AVR-Simulation

SimulAVR

SimulAVR ist ein Simulator, der einige Prozessoren der AVR-Familie auf einem PC-Hostsystem simulieren kann. Dieser Simulator ist im WinAVR-Paket enthalten (/WinAVR/bin/simulavr.exe).

SimulAVR wird über ein dazu passendes Frontend bedient. GDB und Insight sind zwei, ebenfalls in WinAVR enthaltene, Programme, die ein solches Frontend bilden.

Wer "textorientiertes" Debugging mag, oder beispielsweise emacs als Frontend verwenden möchte, der nutzt den GDB, den GNU Debugger. Er ist im WinAVR-Paket enthalten (/WinAVR/bin/avr-gdb.exe). Wer gleich eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) verwenden möchte, nutzt Insight (welches intern ebenfalls den GDB verwendet).

Beide Debugger, also GDB oder Insight, benötigen ein Backend. Entweder handelt es sich dabei um einen ICE/JTAG-Debugger wie z. B. AVaRICE als Interface zu einem realen AVR-Mikrocontroller oder um einen Simulator.

Starten von SimulAVR

Um SimulAVR mit default-Parametern zu starten, reicht es aus, folgende Zeile in einer Shell/Eingabeaufforderung einzugeben:

$ simulavr -g -d <AVR-Prozessortyp>

SimulAVR startet dann mit den defaultparametern und stellt einen GDBServer-Prozess auf dem lokalen oder entfernten Host auf Port 1212 zur Verfügung. Das Backend der Simulation ist nun Einsatzbereit.

Eine Übersicht der unterstützten AVR-Prozessoren und der SimulAVR spezifischen Parameter bekommt man durch folgende Zeile:

$ simulavr --help

Starten des GDB

Um das (vorläufige) Frontend GDB zu starten, reicht folgende Zeile:

$ avr-gdb

Der GDB meldet sich mit folgendem Bildschirm:

Current directory is c:/WinAVR/testprj4/
GNU gdb 6.1
Copyright 2004 Free Software Foundation, Inc.
GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
Type "show copying" to see the conditions.
There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
This GDB was configured as "--host=i686-pc-cygwin --target=avr".
(gdb) 

(gdb) ist der Prompt.

Simulieren/Debuggen

Im ersten Schritt muss dem GDB die gewünschte Datei (vorher mittels entsprechendem Makefile erzeugt) bekannt gemacht werden:

(gdb) file main.elf 
Reading symbols from main.elf...done.

Als nächstes muss dem GDB mitgeteilt werden, welches Ziel (target) er als Backend verwenden soll:

(gdb) target remote localhost:1212

oder kürzer:

(gdb) targ rem :1212
Remote debugging using :1212
0x00000000 in __vectors ()

Jetzt muss das Programm in den Simulator geladen werden:

(gdb) load
Loading section .data, size 0x32 lma 0x1bc
Loading section .text, size 0x1bc lma 0x0
Start address 0x0, load size 494
Transfer rate: 3952 bits in <1 sec, 30 bytes/write.

Damit der Simulator nicht das gesamte Programm abarbeitet, sollte man breakpoints setzen. Den Ersten am besten bei main:

(gdb) b main
Breakpoint 1 at 0xd2: file main.c, line 16.

Jetzt kann man das Programm im Simulator mit continue starten:

(gdb) c
Continuing.

Bei Erreichen des zuvor gesetzten breakpoints stoppt GDB und meldet:

Breakpoint 1, main () at main.c:16
(gdb)

Eine Liste der verfügbaren debug-befehle des GDB findet sich durch die Eingabe von help.

[TODO] Einige häufige GDB-Commands als Beispiel einfügen.

VMLab

VMLab ist eine komplette IDE mit Debugger und Simulator. VMLab arbeitet mit WinAVR zusammen und kann auch AVR Peripheriehardware simulieren. (engl., Windows, Freeware)

Leider hat der Autor von VMLab die Entwicklung im Jahr 2006 eingestellt, da dem Projekt nicht der gewünschte kommerzielle Erfolg vergönnt war.

• Am 3.6.08 ist Vmlab 3.14 erschienen. Vielleicht geht es doch weiter? Die Version ist Donationware, d.h. prinzipiell kostenlos, aber Spenden werden gerne genommen.

• Aktuelle Version: 3.15 (Oct - 2009); Freeware

Siehe auch:

• Forumsbeitrag VMLAB Bug bei Stackpointer/Interrupt?! und Workaround von Peter H.

AVR Studio

Das AVR Studio von Atmel enthält neben dem Übersetzungsteil, dem Debuggingteil auch einen Simulatorteil. Eine Übersicht über alle drei Programmteile gibt der Powerpoint-Vortrag AVR Studio: The comprehensive tutorial (MS PowerPoint 2007) von Jeremy Gummeson und Brendan Kemp.

Wenn nur ein Breakpoint gesetzt ist, kann mit F5 das Programm einen Abarbeitungszyklus machen. Die Bearbeitung bleibt dann wieder beim Breakpoint stehen. Mit der Stoppuhr kann dann die Zeit für den abgearbeiteten Programmteil gemessen werden. Mit der rechten Mouse-Taste kann die Stoppuhr zurückgesetzt werden.

Ausführliche Anleitung zum Ablauf einer Simulation: Tutorial der Purdue University (engl., PDF)

Externe Signale können mit den Tools HAPSIM oder ganz direkt mit einer Stimulidatei in den Simulator eingespeist werden.

HAPSIM

HAPSIM (Helmis AVR Periphery Simulator) ist ein Tool zur graphischen Simulation von Tasten, LED, LCD und Terminalfunktionen in AVR Studio. (deutsch/engl., Windows, Freeware). Hinweise zur Installation von Hapsim nach einem AVR Studio Update stehen im Forum: http://www.mikrocontroller.net/topic/118668

Stimuli

Über eine sog. Stimuli-Datei lassen sich von ausserhalb Signale dem AVR Studio zuführen. Informationen zum Aufbau einer Stimulidatei finden sich in obigem "AVR Studio: The comprehensive tutorial" und bei Atmel (What is the format of the AVR Studio simulator stimuli files?). Der Stimuli Generator for AVR Studio ist eine Freeware für die Erzeugung von Stimulidateien und deren grafischen Darstellung. Für dieses Programm ist .NET 1.1 oder 2.0 erforderlich.

LogAnalyser

LogAnalyser v1.00 (c) 2008 Jon Escombe is a graphical "logic analyser" style display of Atmel AVR Studio simulator log files. The project is built using the (excellent) zedGraph charting class library, and the source code is made available under GPL license. Requires Windows XP and .NET framework 2.0 to run.

TCPSimDBG

TCPSimDBG ist ein Plugin für AVR-Studio um Remote Simulating/Debugging über TCP/IP durchzuführen. Ein TCP/IP-Terminal oder Serverprogramm kann sich mit dem Simulator/Debugger von AVR-Studio verbinden und Informationen aus dem Debugprozess abrufen und ändern. Damit lassen sich virtuelle Geräte (Devices) eingerichten. (Atmel SDK Lizenz, Windows XP, 2003, Vista .NET 3.5 erforderlich)

AVR Logic Analyzer

AVR Logic Analyzer von Coyne Technology Systems ist ein AVR Studio Plugin zur grafischen Anzeige der simulierten I/O-Ports. (kommerziell)

Avrora

Avrora, a research project of the UCLA Compilers Group, is a set of simulation and analysis tools for programs written for the AVR microcontroller produced by Atmel and the Mica2 sensor nodes. Avrora contains a flexible framework for simulating and analyzing assembly programs, providing a clean Java API and infrastructure for experimentation, profiling, and analysis.

Proteus VSM for Atmel AVR

Proteus VSM for Atmel AVR ist ein kommerzieller AVR Simulator.

In der Codesammlung gibt es dafür ein Virtuelles AVR Funk Pollin Simulationsmodell von Daniel Cagara.

CrossWorks for AVR

CrossWorks for AVR besitzt einen core simulator für AVRs. (Windows, Mac OS X, Linux, Solaris)

simavr

simavr is a new AVR simulator from Michel "buserror" Pollet for linux, or any platform that uses avr-gcc. It uses avr-gcc own register definition to simplify creating new targets for supported AVR devices.

The status of the project is the core works at about 98% (ie, it works, but there is a known bug). The supported IOs are eeprom, IO ports (including pin interupts), 8 bits timers (well, one of mode of the myriad) and a simple UART that makes “printf” work.

gdb support is planned next.

Lizenz: GPL v3
Diskussion bei avrfreaks.net

BASCOM AVR

In BASCOM AVR ist ein Simulatorteil enthalten und damit ist auch die Simulation von Geräten (LCD, UART) möglich. BASCOM AVR wird von MCS Electronics verkauft (89€) und ist ein unter Windows laufender BASIC Compiler für Atmel AVR Mikrocontroller. Eine auf 4 KB Codegröße eingeschränkte Demoversion ist kostenlos erhältlich.

AVR Simulator IDE

AVR Simulator IDE from oshonsoft.com is a powerful application that supplies AVR developers with user-friendly graphical development environment for Windows with integrated simulator (emulator), Basic compiler, assembler, disassembler and debugger. (Kommerziell, Testversion verfügbar)