STM32硬件剖析（仿真器的工作原理解析）

仿真器出现的原因

1、早期的单片机内部没有ROM，比如8031、8032，这种单片机只能外部扩展紫外擦除的EPROM存储器，就是芯片上带窗口的ROM。紫外擦除的ROM需要用紫外灯照射较长时间（10分钟或者更多）才能擦掉芯片中的内容以便写入新的程序。

2、有的单片机内部ROM是一次写入成型的，比如8751，程序写入单片机的ROM之后就不能被擦除。

仿真器的种类

1、软件仿真器

这种方法主要是使用计算机软件来模拟运行，实际的单片机运行因此仿真与硬件无关的系统具有一定的优点。用户不需要搭建硬件电路就可以对程序进行验证，特别适合于偏重算法的程序。软件仿真的缺点是无法完全仿真与硬件相关的部分，因此最终还要通过硬件仿真来完成最终的设计。

2、硬件仿真器

使用附加的硬件来替代用户系统的单片机并完成单片机全部或大部分的功能。使用了附加硬件后用户就可以对程序的运行进行控制，例如单步，全速。

单片机仿真器是什么

单片机仿真器是指以调试单片机软件为目的而专门设计制作的一套专用的硬件装置。

单片机仿真器的作用

单片机仿真器是一种在电子产品开发阶段代替单片机芯片进行软硬件调试的开发工具。配合集成开发环境使用仿真器可以对单片机程序进行单步跟踪调试，也可以使用断点、全速等调试手段，并可观察各种变量、RAM及寄存器的实时数据，跟踪程序的执行情况。

同时还可以对硬件电路进行实时的调试。利用单片机仿真器可以迅速找到并排除程序中的逻辑错误，大大缩短单片机开发的周期。在现场只利用烧录器反复烧写单片机，通过肉眼观察结果进行开发的方法大大增加了调试的难度，延长了整个开发周期，并且不容易发现程序中许多隐含的错误，特别对于单片机开发经验不丰富的初学者来说更加困难，由此可见，单片机仿真器单片机系统开发中发挥着重要的作用。

单片机仿真器的工作原理

仿真器内部的P口等硬件资源和51系列单片机基本是完全兼容的。仿真主控程序被存储在仿真器芯片特殊的指定空间内，有一段特殊的地址段用来存储仿真主控程序，仿真主控程序就象一台电脑的操作系统一样控制仿真器的正确运转。

仿真器和电脑的上位机软件（即KEIL）是通过串口相连的，通过仿真器芯片的RxD和TxD端口和电脑的串行口做联机通讯，RxD负责接收电脑主机发来的控制数据，TxD负责给电脑主机发送反馈信息。控制指令由KEIL发出，由仿真器内部的仿真主控程序负责执行接收到的数据，并且进行正确的处理。进而驱动相应的硬件工作，这其中也包括把接收到的BIN或者其他格式的程序存放到仿真器芯片内部用来存储可执行程序的存储单元（这个过程和把程序烧写到51芯片里面是类似的，只是仿真器的擦写是以覆盖形式来做的），这样就实现了类似编程器反复烧写来试验的功能！

不同的是，通过仿真主控程序可以做到让这些目标程序，做特定的运行，比如单步、指定端点、指定地址的等，并且通过KEIL可是时时观察到单片机内部各个存储单元的状态。仿真器和电脑主机联机后就象是两个精密的齿轮互相咬合的关系，一旦强行中断这种联系（比如强行给仿真器手动复位或者拔去联机线等），电脑就会提示联机出现问题，这也体现了硬件仿真的鲜明特性，即“所见即所得”。这些都是编程器无法做到的。这些给调试、修改、以及生成最终程序创造了比较有力的保证，从而实现较高的效率。

单片机仿真器的发展

最早的单片机仿真器是一套独立装置，具有专用的键盘和显示器，用于输入程序并显示运行结果;随着PC机的普及，新一代的仿真器大多数都是利用PC机作为标准的输入输出装置，而仿真器本身成为微机和目标系统之间的接口而已，仿真方式也从最初的机器码发展到汇编语言、C语言仿真，仿真环境也与PC机上的高级语言编程与调试环境非常类似了。

仿真机一般具有一个仿真头，用于取代目标系统中的单片机，也就是用这个插头模仿单片机，这也是单片机仿真器名称的由来。

目前，随着单片机的小型化，贴片化和具有ISP，IAP等功能的单片机的广泛应用，传统单片机仿真器的应用范围也有所缩小。而软件单片机仿真器（即单片机仿真程序）的应用逐渐广泛，单片机仿真程序即在个人计算机上运行的特殊程序，可在一定程度上模拟单片机运行的硬件环境，并在该环境下运行单片机目标程序，并可对目标程序进行调试、断点、观察变量等操作，可大大提升单片机系统的调试效率。纯软件单片机仿真器往往与硬件设计程序集成在一起发布，使得开发者可以对单片机硬件与软件进行同步开发。