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PDF使用精確週期的 ARM 微控制器模擬器
適用於 ARM 微控制器的 LabVIEW 嵌入式 (Embedded) 模組，同時支援 RealView µVision ARM 模擬器，可精確進行週期時脈與邏輯的模擬作業。此外，模擬器並支援多種單晶片 (On-chip) 週邊裝置，可進行控制的激發與響應，適用於應用的除錯與測試作業。透過此功能，即可於完成硬體設計之前，開發並測試應用的重要部分。
此篇線上教學將討論可利用該功能的多種方法，協助工程師更快開發更高品質的程式碼，並可透過 NI Multisim SPICE 模擬環境，共同模擬周圍的類比電路。
於模擬器中執行應用
- 若要於 LabVIEW 模擬器中執行應用，必須先建立 LabVIEW 專案 (Project)。
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- 從下拉式功能表選擇「ARM Project」，並按下「Go」以開始 ARM 專案精靈。
- 點選「Next」建立新的 VI。
- 選擇所想要模擬的處理器。在此線上教學中，我們將模擬 MCB2300 體驗機板。按下「Next」。
- 選擇「Run on Simulator」的選項並按下「Finish」。LabVIEW 將產生專案檔暗語 2 組 VI。使用者可立刻儲存這些檔案。
- 現在則建立了應用。我們在此案例中開發簡單的 VI，使之可讀取類比輸入並檢查是否超過臨界值。若超過其臨界值，LED0 將亮起。
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- 在 LabVIEW 專案中的 MCB2300 系統按下右鍵，並點選「New>>Elemental I/O」以將 I/O 節點新增至專案的樹狀圖。
- 將「Analog Input >> AIO」與「Digital Output >> LED0 」新增至專案。
- 再選擇「Window>>Show Block Diagram」，以切換至開放式 VI 的程式圖。
- 將專案的 Elemental I/O 節點拖曳至程式圖。
- 則可完成下方所示的程式圖與人機介面。請注意：由於系統將使用 10 位元 A/D 值的整數表示自 A/D 回傳的數值，因此數值 512 將約略等於 1.66 V。
- 按下「Run」箭頭以產生並編譯 C 程式碼，並於模擬器中執行該應用。處理器的狀態視窗將顯示模擬器的狀態。
手動更改類比輸入值
現在已開始執行應用，且可將類比值輸入至模擬的 ADC，以測試程式碼的邏輯。此動作可手動或自動進行。若要手動更改數值，可直接進入 uVision IDE。
- 在專案樹狀圖的 MCB2300 系統點選右鍵，並選擇「Show Keil uVision」 即可開啟 µVision。
- 在「Keil uVision IDE」中，選擇「Peripherals>>A/D Converter>>A/D Converter 0」，以開啟週邊裝置的模擬器介面。
- 在「Analog Inputs」框中，可更改 AD00 的數值為 2.0。此步驟可更改 LabVIEW 軟體中，由模擬 ADC 所回傳的數值。該數值是以伏特為單位，且 10 位元的 A/D 具有 0 ~ 3.3V 的有效輸入範圍；因此 2V 將可轉換為 620 的整數數值。下列公式可計算出對應的值。
- LabVIEW 指示器可檢視此輸出值。此外，可點選「Peripherals>>GPIO Fast Interface>>Port 2」以檢視數位埠的數值。而該 LED 則連接至 Port 2 line 0。
自動化激發與響應
另可使用獨立 VI 於模擬的週邊裝置傳送/接收資料，以取代上述的手動方式。適用於 ARM 微控制器的 LabVIEW Embedded Module 即安裝了額外的控制面板，可針對模擬的嵌入式系統，輕鬆開發複雜且自動化的激發響應測試作業。
- 首先開啟由精靈所產生的 Simulated IO VI。可至 LabVIEW 專案中的「My Computer」找到該 VI。
- 當開啟程式區時，即可看到已有範本程式碼用於溝通模擬器。
- 該程式碼將設定模擬作業的時距 (Time step)、連接執行中的模擬器，並可停止模擬器以便 LabVIEW 可傳送資料。
- 在序列架構的中間部分，可新增程式碼以執行激發響應。
- 在更新資料過後，即可再次啟動模擬器。一旦完成模擬作業，則將中斷該連結。
- 在此線上教學中，我們將傳送輸入序列，直至已儲存於 LVM (LabVIEW measurement file) 中的模擬器。
- 針對 While Loop 按下滑鼠幼繭，並以 For Loop 取代之。
- 點選「Express>>File」以放置所讀取的 LabVIEW Measurements File VI，並將之設定進行 LVM 檔案的讀取作業。若要進一步了解 LabVIEW LVM 檔案，請參閱分析並儲存訊號 l 線上教學。
- 點選「ARM>>ARM Simulation Signal Generation」並使用其中的 VI，即可 1 次寫入並讀取單點的模擬資料。
- 系統將蒐集該筆資料，並顯示於波形圖表中。
- 在執行模擬之後，即可比較其實際結果與預設動作。我們可以在此截圖中發現，只要輸入提升至超過 1.66V，Boolean 輸出亦跟著升高。
檢驗完整的設計
嵌入式 ARM 微控制器，為較大型設計的元件之一。該完整設計包含可外接於嵌入式裝置的類比與數位元件。舉例來說，若要將訊號輸入至微控制器，往往必須先進行濾波或放大的訊號處理過程，方可使之成為適合的激發源。這些類型的外接裝置，將影響嵌入式裝置的動作；因此由 ARM 微處理器所自行進行的模擬，將可能無法完整了解系統的動作特性。
在整合了適用於 ARM 微控制器的 LabVIEW 嵌入式 (Embedded) 模組模擬環境之後，即可搭配使用 NI Multisim 的類比與數位模擬功能。只要整合此 1 組設計階段的模擬功能，可更完整分析外接訊號處理功能所造成的影響。此跨多重環境的模擬作業即稱為協同模擬 (Co-simulation)，並可減少常見錯誤；在實際建置之前，針對應用程式碼進行更精確的除錯與測試作業。
Multisim 為簡單易用、直覺式，且功能強大的混合模式 (Mixed-mode) 模擬環境，適用於電路設計作業。只要搭配使用 LabVIEW 測試環境，工程師即可擁有 PCB 設計與檢驗的專屬整合式平台。在 Multisim 電路設計環境與 LabVIEW 中的所有模擬量測作業，均可儲存為 LabVIEW Measurement (LVM) 檔案格式。在這些 NI 產品之間的共用通訊語言即為 LVM；因此使用者可輕鬆將模擬模組的輸出結果傳送至其他模組。
以 LabVIEW 與 Multisim 模擬完整的設計
接著可繼續前述的 LabVIEW 範例，以完整檢驗應用的動作。
將訊號介接至 ARM 微控制器的常見設計需求，即為訊號處理功能。舉例來說，在電壓成為 ARM 處理器的激發源之前，亦必須使用分壓器(Voltage divider) 進行步降 (Step down) 作業。
- 若要將類比訊號介接至微控制器，則必須先於 Multisim 中設計 1 組電路。
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- 啟動 NI Multisim (開始 > 所有程式 > National Instruments > Circuit Design Suite 10.0 > Multisim)
- 設計如下圖所示的電路 (亦可開啟名為「simple_voltage_divider.ms10」的附加電路檔案)
- 連按 2 次函式產生器 (XFG1)，將「Frequency」設定為 10 kHz；而「Amplitude」設定為 5 Vp。
- 點選模擬按鈕 (為下方圖片的紅色框處)。
- 連按 2 次示波器 (XSC2) 並觀看分壓器的模擬輸出。
- 點選示波器中的「Save」按鈕 (如下圖所示)。
- 將「Save as Type」下拉式對話框變更為「Text-Based Measurement file (*.lvm)」，並將檔案儲存為「multisim_output.LVM」。
- 點選「Data resampling settings」對話框中的「OK」。
- 現在可將所模擬的「MultisimOutput.lvm」響應帶入 LabVIEW 模擬環境，以介接至 ARM 微控制器。
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- 在模擬之前，必須對先前的 LabVIEW VI 進行下列更改。
- 新的 VI 運算式，可將 ARM 微控制器的輸出儲存為 LVM 檔案。
- 連按 2 次「Read from Measurement File」Express VI。
- 在「File-Name」對話框中，找到先前所儲存的「MultisimOutput.lvm」檔案。
- 按下「Run」按鈕，以編譯並執行程式碼。
在執行模擬之後，即可比較其實際結果與預設動作。在此截圖中可以發現，只要輸入提升至超過 1.66V，Boolean 輸出亦跟著升高。
使用此整合式平台，亦可彈性檢驗「Complete embedded design」。
可於 Multisim 環境中再次使用已儲存的 VI 模擬資料 (儲存檔名為 LabVIEWOutput.lvm)。該筆模擬資料除了可儲存之外，亦可或做為 Multisim 中的激發。此類比電路與嵌入式處理器之間的反覆遞迴 (Iterative looping)，可輕鬆進行模擬資料的反饋作業，以提升系統的整體分析功能。
下載
合法
此教學由美商國家儀器 (以下簡稱 NI) 開發。此教學受 NI 技術支援，但未經完整測試及檢驗。NI 不保證品質，亦不為其更新版本、相關產品及驅動程式等後續支援負責。此教學不具任何形式保證，且不受任何特定用途規範。(http://ni.com/legal/termsofuse/unitedstates/us/)