MDK软件不能模拟仿真STM32的问题解决方法

引言
　　MDK软件在模拟仿真时，不能很好地支持各种STM32系列芯片，目前对STM32F103系列芯片支持模拟仿真，但对于其他系列芯片不支持或只是部分支持。主要存在的问题是：PC和SP不能自动装载，存储器不能访问，中断服务程序不能执行或触发，外设寄存器不能修改或观察。要解决上述问题，必须通过相应的设置和相关的操作，才能完成模拟仿真。
1 模拟仿真的实现及PC和SP的自动装载
　　在MDK软件中，只有部分STM32芯片支持模拟仿真（如STM32F103），大部分芯片都不支持模拟仿真。主要的问题是，当进入调试界面后，R15 (PC)的值为0x00000000，不能进行调试操作（如单步、全速等）。要能对STM32进行模拟仿真，必须使PC的值不能为0。通过分析STM32芯片的存储器结构可知，在存储器地址0x00000000处保存的是堆栈指针SP的值，程序加载时自动把该值送给SP，在存储器地址0x00000004处保存的是程序指针PC的值，程序加载时自动把该值送给PC，程序从该PC值取指令执行程序，而不是从地址0x00000000处执行程序。而STM32芯片的Flash程序存储器地址是从0x08000000处开始的，当进入模拟仿真时，MDK软件不能把Flash的地址送给PC和SP。可通过以下操作步骤完成PC和SP的自动装载。
①打开MDK自带的工程文件，如C:\Keil\ARM\Boards\ST\STM3240GEVAL\Blinky\Blinky.uvproj。
②单击“编译”工具栏上面的下拉菜单，选择“STM32F407 Flash”。
③单击，打开“Options”对话框，切换到“Output”选项卡，勾选“Debug Information”和“Browse Information”，用以产生调试信息。再切换到“Debug”选项卡，单击“Use Simulator”，选择模拟仿真，确保勾选“Load Application at Startup”，其他为默认设置。
④单击，编译程序，并保证编译成功。
⑤单击，开始调试，进入调试界面后，观察“Registers”寄存器选项卡中的R15 (PC)的值，如果值为0，则说明不能进行模拟仿真，“单步”调试等无效，须进行步骤⑥的操作，否则可不进行步骤⑥的操作。
⑥停止调试，再次单击，打开“Options”对话框，切换到“Target”选项卡，将IROM1的值［0x08000000,0x100000］修改为［0x0,0x100000］，以使Flash的起始地址从0x0开始。单击重新编译程序，再次单击，开始调试，PC的值将不再为0，即可进入模拟仿真，“单步”调试等有效。
2 存储器的访问
　　当进入模拟仿真界面后，按“全速”F5或“单步”F10调试键后，在“command”窗口中将会出现类似如下的错误提示：“***  error 65: access violation at 0x40023800 : no ′read′ permission”，意思是在地址0x40023800处访问违例，没有“读”的权限。地址0x40023800是外设寄存器地址。要使外设寄存器地址具有相应的“读”、“写”、“执行”权限，可在命令窗口中输入MAP命令(不区分大小写）。命令格式为：
　　MAP 起始地址，结束地址 READ WRITE EXEC其中，READ表示“读”权限，WRITE表示“写”权限，EXEC表示“执行”权限，结束地址与起始地址的空间尺寸不超过128 MB，即不超过0x08000000字节。外设寄存器的存储空间分布较广，不可能在每次调试时都通过命令窗口输入MAP指令，可通过如下的操作步骤进行。
①新建一个文本文件，打开该文件，执行文件菜单命令“另存为”，在打开的“另存为”对话框中，文件名输入为initmap.ini，保存类型选择为“所有文件”，并保存。在文件中输入如下内容并保存：
map 0x40000000,0x47ffffffreadwrite
map 0x50000000,0x57ffffffreadwrite
map 0xa0000000,0xa7ffffffreadwrite
map 0xf0000000,0xf7f00000 readwrite
根据需要，可在该文件中输入包含所有外设寄存器的MAP命令，使所有外设寄存器都具有“读”、“写”权限。但注意映射空间不要超过0x08000000，否则调试时会提示错误：“***  error 129: MapMemmap size truncated to 128MB”。
②单击，打开“Options”对话框，切换到“Debug”，在“Initialization File”的右边单击，打开“选择仿真初始化文件”对话框，选择上一步保存的initmap.ini文件。单击“Edit”按扭，可打开文件再次修改。
3 中断服务程序的执行与触发
　　当解决以上的两个问题后，可以进行模拟仿真调试。但这时中断服务程序不能执行，如系统定时中断程序；或者不能触发中断，如不能自动触发SPI中断程序等。由于已经把Flash存储器的起始地址调到了0x00000000处，所以也需要把中断向量偏移量地址设为0x00000000，即把SCB-﹥VTOR设为0。可通过如下方法解决。
①对于通过访问SCB-﹥VTOR寄存器来修改中断向量的，可通过“Edit”菜单命令中的“Find in Files”命令查找SCB-﹥VTOR，查找并修改宏定义FLASH_BASE的值为0X00000000。
②如果不能通过以上的方法修改SCB-﹥VTOR,可以在进入仿真界面后，执行中断程序前，选择“Peripherals”→“Core Peripherals”→“Nested Vectored Interrupt Controller”命令，打开中断向量对话框，修改VTO的值为0x00000000。当然也可以通过如下的方法完成对外设寄存器SCB-﹥VTOR的修改，使它的值为0x00000000：当进入仿真后，在主函数main()前设置一个断点，全速运行程序，程序在断点处暂停执行，通过下节介绍的方法把外设寄存器SCB-﹥VTOR添加到观察窗口1，修改SCB-﹥VTOR外设寄存器的值，使它的值为0x00000000即可。
③对于SysTick定时器，可以自动触发中断，并执行中断程序，但对于其他的中断则不能自动触发中断。可按如下方法操作：在中断程序中设一个断点，并“全速”运行程序，通过选择“Peripherals”→“Core Peripherals”→“Nested Vectored Interrupt Controller”命令，打开中断向量对话框，单击选择相应的中断，然后勾选Pending复选框，此时会自动执行相应的中断服务程序，并在断点处暂停执行程序。
4 外设寄存器的修改
　　在模拟仿真时，一般要对外设寄存器进行修改，有些外设寄存器可直接修改，有些外设寄存器不能直接修改，如只读位不能直接修改。要实现对外设寄存器的修改，可通过如下的方法进行操作。
①对于要修改的寄存器，可通过鼠标选择外设寄存器，如选择RCC-﹥CR，然后再鼠标右键，弹出右键菜单，执行“Add‘RCC-﹥CR ’to…”→“Watch 1”菜单命令，把RCC-﹥CR外设寄存器添加到观察窗口1中，如下所示。
　　此时可在编辑框中修改该外设寄存器的值。当然也可在观察窗口中，直接输入外设寄存器的名称“RCC-﹥CR”，但此种方法对某些芯片会失效。
②用以上方法也不能完成外设寄存器的修改时，可通过如下方法完成修改。停止仿真，单击，打开“Options”对话框，切换到“Target”选项卡，确保特殊功能寄存器（sfr）文件已被添加。然后单击的下拉箭头，选择并添加所要观察的外设，如RCC等，可添加观察多个外设。单击添加的外设寄存器，可在下方显示该外设寄存器的存储器地址，如RCC-﹥CR外设寄存器的地址为0x40023800。最后再选择“ View”→“Memory Windows”→“Memory 1”打开存储器观察窗口，在地址栏中输入地址“0x40023800”，按回车键确认输入，在数据区双击数据可直接修改。STM32的存储器采用小端模式，即低地址存放数据的低位，高地址存放数据的高位。在存储器窗口中，可通过右键修改显示方式。
结语
　　目前最新的MDK版本也未能解决在模拟仿真时出现的上述问题，通过本文介绍的方法则可以解决，这对于学习STM32，以及使用MDK软件都有一定的帮助。以上介绍的方法是一个全面的描述，不是所有的芯片都需要通过以上步骤来完成，有的只需要部分操作即可完成。

刘勇军（讲师），主要从事单片机与嵌入式系统方面的研究与教学；杨选成（讲师），主要从事电路系统方面的研究与教学。