嵌入式仿真器（Debugger/Emulator）是嵌入式开发中用于调试和测试嵌入式系统的软件和硬件工具。它的主要作用是帮助开发者在开发、调试和优化嵌入式系统时，观察和控制目标设备的运行状态。
仿真器的主要作用
程序下载
- 通过仿真器可以将编译后的程序烧录到目标板（MCU/SoC/FPGA等）中，省去手动烧录的繁琐操作。
实时调试（On-Chip Debugging, OCD）
- 允许开发者在目标设备上运行代码时进行断点调试、单步执行、观察寄存器等，发现和修复 Bug。
断点设置（Breakpoint）
- 硬件断点：无需修改程序代码，在 MCU 硬件层面触发暂停。
- 软件断点：在代码中插入
break指令，模拟硬件断点的效果。
单步执行（Step Over, Step Into, Step Out）
- 逐行执行代码，检查代码逻辑是否正确。
寄存器和内存监测
- 直接读取和修改 MCU/CPU 的寄存器、变量、堆栈等，方便排查异常行为。
外设调试
- 监测 I/O 端口状态、串口数据、I2C、SPI、CAN 总线等，分析外设通信情况。
代码运行时间分析（Profiling）
- 统计代码执行时间，优化关键路径，提高运行效率。
异常捕获（Fault Debugging）
- 发现并定位 CPU 异常（如 HardFault、BusFault），提供调用堆栈信息，方便分析原因。
实时变量监测（Live Watch, Data Trace）
- 在不暂停程序运行的情况下，实时查看变量的变化情况。
常见的嵌入式仿真器
不同 MCU/CPU 需要匹配不同的仿真器，常见的仿真器如下：
| 仿真器型号 | 适用芯片 | 特点 |
|---|---|---|
| J-Link（SEGGER） | ARM Cortex-M/A | 速度快，支持 SWD/JTAG，广泛兼容 |
| ST-Link（STMicroelectronics） | STM32 系列 | 价格便宜，集成在 Nucleo/Discovery 开发板上 |
| ICD/ICSP（Microchip） | PIC、dsPIC | Microchip 官方调试工具 |
| ULINK（Keil） | ARM Cortex | 与 Keil MDK 兼容，支持 ETM 跟踪 |
| PEMicro Multilink | NXP、Freescale | 适用于 PowerPC、ColdFire、Kinetis |
| DAPLink（Arm） | ARM Cortex | 开源仿真器，支持 CMSIS-DAP 协议 |
| Lauterbach Trace32 | 高端 ARM、PowerPC | 专业级仿真器，支持深度调试 |
仿真器 vs 下载器 vs 逻辑分析仪
仿真器（Debugger/Emulator）
- 主要用于实时调试，可以单步执行、设置断点、查看寄存器和变量。
下载器（Programmer）
- 仅用于将程序烧录到芯片，一般不具备调试功能（如 CH341、AVRISP mkII）。
逻辑分析仪（Logic Analyzer）
- 监测 MCU 的外设通信，如 I2C、SPI、UART，但不能直接调试代码。
**如何选择适合的仿真器 **
与目标芯片兼容
- 确保仿真器支持你的 MCU/CPU 架构（如 ARM、PIC、AVR、RISC-V）。
支持的调试协议
- SWD（Serial Wire Debug）：适用于 ARM Cortex-M，常见于 STM32、NXP Kinetis。
- JTAG（Joint Test Action Group）：多用于高端处理器，如 FPGA、DSP、ARM Cortex-A。
- DAPLink（CMSIS-DAP）：适用于 ARM Cortex-M 设备，开源方案。
调试功能需求
- 是否支持硬件断点
- 是否支持代码跟踪（Trace）
- 是否支持 FreeRTOS 任务监测
性价比
- 低成本选项：ST-Link、DAPLink 适合入门级调试。
- 专业级工具：J-Link、ULINK 适合深入调试和性能分析。
- 工业级需求：Lauterbach Trace32 适用于复杂系统开发。