面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统的制作方法

本发明属于数字数据处理，具体涉及一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统。

背景技术：

1、随着嵌入式系统的广泛应用，对嵌入式设备的开发和验证提出了更高的要求。传统的嵌入式设备验证方法通常采用硬件在环测试或实际硬件测试，这些方法存在成本高、开发周期长、可重复性差问题；而全数字虚拟仿真技术可以在不依赖实际硬件的情况下，对嵌入式设备进行全面的功能验证和性能测试，具有成本低、开发周期短、可重复性好优点。

2、然而，现有的全数字虚拟仿真验证系统在面向嵌入式设备时，存在以下问题：

3、仿真精度不高，难以准确模拟嵌入式设备的实际运行环境和行为；

4、可扩展性差，难以满足不同类型嵌入式设备的验证需求；

5、交互性不强，难以实现与嵌入式设备的实时交互和调试。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，旨在解决现有技术中的仿真精度不高、可扩展性差、交互性不强的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，包括虚拟处理器模块、虚拟外设模块、虚拟内存模块、虚拟输入输出模块、仿真控制模块和结果分析模块，所述虚拟处理器模块用于模拟嵌入式设备中的处理器，根据不同的嵌入式处理器架构进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟外设模块用于模拟嵌入式设备中的外设，根据不同的嵌入式外设类型进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟内存模块用于模拟嵌入式设备中的内存，根据不同的嵌入式内存类型和容量进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟输入输出模块用于模拟嵌入式设备的输入输出接口，根据不同的嵌入式输入输出设备类型进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述仿真控制模块用于控制虚拟仿真验证系统的运行，所述仿真控制模块与嵌入式设备进行交互，实现实时调试和测试；所述结果分析模块用于分析虚拟仿真验证的结果，并生成测试报告，为嵌入式设备的开发和优化提供参考。

4、作为本发明一种优选的方案，所述虚拟处理器模块内设置有指令集单元、寄存器单元以及内存管理单元，所述指令集单元用于模拟嵌入式设备中的处理器指令集，准确解析和执行各种指令，所述寄存器单元对嵌入式设备的各种寄存器进行状态模拟，实现寄存器的读写操作，所述内存管理单元用于模拟内存的分配、读写操作，以模拟嵌入式设备的内存管理功能。

5、作为本发明一种优选的方案，所述虚拟外设模块内设置有定时器单元、串口单元、i2c单元以及spi单元，所述定时器单元用于模拟嵌入式设备中的定时器功能，所述串口单元用于模拟串口的数据收发过程，所述i2c单元按照i2c通信协议模拟数据传输和交互，所述spi单元根据spi通信协议实现数据的传输和交互模拟。

6、作为本发明一种优选的方案，所述串口单元用于模拟串口的数据收发过程，其中波特率b计算方式如下，

7、，

8、式中：表示波特率，为传输的比特数，为传输时间。

9、作为本发明一种优选的方案，所述虚拟内存模块内设置有随机存取存储器ram单元和只读存储器rom单元，所述随机存取存储器ram单元用于模拟嵌入式设备的ram，分配相应的内存空间并实现读写操作，所述只读存储器rom单元用于模拟嵌入式设备的rom，提供只读的存储功能。

10、作为本发明一种优选的方案，所述虚拟输入输出模块内设置有按键单元、显示屏单元以及传感器单元，所述按键单元用于模拟按键输入，根据触发方式生成相应的输入信号，所述显示屏单元用于模拟显示屏的显示效果，所述传感器单元用于根据传感器的工作原理生成模拟的传感器数据。

11、作为本发明一种优选的方案，所述仿真控制模块内设置有启动单元、停止单元、暂停单元以及单步执行单元，所述启动单元用于启动虚拟仿真验证系统，所述停止单元用于控制虚拟仿真验证系统的停止，所述暂停单元用于暂停虚拟仿真验证系统的运行，所述单步执行单元用于实现虚拟仿真验证系统的单步执行功能。

12、作为本发明一种优选的方案，所述结果分析模块内设置有功能正确性分析单元和性能指标分析单元，所述功能正确性分析单元通过比较虚拟仿真验证系统的输出与预期结果，判断嵌入式设备的功能是否正确，所述性能指标分析单元用于测量虚拟仿真验证过程中的执行时间、内存占用性能指标，并生成相应的分析报告。

13、作为本发明一种优选的方案，所述性能指标分析单元中执行时间计算公式如下：

14、，

15、式中：表示执行时间，为指令执行数量，为虚拟处理器的时钟频率。

16、作为本发明一种优选的方案，所述性能指标分析单元中内存占用计算公式如下：

17、，

18、式中：表示内存占用率，为已使用的内存空间，为总内存空间。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、1、本发明中，通过虚拟处理器模块模拟嵌入式设备中的处理器，设置指令集单元、寄存器单元和内存管理单元，准确解析和执行各种指令，模拟寄存器状态和内存管理功能，从而更准确地模拟处理器行为；虚拟外设模块设置多种单元模拟不同外设，如定时器、串口、i2c和spi单元，按照相应协议模拟数据传输和交互，提高外设模拟精度；虚拟内存模块设置ram和rom单元模拟内存，分配空间并实现读写操作，符合实际内存特性；虚拟输入输出模块设置按键、显示屏和传感器单元，模拟输入输出接口的实际操作，提高整体仿真精度。

21、2、本发明中通过虚拟处理器模块可根据不同嵌入式处理器架构定制、虚拟外设模块能依据不同嵌入式外设类型定制、虚拟内存模块可按照不同嵌入式内存类型和容量定制以及虚拟输入输出模块可根据不同嵌入式输入输出设备类型定制，从而满足各种嵌入式设备的验证需求，增强可扩展性。

22、3、本发明中通过仿真控制模块设置启动、停止、暂停和单步执行单元，与嵌入式设备交互，实现实时调试和测试，结果分析模块分析仿真结果并生成测试报告，为嵌入式设备开发和优化提供参考，进一步加强了与嵌入式设备开发过程的交互，强化交互性。

技术特征：

1.一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，包括虚拟处理器模块、虚拟外设模块、虚拟内存模块、虚拟输入输出模块、仿真控制模块和结果分析模块，所述虚拟处理器模块用于模拟嵌入式设备中的处理器，根据不同的嵌入式处理器架构进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟外设模块用于模拟嵌入式设备中的外设，根据不同的嵌入式外设类型进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟内存模块用于模拟嵌入式设备中的内存，根据不同的嵌入式内存类型和容量进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述虚拟输入输出模块用于模拟嵌入式设备的输入输出接口，根据不同的嵌入式输入输出设备类型进行定制，以实现对各种嵌入式设备的支持；所述仿真控制模块用于控制虚拟仿真验证系统的运行，所述仿真控制模块与嵌入式设备进行交互，实现实时调试和测试；所述结果分析模块用于分析虚拟仿真验证的结果，并生成测试报告，为嵌入式设备的开发和优化提供参考。

2.根据权利要求1所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述虚拟处理器模块内设置有指令集单元、寄存器单元以及内存管理单元，所述指令集单元用于模拟嵌入式设备中的处理器指令集，准确解析和执行各种指令，所述寄存器单元对嵌入式设备的各种寄存器进行状态模拟，实现寄存器的读写操作，所述内存管理单元用于模拟内存的分配、读写操作，以模拟嵌入式设备的内存管理功能。

3.根据权利要求2所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述虚拟外设模块内设置有定时器单元、串口单元、i2c单元以及spi单元，所述定时器单元用于模拟嵌入式设备中的定时器功能，所述串口单元用于模拟串口的数据收发过程，所述i2c单元按照i2c通信协议模拟数据传输和交互，所述spi单元根据spi通信协议实现数据的传输和交互模拟。

4.根据权利要求3所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述串口单元用于模拟串口的数据收发过程，其中波特率b计算方式如下，

5.根据权利要求1所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述虚拟内存模块内设置有随机存取存储器ram单元和只读存储器rom单元，所述随机存取存储器ram单元用于模拟嵌入式设备的ram，分配相应的内存空间并实现读写操作，所述只读存储器rom单元用于模拟嵌入式设备的rom，提供只读的存储功能。

6.根据权利要求1所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述虚拟输入输出模块内设置有按键单元、显示屏单元以及传感器单元，所述按键单元用于模拟按键输入，根据触发方式生成相应的输入信号，所述显示屏单元用于模拟显示屏的显示效果，所述传感器单元用于根据传感器的工作原理生成模拟的传感器数据。

7.根据权利要求1所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述仿真控制模块内设置有启动单元、停止单元、暂停单元以及单步执行单元，所述启动单元用于启动虚拟仿真验证系统，所述停止单元用于控制虚拟仿真验证系统的停止，所述暂停单元用于暂停虚拟仿真验证系统的运行，所述单步执行单元用于实现虚拟仿真验证系统的单步执行功能。

8.根据权利要求1所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述结果分析模块内设置有功能正确性分析单元和性能指标分析单元，所述功能正确性分析单元通过比较虚拟仿真验证系统的输出与预期结果，判断嵌入式设备的功能是否正确，所述性能指标分析单元用于测量虚拟仿真验证过程中的执行时间、内存占用性能指标，并生成相应的分析报告。

9.根据权利要求8所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述性能指标分析单元中执行时间计算公式如下：，式中：表示执行时间，为指令执行数量，为虚拟处理器的时钟频率。

10.根据权利要求8所述的一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，其特征在于，所述性能指标分析单元中内存占用计算公式如下：

技术总结本发明提供一种面向嵌入式设备的全数字虚拟仿真验证系统，属于数字数据处理技术领域，该虚拟仿真验证系统包括虚拟处理器、外设、内存、输入输出、仿真控制和结果分析模块。虚拟处理器等模块可依不同嵌入式设备特性定制，以支持多种设备。虚拟处理器模块含指令集等单元模拟处理器；虚拟外设模块设定时器等单元模拟外设；虚拟内存模块有RAM和ROM单元模拟内存；虚拟输入输出模块含按键等单元模拟接口；仿真控制模块实现系统控制与设备交互；结果分析模块分析结果并生成报告。本发明解决了现有技术仿真精度不高、可扩展性差、交互性不强的问题，提高了仿真精度，增强了可扩展性和交互性，对嵌入式设备开发和验证具有重要意义。技术研发人员：薛令德,余霁熹,杨龙受保护的技术使用者：成都飞航智云科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/13