8位RISC MCU IP软核仿真的新方法

文章摘要：图3 仿真平台建立仿真平台后，本文采用不同的指令以及指令组合对系统进行测试。虽然该MCU采用RISC指令集，只有33条指令。但该MCU IP核具有12位的指令宽度，并且不同的指令类型的指令格式也不相同，因此编写测试指令也是一项非常复杂繁琐的工作，需要耗费大量的时间，并且很容易由于人为原因出现错误的指令编码，最终导致错误的仿真结果。为了解决这一问题，本文采用汇编语言来编写测试指令，经过汇编程序仿真器仿真无误后[4]，再由汇编器编译生成HEX文件，然后由该HEX文件转化为仿真需要的ROM文件，避免了人为原因导致的错误指令编码，并且大大加快了测试文件的生成。本文使用Microchip的PIC系列汇编

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图3 仿真平台

　　建立仿真平台后，本文采用不同的指令以及指令组合对系统进行测试。虽然该MCU采用RISC指令集，只有33条指令。但该MCU IP核具有12位的指令宽度，并且不同的指令类型的指令格式也不相同，因此编写测试指令也是一项非常复杂繁琐的工作，需要耗费大量的时间，并且很容易由于人为原因出现错误的指令编码，最终导致错误的仿真结果。为了解决这一问题，本文采用汇编语言来编写测试指令，经过汇编程序仿真器仿真无误后[4]，再由汇编器编译生成HEX文件，然后由该HEX文件转化为仿真需要的ROM文件，避免了人为原因导致的错误指令编码，并且大大加快了测试文件的生成。

　　本文使用Microchip的PIC系列汇编器MPASM汇编生成HEX文件rom.hex，HEX文件由一条或多条记录组成，每行是一条16进制表示的记录。通过分析HEX文件的格式，可以通过转化HEX文件中的记录得到所需的ROM文件。本文使用VC设计了转化程序HEX2ROM，用来完成HEX文件到ROM文件的自动转化，rom.hex文件经程序转化后生成rom.dat。仿真时在测试文件中读入rom.dat完成对虚拟程序存储器初始化，模拟程序存储器模块对MCU核进行验证。

 　　下面使用该方法对跳转指令CALL、RETLW进行验证，其他指令的验证方法与其类似，不再赘述。首先编写一段验证CALL、RETLW的汇编程序

　　TESTCALL.ASM。
            …
       ORG  100H
T_CALL CALL  DLY
       MOVLW 00H
…
       ORG  000H         
DLY  RRF  6
       RETLW 0
           …

　　然后使用汇编器MPASM对该程序进行编译，程序的编译后的HEX文件以及转化后的ROM文件如表1所示。其中326代表的是RRF，800代表的是RETLW，900代表的是CALL DLY，C00代表的是MOVLW 00H。

　　最后把ROM文件读入验证平台初始化虚拟程序存储器模块，开始进行仿真，图4是该测试程序在Modelsim中进行仿真的仿真波形，可以看到当测试程序执行到CALL指令时，在CALL指令后插入了一个空操作指令，同时将PC置为被调用的子程序DLY的起始地址（000）。然后在下一个指令周期开始执行DLY子程序。同样测试程序执行到RETLW时，在RETLW后插入了一个空操作指令，同时将PC恢复为CALL指令的下一条指令（C00）的地址（101）。仿真结果与跳转指令的设计要求相符。

图4 跳转指令CALL、RETLW仿真波形图

　　3 结束语

　　本文提出的建立虚拟指令存储器模块对MCU IP核仿真的方案和自动生成指令测试文件的方法，大大提高了MCU IP核仿真和验证的效率。此方法不仅对本文中MCU IP核的仿真和验证有效，也可用于同类中其它IP核的仿真和验证。例如当对MCU进行升级设计、扩展寻址范围或指令宽度时，只要修改仿真文件和转化程序的相关参数即可。

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