有的HOOKS 技術(shù)的仿真器中，只有廣州致遠(yuǎn)公司的TKS 仿真器B 系列能真正做到穩(wěn)定運(yùn)行外部用戶目標(biāo)板上的程序。運(yùn)行外部用戶目標(biāo)板上的程序是非常必要的，因?yàn)橛脩艨赡茉谕獠繑U(kuò)充了一般的用戶程序，需要實(shí)際仿真一下來驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的正確性；也可能在外部放置了大容量的（可能超過64K 的物理地址限制）分組字庫，而這種特性是仿真器內(nèi)部無法實(shí)現(xiàn)的；也可能是外部有分組的BANK 方式的運(yùn)行代碼，這種方式要求仿真器必須有運(yùn)行外部程序代碼的能力。 

        P0/P2 口能否同時(shí)用作總線和I/O 

        這種特性是芯片本來的性能，但是由于HOOKS 技術(shù)的難度，有很多HOOKS 仿真器不能做到這一點(diǎn)，導(dǎo)致用戶在使用時(shí)無法全面滿足要求。該性能一般不需要測試，可以直接閱讀仿真器的性能說明或向生產(chǎn)廠商或代理商詢問。作者檢測過國內(nèi)外知名仿真器廠家的多種HOOKS 仿真器，幾乎都沒有完美做到P0/P2 口的準(zhǔn)確仿真。 

        P0/P2 口的直流參數(shù) 

       如果需要檢測的仿真器根本做不到同時(shí)仿真I/O 和總線方式，則沒有必要檢測P0/P2 的直流參數(shù)。如果要檢測的仿真器宣稱能夠同時(shí)仿真I/O 和總線方式，用戶還必須分別在I/O 和總線兩種方式下對直流參數(shù)進(jìn)行測試。根據(jù)作者的HOOKS 仿真器測試經(jīng)驗(yàn)，有的仿真器雖然宣稱能夠同時(shí)仿真I/O 和總線方式，但是根本不區(qū)分這兩種方式驅(qū)動(dòng)能力，采用的是一種平均方式，這樣在作為I/O 時(shí)高電平驅(qū)動(dòng)能力過大，而作為總線時(shí)驅(qū)動(dòng)能力過小。用戶在使用這類仿真器作為輸入時(shí)，必須加大外部信號的驅(qū)動(dòng)能力，這跟實(shí)際芯片的驅(qū)動(dòng)能力相差太遠(yuǎn)；在作為總線使用時(shí)，如果外部的總線（包括地址總線和數(shù)據(jù)總線）個(gè)數(shù)稍多，總線電平將嚴(yán)重下降而無法工作。用戶可以使用下面的測試程序配合示波器檢查。  {{分頁}}

       測試程序： 

                ORG         0000H 

LJMP      TestStart 

TestStart:       MOV      P0,#0FFH 

TestLoop:       MOV       P0,#00H 

                NOP 

                MOV       A,#0FFH 

                MOV       DPTR,#0FFFFH 

                MOVX      @DPTR,A 

                NOP 

                MOV       P0,#00H 

                SJMP      TestLoop 

                END 

       測試步驟 

        (1)  照您當(dāng)前使用的仿真器要求測試上面的程序，仿真器不接任何用戶設(shè)備。 

       (2)  單步運(yùn)行完TestStart 的程序行，P0 的數(shù)值設(shè)置為0FFH。這時(shí)使用電壓表測量一下P0的任意一個(gè)管腳（例如P0.0）的電壓,記錄為V1，V1 的數(shù)值一般小于當(dāng)前的電源電壓。然后使用一個(gè)2K 電阻，一端接仿真器提供的地，另一端接P0.0，使用電壓表測量一下P0.0 的電壓,記錄為V2，V2的電壓越接近與0 說明該仿真器P0 在I/O 口方式下的特性越好（接近于開漏）。如果V2 大于1伏說明P0 口的輸入電阻在10K 以下，該仿真器P0 口在I/O 下性能較差。 

       (3)  在TestLoop 中連續(xù)全速運(yùn)行，仍保持2K 電阻接在P0.0。使用示波器觀察P0.0 引腳，可以看到占空比較小的正電平脈沖，該正電平脈沖是有P0 輸出的低8 位地址和數(shù)據(jù)輸出引起的，因?yàn)樘幱诳偩€方式，P0 口的驅(qū)動(dòng)能力應(yīng)該較強(qiáng)。保持示波器的正常顯示，然后將2K 電阻不斷的接觸/脫離P0.0 引腳，觀察P0.0 腳脈沖信號幅度的變化。如果該信號在2K 電阻接入后幅度降低很大，例如1V 以上，說明該仿真器P0 口驅(qū)動(dòng)能力不足，無法滿足用戶的正常的需要。 

       測試結(jié)論：HOOKS 仿真器要同時(shí)仿真I/O 口和總線模式而且保持良好的驅(qū)動(dòng)特性是比較困難的，但是可以作到的。一般的HOOKS 仿真器一般不敢宣稱同時(shí)仿真I/O 口和總線方式，但是用戶需要注意即使宣稱可以同時(shí)仿真I/O 和總線，用戶也需要照上述的方法進(jìn)行測試，防止廠家采取驅(qū)動(dòng)折中的方法掩蓋。根據(jù)作者的測試結(jié)果，國內(nèi)所有的HOOKS 仿真器只有TKS 系列可以作到真正同時(shí)仿真I/O 口和總線方式，重要的是仍保持了良好的驅(qū)動(dòng)特性。 

       是否占用用戶資源 

       設(shè)計(jì)優(yōu)良的HOOKS 仿真器不會占用任何用戶資源，但是由于設(shè)計(jì)技術(shù)的差別，有一些采用HOOKS技術(shù)的仿真器不能達(dá)到這樣的性能，一般會占用部分資源。占用資源將在使用中限制用戶的使用，用戶可能無法通過該仿真器實(shí)現(xiàn)正常程序的功能。該性能一般不需要測試，可以直接閱讀仿真器的性能說明或向生產(chǎn)廠商或代理商詢問。 

       ALE 信號的關(guān)閉/開啟 

       HOOKS 技術(shù)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是能支持增強(qiáng)性能的仿真，而ALE 信號的關(guān)閉/開啟是增強(qiáng)性能的一個(gè)典型范例。由于在HOOKS 技術(shù)中，依賴ALE 信號能大大簡化信號的處理，因此一般采用HOOKS 技術(shù)的仿真器都不能關(guān)閉ALE 信號，否則會引起仿真時(shí)序的全面紊亂。該性能一般在仿真器的性能說明中沒有詳細(xì)說明，因此需要用戶自己進(jìn)行測試。 

      下面的測試程序以PHILIPS 的P89C52X2 仿真芯片為例。 

      測試程序： 

               ORG        0000H 

               LJMP      TestStart 

TestStart：  MOV         P2，#55H                     /* 先對P1 進(jìn)行設(shè)置 */ 

TestLoop：  ORL          AUXR，#01H                   /*  關(guān)閉ALE 信號 */ 

               NOP 

               MOV       P2，#55H 

               NOP 

               ANL       AUXR，#0FEH                 /* 開啟ALE 信號 */ 

               NOP 

               MOV       P2，#0AAH 

               NOP 

               LJMP      TestLoop                     /* 連續(xù)運(yùn)行 */ 

               END 

     測試步驟 

     (1)  照您當(dāng)前使用的仿真器要求測試上面的程序。 

     (2)  進(jìn)入TestLoop 后，連續(xù)單步運(yùn)行，程序應(yīng)該能照正確的程序流程運(yùn)行，而且對P2 的操作能正確在P2 口反映出來。 

     (3)  在TestLoop 中連續(xù)全速運(yùn)行，然后停止程序運(yùn)行，觀察當(dāng)前程序位置是否是在TestLoop 內(nèi)的有效位置，P2 是否是前一個(gè)對P2 操作的數(shù)值。 

     測試結(jié)論：仿真器如果不能支持ALE 的關(guān)閉將無法通過上面的測試程序。 

     雙倍速時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)/靜態(tài)切換 

       PHILIPS、SST 等一些MCU 廠商在自己的增強(qiáng)型51 產(chǎn)品中增加了雙倍速時(shí)鐘的功能，使51 內(nèi)核的速度提高了兩倍。而且在有的型號中同時(shí)具有6/12Clock 時(shí)鐘切換的功能，用戶在使用中有了更多的靈活性。因此，這種變化要求HOOKS 仿真器必須同時(shí)滿足6/12Clock 兩種方式之一的仿真（靜態(tài)切換），更高的要求則是能在用戶程序運(yùn)行中變換6/12Clock 模式（動(dòng)態(tài)切換）。能同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)/靜態(tài)切換的仿真器難度很大，在國內(nèi)除TKS 宣布掌握這一技術(shù)外，沒有見到其它廠家有類似的報(bào)道。時(shí)鐘的靜態(tài)切換功能可以直接查閱仿真器的性能說明或向生產(chǎn)廠商/代理商詢問，也可以用下面的程序進(jìn)行測試： 

      下面的測試程序以PHILIPS 的P89C52X2 仿真芯片為例。 

      測試程序： 

               ORG       0000H 

               LJMP      TestStart 

TestStart：  MOV         P2，#55H                          /* 先對P2 進(jìn)行設(shè)置 */ 

TestLoop：  ORL          CKCON，#01H          &am