開發(fā)固件的團(tuán)隊(duì)和嵌入式軟件經(jīng)常根據(jù)目標(biāo)開發(fā)軟件。雖然使用開發(fā)板來了解你正在編寫代碼的處理器、外圍設(shè)備和設(shè)備不一定有什么問題，但針對目標(biāo)的開發(fā)效率低下且耗時。在運(yùn)行你的代碼之前，你需要交叉編譯它，刪除目標(biāo)，編程它，驗(yàn)證它，然后開始你的調(diào)試會話。

在與CI/CD集成和測試代碼工作時存在潛在的伸縮問題。你曾經(jīng)嘗試過在嵌入式目標(biāo)上運(yùn)行單元測試或覆蓋率報(bào)告嗎？這是可以做到的，但要正確設(shè)置和工作通常是相當(dāng)痛苦的。相反，你可以使用幾種技術(shù)來模擬你的固件和嵌入式軟件，這將幫助你快速移動而沒有額外的麻煩。

模擬技術(shù)1： Renode.io和QEMU

嵌入式開發(fā)人員在模擬系統(tǒng)時面臨的最大挑戰(zhàn)是如何模擬低級軟件。最低級別與硬件交互，這意味著需要使用特殊工具來理解硬件。在使用微控制器時，有兩種工具相對流行：Renode.io和QEMU。

QEMU是一個通用的開源機(jī)器仿真器和虛擬化器。QEMU可以模擬各種處理器，允許為一種CPU設(shè)計(jì)的軟件在另一種CPU上運(yùn)行。對于使用不同架構(gòu)（如ARM、PowerPC、MIPS或x86）的嵌入式系統(tǒng)的固件或應(yīng)用程序開發(fā)人員來說，該功能非常寶貴。QEMU的缺點(diǎn)是你會發(fā)現(xiàn)對微控制器的支持不多。例如，你可能會發(fā)現(xiàn)微控制器可以與USART外設(shè)一起使用，但不支持定時器和ADC。

Renode是一個開發(fā)框架，通過物理硬件模擬來加速物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。開發(fā)人員可以模擬微控制器外部的CPU、外設(shè)和設(shè)備，如傳感器。支持I2C、CAN、SPI、Flash、USB、UART等外設(shè)。Renode比QEMU更注重嵌入式。到目前為止，它對嵌入式目標(biāo)的支持要好得多。

模擬技術(shù)2：關(guān)注應(yīng)用程序代碼

嵌入式軟件架構(gòu)是兩種架構(gòu)的故事。第一個是高級業(yè)務(wù)邏輯，提供客戶功能，不關(guān)心底層硬件。第二個是與硬件交互的實(shí)時代碼，它并不關(guān)心那里有什么硬件。

當(dāng)你想要模擬你的嵌入式應(yīng)用程序時，你應(yīng)該確定是否需要模擬該硬件相關(guān)的代碼。大多數(shù)客戶只關(guān)心他們交互的功能。如果是這樣的話，模擬你的應(yīng)用程序代碼比低級代碼更重要。如果你能在硬件準(zhǔn)備就緒之前開發(fā)并運(yùn)行你的應(yīng)用程序代碼，你就可以更快地將其提供給客戶。如果你在客戶面前獲得代碼，你可以獲得他們的反饋并盡早進(jìn)行調(diào)整。你越早做出改變，你花在這些改變上的錢就越少，這些改變花費(fèi)的時間就越少。

在主機(jī)上模擬應(yīng)用程序代碼通常只不過是為該主機(jī)添加一個構(gòu)建目標(biāo)。例如，如果你用C或C++編寫，你將調(diào)用為編譯應(yīng)用程序代碼而設(shè)置的主機(jī)構(gòu)建目標(biāo)。然后你可以運(yùn)行生成的可執(zhí)行文件。你可能認(rèn)為這給使用RTOS的系統(tǒng)帶來了問題。通常不會。許多RTOS供應(yīng)商提供可以在Windows、Linux和MacOS上編譯的RTOS版本。這意味著你可以在你選擇的RTOS上運(yùn)行你的應(yīng)用程序代碼！你會發(fā)現(xiàn)你可以添加代碼來可視化系統(tǒng)行為，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到數(shù)據(jù)庫等。

你應(yīng)該問自己的問題是你是否需要模擬底層代碼。如果沒有，請集中精力模擬你的應(yīng)用程序代碼。你會發(fā)現(xiàn)，這樣做，你也可以自然地編寫與硬件無關(guān)的代碼。結(jié)果是更加可重用、可移植和可擴(kuò)展的軟件。

模擬技術(shù)3：利用指令集模擬器

另一種可以用來在主機(jī)上測試代碼的模擬器是指令集模擬器。這些模擬器允許你運(yùn)行應(yīng)用程序代碼和固件。它們通過在IDE中直接運(yùn)行處理器和外設(shè)的低級指令來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。你會在Keil MDK,、IAR EWARM、MPLAB X等ide中找到這些模擬器。

這些模擬器的功能往往各不相同。例如，你可能會發(fā)現(xiàn)可以模擬處理器內(nèi)核，但不支持外設(shè)。你可以驗(yàn)證指令是否正確運(yùn)行、算法結(jié)果等，但無法證明與外設(shè)的交互是否有效。雖然這可能不是最佳選擇，但它可以讓你脫離目標(biāo)運(yùn)行代碼，并在沒有獨(dú)特工具的情況下在更高級別的代碼上取得快速進(jìn)展。

結(jié)論

利用模擬是一項(xiàng)偉大的現(xiàn)代技術(shù)，可以幫助你更快地開發(fā)固件。偏離目標(biāo)的工作越多，效率就越高，因?yàn)槟憧梢员苊饽切┞L的編譯、編程和調(diào)試周期。你會發(fā)現(xiàn)寫單元測試和在模擬中運(yùn)行代碼會迫使你編寫更具可移植性和可重用性的代碼。脫離目標(biāo)運(yùn)行迫使你編寫抽象出硬件的解耦代碼。結(jié)果是一個更清晰、可擴(kuò)展和可測試的軟件實(shí)現(xiàn)，你可以在構(gòu)建硬件之前對其進(jìn)行驗(yàn)證。