Как смоделировать Arduino?

Моделирование программы микроконтроллера является обычным делом, но не как часть схемы, если только вы не занимаетесь системами на микросхемах.

Смоделируйте микроинтерфейсы и смоделируйте периферийные устройства отдельно

Аналоговые системы не могут быть точно смоделированы только с помощью ручных вычислений, поэтому моделирование часто является необходимым шагом (кроме того, реальные схемы могут вести себя иначе, чем модель). Непрограммируемые цифровые системы детерминированы в своем поведении, но только в том случае, если интерфейсы являются правильными - жесткие спецификации импедансов и такие часто означают, что здесь также требуется моделирование. Вообще говоря, для обоих моделирование становится обязательным, когда система не является абсолютно простой. Микроконтроллеры, с другой стороны, достаточно детерминированы, чтобы не требовать никакого моделирования: они делают то, что им говорят, за исключением очень, очень редких случаев (например, одно событие, вызванное излучением). Теперь то, что им говорят, может привести к сбоям, но это уже другая история*. Поэтому обычно аналоговые или цифровые схемы вокруг микроконтроллера получают эквивалентные интерфейсы, основанные на поведении и физических характеристиках микроконтроллера, и моделируются отдельно.

*: По мере того как код становится все более и более сложным, становится все труднее и труднее следить за тем, что может делать микроконтроллер. Неожиданные сбои могут возникнуть, например,из-за параллельного доступа (хотя я не могу сказать, что это распространено в микропространстве) или недостаточных ресурсов (именно поэтому динамическое выделение [malloc, new] крайне не рекомендуется, поэтому распределение ресурсов известно во время компиляции) и т. Д. Обычно именно поэтому требуются тесты, и пошаговая отладка используется как средство обнаружения любой возникшей ошибки. Но по своей сути микроконтроллеры очень предсказуемы, и, за исключением определенных случаев, не стоит проходить моделирование (не путайте моделирование и тесты, тесты всегда требуются!).

Преимущества микроконтроллерных тренажеров

Однако симуляторы микроконтроллеров существуют. Они особенно полезны для наблюдения за тем, что происходит внутри микроконтроллера, когда код выполняется шаг за шагом: стек вызовов, наблюдение за переменными, векторы прерываний и т.д. Это также можно сделать на реальном оборудовании, используемом в отладчиках схем, но симуляторы дешевле, а также позволяют сэкономить на циклах стирания/записи EEPROM и избежать повреждения вашего микроконтроллера, если вы опасаетесь, что окружающие его устройства могут быть неправильно настроены (некоторые контроллеры очень дороги, особенно если они подходят для медицинских, военных или аэрокосмических применений). Я видел такие ICD и симуляторы для изображений микрочипов (MPLABX), но должны быть эквиваленты для AVR (микро, который находится на Arduino) или, возможно, даже интегрирован в среду, удобную для arduino (хотя я в этом сомневаюсь). Возможно, вы захотите взглянуть сюда.

Если у вас глубокие карманы: имитаторы смешанных сигналов

Наконец, существуют симуляторы смешанных сигналов, которые позволяют моделировать аналоговые, программируемые и непрограммируемые цифровые схемы одинаково; один компонент будет иметь аналоговую модель SPICE, другой-модель VHDL, а блоки АЦП/ЦАП будут автоматически добавлены симулятором между этими устройствами в зависимости от указанной вами технологии логического ввода/вывода. Они чрезвычайно дороги (тот, который я использовал, - Cadence Virtuoso), вы не захотите этого делать, если только вы не создаете интегральную схему или что-то критическое.

P. S: В печатной плате DesignSpark v3 есть LTspice. Хотя я никогда не пробовал эту функцию, я использовал LTspice напрямую.

Обратите внимание, что ваше открытие "QUCS-единственное программное обеспечение с открытым исходным кодом [...]" неверно. Существует множество симуляторов с открытым исходным кодом. Я согласен, что QUCS очень удобный для пользователя.