CN110147307B

CN110147307B - 一种嵌入式系统仿真ram、rom结果对比系统

Info

Publication number: CN110147307B
Application number: CN201910403756.3A
Authority: CN
Inventors: 陈广锋; 周敏飞; 王欣宇; 吴喜如; 李慧敏
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: CN110147307A

Abstract

本发明涉及一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，包括：用户交互模块；程序编译及仿真功能模块；截图功能模块；OCR识别功能模块；对比输出功能模块。本发明提供的系统使用方便、对比结果明显、操作简单。用户每次只需输入对应的参数，以及两次参数值修改前后的程序，即可获得结果输出。使得使用者较为直观的观察到两个不同参数数值对ROM和RAM区产生的影响，同时还可以清楚的展示两次程序的寄存器的状态，进而推断出该参数在程序中的作用，促进初学者对于程序的理解。对于开展学培训具有辅助意义，也可用于实际开发过程。

Description

一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统

技术领域

本发明涉及嵌入式系统学习技术领域，特别是涉及一种仿真运行过程中RAM和ROM区的对比系统。

背景技术

嵌入式系统相关课程能培养学生的嵌入式系统(单片机)工程设计和应用能力、工程思维能力及解决问题的能力。而学习汇编语言是学习该类课程一个十分重要的环节。初学者在学习汇编语言时，经常需探究某个具体的参数在程序中的作用，以理解整段程序或者理解某些语句。而对探究的参数进行修改，观察前后两次程序对结果的影响，进而推断出该参数在此程序中的作用，是一般编程常用的处理方式。然而这种方式在汇编中较难以实现，究其原因是因为在对嵌入式系统编程时，无论硬件仿真还是软件仿真都不易观察其内部的RAM和ROM。虽然部分编译仿真软件中有可以观察RAM和ROM的读写状况的功能，但由于一般RAM、ROM中的存储区域较大，如果使用者手动地逐一对比需要花费大量的时间和精力。

发明内容

本发明的目的是：自动生成ROM、RAM对比结果，使得使用者可以较为直观的了解到程序参数对嵌入式系统中ROM、RAM的影响。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，包括：

用户交互模块，用于：在仿真前，输入两个代码文件和硬件参数，硬件参数至少包括指定的ROM范围和RAM范围、仿真运行时间以及指定的交互操作；在仿真过程中，通过虚拟鼠标及按键完成用户指定的交互操作；

程序编译及仿真功能模块，读入通过用户交互模块输入的代码文件和硬件参数后，通过编译仿真软件实现代码文件中用户指定的两个代码程序的前、后两次编译，以及进行两个代码程序相应的两次指定时长的仿真，其中，两个代码程序分别为同一参数修改前、后的同一代码程序；

截图功能模块，截图功能模块在程序编译及仿真功能模块完成编译仿真后，截图功能模块在编译仿真软件显示的整体区域中截取与指定的ROM范围和RAM范围相对应区域的ROM图片、RAM图片和寄存器值图，两次仿真分别有各自的ROM图片、RAM图片和寄存器值图；

OCR识别功能模块，用于加载截图功能模块截取的两次仿真的ROM图片、RAM图片和寄存器值图，对ROM图片、RAM图片和寄存器值图中对应的ROM、RAM目标区域和寄存器区域进行OCR识别获得分别与两次仿真相对应的相应字符；

对比输出功能模块，通过OCR识别得到的两次仿真相对应的相应字符，对两次仿真得到的参数修改前后的ROM图片、RAM图片和寄存器值图相同的位置进行逐一比对，如果某一位置的值发生改变，则标记该位置，如果未发生改变，则不标记该位置。

优选地，所述对比输出功能模块的输出区域包括ROM区域、RAM区域、寄存器对比界面，其中：

ROM区域的输出方式为两排输出两次的ROM区域的值，每排的相同位置对应相同的ROM区域，在有标记的位置进行加框显示；

RAM区域的输出方式为两排输出两次的RAM区域的值，每排的相同位置对应相同的RAM区域，在有标记的位置进行加框显示；

寄存器对比界面输出并排输出两次寄存器的值，并加框标注寄存器发生变化的位置。

优选地，所述ROM区域根据指令划分为不同子区域，以便于观察。

优选地，所述ROM区域中有一个用于显示机器码的指令输出框，当用户点击ROM区域的机器码时，系统将根据指令的划分，对其进行反编译，显示对应的汇编指令。

优选地，所述硬件参数还包括芯片的型号。

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：系统使用方便、对比结果明显、操作简单。用户每次只需输入对应的参数，以及两次参数值修改前后的程序，即可获得结果输出。使得使用者较为直观的观察到两个不同参数数值对ROM和RAM区产生的影响，同时还可以清楚的展示两次程序的寄存器的状态，进而推断出该参数在程序中的作用，促进初学者对于程序的理解。对于开展学培训具有辅助意义，也可用于实际开发过程。

附图说明

图1为本发明的系统工作的流程图；

图2为本发明的系统参数设置界面；

图3为本发明的交互操作设置界面；

图4为本发明的实施例一的ROM区域对比输出界面；

图5为本发明的实施例一的RAM区域对比输出界面；

图6为本发明的实施例一的寄存器对比界面；

图7为本发明的实施例二的ROM区域对比输出界面；

图8为本发明的实施例二的RAM区域对比输出界面；

图9为本发明的实施例二的寄存器对比界面。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统包括：用户交互模块、程序编译及仿真功能模块、截图功能模块、OCR识别功能模块、对比输出功能模块。

用户交互模块用于实现用户与系统之间的交互，用户通过用户交互模块输入系统指定的代码文件和硬件参数。其中，代码文件包括用户指定的两个代码程序，两个代码程序分别为同一参数修改前、后的同一代码程序。硬件参数包括芯片的型号、指定的ROM范围和RAM范围(即ROM及RAM中需要进行对比的对比区域)、仿真所需时长、指定的交互操作。用户交互模块在仿真过程中通过虚拟鼠标及按键完成用户指定的交互操作。

程序编译及仿真功能模块用于控制编译仿真软件，实现用户指定的两个代码程序的前、后两次编译和仿真。仿真过程中，用户交互模块通过虚拟鼠标及按键完成用户指定的交互操作。

截图功能模块根据用户指定的ROM和RAM范围，两次编译仿真后分别自动在编译仿真软件显示的整体区域中截取与指定的ROM范围和RAM范围相对应区域的ROM图片、RAM图片和寄存器值图，两次仿真分别有各自的ROM图片、RAM图片和寄存器值图。

OCR识别功能模块用于：加载截图功能模块中所有截取的ROM图片、RAM图片和寄存器值图，对图片中对应的ROM、RAM目标区域和寄存器进行OCR识别获得相应字符。

对比输出功能模块用于通过OCR识别的数据，对参数修改前后ROM图片、RAM图片和寄存器值图相同的位置进行对比。如果某一位置的值发生改变，则标记该位置。如果未发生改变，则不标记该位置。最后分别通过ROM区域、RAM区域及寄存器对比界面输出识别的数据。ROM区域的输出方式为两排输出两次的ROM区域的值，每排的相同位置对应相同的ROM区域。在有标记的位置进行加框显示，ROM区域还将根据机器码查询指令表进行划分成多条指令，以便于观察。RAM显示输出方式与ROM的输出方式类似，只是没有指令划分部分。寄存器对比界面并排输出两次寄存器的值，并加框标注寄存器发生变化的位置。ROM输出区域中有一个指令输出框，当用户点击ROM区的机器码时，系统将根据划分的指令，对其进行反编译，显示对应的汇编指令。

所述的编译仿真软件为keil软件。

步骤1：打开对比系统，选择参数设置界面，如图2。在对比系统的参数设置界面设定需要芯片型号、仿真时长、ROM和RAM的对比的区域的选择、两个代码文件。右侧还会提供芯片的信息，给用户提供必要的帮助。

步骤2：在交互操作界面，如图3。点击“添加”按键增加交互操作。其中交互操作包括引脚选择、输入方式、操作时间、持续时间。

步骤3：添加完交互操作之后回到参数设置界面，点击“开始”按键。对比系统通过虚拟鼠标、按键的操作的方式控制编译仿真软件，建立一个指定芯片的项目，并为该项目加载第一个程序文件。首先是对第一个程序文件进行编译，编译完成后，对程序进行指定时长的仿真，期间通过虚拟鼠标、按键的操作完成交互操作。完成指定时间的仿真之后，系统自动调出ROM和RAM指定区域的图像，并将该显示区域设置为一个固定的布局大小，并对相应的目标区域截图。如果指定范围超过固定的布局大小显示的范围，截图一次之后会把显示的内容更新为下一个区域的ROM、RAM图像，再次进行截图，直到获得所有指定区域的截图。之后截取寄存器的图片。获得第一个程序对应的ROM、RAM区域和寄存器的截图。系统重新导入第二个程序文件替换第一个程序文件(其他参数保持不变)。对比系统再次进行编译和仿真，仿真过程中通过虚拟鼠标、按键的操作完成交互操作。完成指定时长的仿真之后，系统再次进行截图，获得第二个程序对应的ROM、RAM区域和寄存器的截图。

步骤4：系统通过OCR技术识别出所有截图中目标区域的数值并记录。系统对比两个程序文件编译仿真之后ROM、RAM区域和寄存器的数值。记录数值不同的位置。

步骤5：系统将依据指定的起始位置信息和程序指令的字节数信息，自动在ROM中划分不同的指令。从起始位置开始，找到ROM区的第一个字节机器码，根据这个机器码对应的字节长度n，将从此机器码开始的前n个字节机器码划分为第一条指令。然后从下一个字节机器码开始，继续划分，直到划分的指令数与输入的程序的指令总数到达相等，停止划分。

步骤6：系统在ROM、RAM和寄存器区域中输出对比的结果。如图4、5、6。通过步骤4中的OCR识别的数值，在此处进行排列输出。ROM区域的输出方式为两排输出两次的ROM区域的值，每排的相同位置对应相同的ROM区域。在有标记的位置进行加框显示，并根据划分的指令，在奇数条指令的ROM下面划线，以便于观察。同时底部有显示总的不同数目，而“上一处不同”和“下一处不同”的按键，用于跳转到上一个或下一个不同之处。如果点击ROM表格中数值，还会输出对应的指令。RAM区域的输出方式为两排输出两次的RAM区域的值，每排的相同位置对应相同的RAM区域。在有标记的位置进行加框显示，同时底部有显示总的不同数目，“上一不同之处”和“下一不同之处”的按键，用于跳转到上一个或下一个不同之处的地方。寄存器对比界面输出并排输出两次寄存器的值，值由RAM区域中取得，并加框标注寄存器发生变化的位置。

实施例一：

以Keil作为编译仿真软件，以嵌入式芯片89C51单片机为例进行说明。其中89C51汇编程序如下：

程序一：

对于此实验，欲探究程序文件中第四行的MOV 31H,A中31H所代表的含义。因此程序二在程序一的基础上修改第四行的MOV 31H,A，修改为MOV32H,A。以观察ROM和RAM的变化；

在参数设置界面中选择要使用的芯片，此实施例选择89C51。本实施例程序较短，且程序从0000H顺序填入，因此选择ROM和RAM对比区域分别为0x0000-0x004F、0x00-0x4F。本实施例程序仿真时间设置为1S即可，两个程序文件输入程序一和程序二。本实施例无交互操作，也无需设置交互操作。点击“开始”按键。

图4为ROM区域的输出。ROM中0x0005和0x0006为同一条指令，即MOV direct，A，可以点击程序1或者程序2相应ROM位置显示对应汇编指令(MOV 31H，A或MOV 32H，A)。其中0x0006中的数值由31H变为了32H。表明从A寄存器中的值由之前传往RAM地址中的31H变为32H。

图5中RAM区域的输出。可以清楚的看到原来的程序是把0FFH存放到了31H单元中，修改后的代码存放在了32H单元中。可以得出结论，此处修改位置的参数是代表存放的RAM中的地址。31H代表存放在RAM中地址为31H处。

图6中寄存器没有发生变化。

实施例二：

以Keil作为编译仿真软件，89C51为芯片为例进行说明。其中89C51汇编程序如下：

程序一：

对于此实验，欲探究程序文件中R3的作用，程序一中给R3赋值为06H。因此程序二在程序一的基础上修改第五行的MOV R3,#06H，修改为MOV R3,#07H。以观察ROM和RAM的变化；

在参数设置界面中选择要使用的芯片，选择89C51。本实施例程序较短，且程序从0000H顺序填入，因此输出的ROM和RAM分别为0x0000-0x004F、0x00-0x4F。本实施例程序仿真时间设置为1S即可，两个程序文件输入程序一和程序二。本实施例无交互操作，也无需设置交互操作。点击“开始”按键。

图7为ROM区域的输出。其中ROM中的0x0008位置，由06变为了07，点击ROM区域可得到，此处的指令为MOV R3,#data，可以点击程序1或者程序2相应ROM位置显示对应汇编指令(MOV R3,#06H或MOV R3,#07H)。其结果与修改R3的值从06变为07相对应。

图8为RAM区域的输出。可以观察到两个变化，一个是RAM中0x00位置，也就是寄存器R0的位置(也可以从寄存器对比中看出)由之前的36变为37，增加了1。另一个变化是0x06位置由00变为了FF。可以猜测循环增加运行了一次，而正好修改的也是把R3增加了1，所以可以判断R3是控制循环次数的参数。

图9为寄存器的对比输出，其中R0的状态由之前的36变为37，增加了1。原因已由上面分析得到。

Claims

1.一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，包括：

在完成指定时间的仿真后，系统自动调出ROM和RAM指定区域的图像并将显示区域设为一个固定的布局大小且对相应的目标区域进行截图，若指定范围超过固定的布局大小显示的范围，在截图一次后把显示的内容更新为下个区域的ROM、RAM图像，再次进行截图，直到获得所有指定区域的截图，最后截取寄存器的值的图像；

2.如权利要求1所述的一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，所述对比输出功能模块的输出区域包括ROM区域、RAM区域、寄存器对比界面，其中：

3.如权利要求2所述的一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，所述ROM区域根据指令划分为不同子区域，以便于观察。

4.如权利要求2所述的一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，所述ROM区域中有一个用于显示机器码的指令输出框，当用户点击ROM区域的机器码时，系统将根据指令的划分，对其进行反编译，显示对应的汇编指令。

5.如权利要求1所述的一种嵌入式系统仿真RAM、ROM结果对比系统，其特征在于，所述硬件参数还包括芯片的型号。