ADS1.2上的软件仿真ARMulator

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ARMulator 简介
ARMulator 是一个在 ARM 公司推出的集成开发环境 ADS （ARM Developer Suite）中提供的指令集模拟器。它与运行在通用计算机（通常是x86体系结构）上的调试器相连接，模拟 ARM 微处理器体系结构和指令集，提供了开发和调试 ARM 程序的软件仿真环境。ARMulator 不仅可以仿真 ARM 处理器的体系结构和指令集，还可以仿真存储器和处理器外围设备，例如中断控制器和定时器等，这样就模拟了一个进行嵌入式开发的最小子系统，另外使用者还可以扩展添加自己的外设。ARMulator 同时支持全部的标准C库函数，这样所有的C程序都可以在仿真器上运行。ARMulator 通过 Semihosting 方式来实现程序中输入/输出功能。Semihosting是指在 ARM 程序开发调试的过程中，目标系统还不具备输入/输出的功能，通过调试代理向调试器请求 I/O。ARMulator 就是这里所说的调试代理之一，其他还有 Angel、Multi-ICE也通过类似的方式来实现 I/O 功能。

ARMulator 在 Windows 平台上实现为动态链接库文件（.dll），在 Linux 或者 Solaris 系统上实现为共享库文件（.so）。前者的使用一般是通过 ARM 公司提供的图形界面调试器 AXD 中，选择目标系统为 ARMulate.dll，这样就设置了 ARMulator 作为调试代理。用户在进行调试开发时，对于底层使用的调试代理是透明的。


ARMulator 组成
ARMulator 本身是由一系列的模块（module）组成的，其中最主要的模块包括： ARM 处理器核心模块，用来仿真处理器的体系结构。 处理器使用的存储器模块，用来仿真存储系统。缺省的内存模型是 flatmem ，内存的大小不限制，理论上 4G 的地址空间都可以使用。同时，ARMulator 也包含了几种外设模块，用来仿真如下的外设模型： Interrupt controller（中断控制器）用于中断控制，包含状态寄存器、使能寄存器、状态位清除寄存器等。寄存器基址：Base=0x0a000000 Timer（定时器）ARMulator 提供了两个定时器。包含控制寄存器、计数值寄存器、中断清除寄存器等。定时器支持 free-running 和 periodic 两种工作方式，前者计数器从0xFFFF递减，到“0”后计数器溢出发生中断。后者计数器从计数值寄存器中读取计数值，然后递减至“0”后溢出发生中断。寄存器基址：Base=0x0a800000 Watchdog（看门狗）看门狗是为了防止用户程序出错导致系统死锁而采用的一种保护手段。一旦到了预定时间没有设置看门狗，看门狗就会停止ARMulator的运行，返回调试器中。看门狗使用2个定时器工作，第一个定时器在复位时启动，或者通过程序写入KeyValue 寄存器预先设定好的值来启动，当过了一定时钟周期（WatchPeriod）后，第一个定时器产生 IRQ 中断，并启动第二个定时器；如果在规定时间（IRQPeriod）内程序没有写KeyValue寄存器，则看门狗将停止 ARMulator ，返回调试器中。寄存器基址：Base=0xb0000000 KeyValue=0x12345678WatchPeriod=0x80000 IRQPeriod=3000 IntNumber=16 Stack tracker（栈跟踪器）栈跟踪器在每条指令执行后，检查栈指针（r13）寄存器的值。它记录下栈顶的最小值，从而可以计算出所用堆栈的最大长度。栈底地址：StackBase=0x80000000 栈空间限制：StackLimit=0x70000000 Tube（显示管）Tube 实际上是一个寄存器，它用来显示输出。一旦写入这个寄存器某个可以显示的字符，则调试器将会把它显示在控制台 Console 下。这样用来显示对某个指定地址的写操作记录。寄存器基址：Base=0x0d800020使用者也可以根据一定的接口规范编写自己的外设模块，或者通过修改已有模块的方式来适合自己的需求。比如定制自己的存储系统等。3．使用 ARMulator从调试器中可以配置 ARMulator 的一些属性，在调试器启动的时候，会将当前配置的部分信息输出显示。ADS 提供了6个 .ami 配置文件来定义当前 ARMulator 的工作行为。当 ARMulator 被调试器启动时，就会搜索环境变量 armconf 中的路径，读取所有的 .ami 配置文件来对 ARMulator 进行设置。ARMulator 还提供了跟踪（Tracer）功能，用来记录程序中指令和内存被访问的情况，也可以记录下各种事件的发生，例如 ARM 处理器事件、MMU 和 cache 事件等。另外,使用 ARMulator 的 profiling 记录，可以统计特定函数在执行过程中被调用的次数，包括子函数的调用在总的执行时间中所占的比例。使用 ARMulator 只要在调试器中设置了 target 就可以了，通过图形用户界面的调试器AXD ，可以查看 ARM 寄存器（包括通用寄存器和程序状态寄存器等），也可以查看任意内存单元的内容，还可以进行异常的处理，例如中断和程序中止等。通过对上面提到的定时器和中断控制器的设置，在 ARMulator 上甚至可以移植嵌入式实时操作系统 uC/OS-II。uC/OS-II 是一个实时操作系统内核，包含了任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信与同步等基本功能。通过在 ARMulator 上移植和调试 uC/OS-II，以后就可以更快将其移植到自己的嵌入式硬件平台上。