2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
    系統(tǒng)實現(xiàn)基于Web瀏覽器／業(yè)務(wù)邏輯層／數(shù)據(jù)存儲層(B／A／S)的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)計算模型，以Java為主要開發(fā)語言。瀏覽器端的展示層以JSP頁面為主，用戶登陸試驗頁面，選擇以iava applet應(yīng)用實現(xiàn)的虛擬芯片進行連線。用戶在網(wǎng)頁界面的提示處編寫試驗程序，提交程序到服務(wù)器，服務(wù)器端的解釋器平臺調(diào)用解釋規(guī)則庫，解釋程序結(jié)果并可視化的返回給客戶端。用戶將結(jié)果數(shù)據(jù)提交給已連接好的虛擬接口電路，服務(wù)器端通過類庫設(shè)計定義各類芯片的工作方式、電氣特性、I／0特性和幾何特性等，確定信號時延。對芯片的各個管腳分別建立子類．定義各管腳的電氣特性、I／0特性和幾何特性等，達到真實地模擬硬件結(jié)構(gòu)，使運算結(jié)果與真實硬件相同，實現(xiàn)對各個接口技術(shù)實驗環(huán)境進行仿真。系統(tǒng)可根據(jù)用戶端的不同設(shè)計進行重新配置執(zhí)行，使學習者感覺到其所應(yīng)用的實驗平臺就是真實接口技術(shù)實驗室。

3 接口實驗流程建模
    一個現(xiàn)實的接口實驗流程如下：學生接到實驗任務(wù)，進入實驗室：①打開集成實驗環(huán)境，在計算機上編寫匯編、C語言，通過詞法、語法檢查；②連接集成開發(fā)試驗箱，連接跳線，燒錄程序；③觀察實驗板上的現(xiàn)象，比對試驗結(jié)果；④如果與預(yù)期結(jié)果現(xiàn)象一致，則試驗程序正確，此試驗結(jié)束，課后書寫實驗報告，否則轉(zhuǎn)向；⑤修改程序，調(diào)試程序重復(fù)②～④。虛擬接口實驗平臺的模式如圖l所示。

4 匯編程序的仿真解釋執(zhí)行
    匯編程序是一個接口實驗的基礎(chǔ)，由程序的正確執(zhí)行結(jié)果驅(qū)動相應(yīng)的芯片工作產(chǎn)生時序圖，模擬真實的接口實驗環(huán)境，應(yīng)具備的功能模塊如下：
    (1)預(yù)處理模塊 除去注釋、偽指令，分析程序語句，分離出指令操作碼，第一、二操作數(shù)，并存儲到指令數(shù)據(jù)表；
    (2)數(shù)據(jù)表模塊建立匯編指令所需的寄存器表、內(nèi)存表，端口表等，并提供通用的數(shù)據(jù)讀、寫接口；
    (3)解釋執(zhí)行模塊(規(guī)則庫)核心是建立各類指令的規(guī)則庫，跟蹤模擬程序指針PC的流程，實例化指令碼對應(yīng)的指令類，取出該條指令的操作數(shù)傳人類對象的成員函數(shù)，進行對應(yīng)的函數(shù)操作，返回計算結(jié)果，并寫入對應(yīng)的數(shù)據(jù)表；
    (4)通訊模塊 建立程序執(zhí)行與虛擬芯片工作的連接，程序執(zhí)行結(jié)果能透明的傳遞給虛擬芯片工作接口函數(shù)，并接受虛擬芯片工作后的反饋數(shù)據(jù)，透明的反饋給程序。
    仿真解釋執(zhí)行的算法嘲描述：①從用戶程序表中取出一條源程序語句，記錄此語句對應(yīng)的程序指針PC；②分離出語句中的操作碼、操作數(shù)，在指令規(guī)則庫中查詢其對應(yīng)的指令類，若跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)至⑦否則轉(zhuǎn)至③；③查找數(shù)據(jù)字典中的尋址方式表，實例化出該指令對應(yīng)的尋址類對象，取出操作數(shù)，調(diào)用指令類對象的函數(shù)成員，接受尋址類對象實例處理后的操作數(shù)，進行函數(shù)運算，刷新其對應(yīng)的寄存器表或內(nèi)存表等；④取出各寄存器及內(nèi)存單元對應(yīng)的數(shù)據(jù)，以圖表的形式展現(xiàn)在界面上，同時將其與虛擬芯片相關(guān)的數(shù)據(jù)透明的傳遞給通訊接口；⑤計算該指令的運算時問，以靜態(tài)變量保存；⑥PC=PC+1取出下一條指令繼續(xù)執(zhí)行，轉(zhuǎn)至②；⑦若是無條件跳轉(zhuǎn)指令，計算該標志對應(yīng)的PC值，轉(zhuǎn)至對應(yīng)的指令語句執(zhí)行，轉(zhuǎn)至②；若為有條件跳轉(zhuǎn)指令，取出狀態(tài)寄存器中該指令對應(yīng)的PSW值，判斷條件是否成立，如成立按無條件跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行，否則PC=PC+1，轉(zhuǎn)至②；若是子程序(中斷程序)，則保存該條語句的PC值，便于程序的返回執(zhí)行，同時按無條件跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行；若為RET指令則程序結(jié)束。

5 虛擬芯片的設(shè)計
5．1 設(shè)計思想
    接口電路設(shè)計所用器材包括CPU、TTL門電路、可編程邏輯芯片、負載等。傳輸信號主要分控制、地址、數(shù)據(jù)電源和地線。為實現(xiàn)實驗電路邏輯性正確與否的檢測，其設(shè)計方法是：針對每個芯片建立類，定義各種工作方式、電氣特性、I／O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對其各管腳的功能定義(I／0特性、信號類型、電氣特性)建立子類，并構(gòu)造I／0方法，確定信號時延。幾何特性描述芯片的外部特征；工作特性描述芯片的數(shù)據(jù)處理方式(即工作方式)；電氣特性描述芯片的工作周期；I／O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)負責芯片工作前數(shù)據(jù)的接受與工作中、后的數(shù)據(jù)輸出。
    虛擬接口實驗室要涉及的硬件比較多，而每個硬件的外部幾何特性都不盡相同，在非固定實驗的情況下，用戶總是希望可以自由的選擇各類硬件，這樣就可以動態(tài)地實現(xiàn)各類硬件的實例化操作。設(shè)計時采用硬件多態(tài)的思想，最大化的實現(xiàn)虛擬芯片類庫的復(fù)用，即設(shè)計抽象于所有硬件的一個主模塊，派生出具體的硬件類，可以實現(xiàn)用戶隨意選擇芯片，也方便硬件鏈表的統(tǒng)一處理。
5．2 設(shè)計實例
5．2．1 設(shè)計思想
    芯片具體實現(xiàn)包括芯片的幾何特性、工作特性、和電氣特性。幾何特性描述了芯片的外部特征；工作特性描述的是芯片的數(shù)據(jù)處理方式(即工作方式)；電氣特性描述的是芯片的工作周期。不失一般性，在此以8253來說明設(shè)計思想和類之間的具體關(guān)系。 
5．2．2 類圖關(guān)系
    為實現(xiàn)硬件多態(tài)，設(shè)計了硬件模板類、芯片引腳類、8253芯片類3個類，類圖及關(guān)系如圖2所示。

6 虛擬芯片操作
    對設(shè)計好的虛擬芯片要進行移動、縮放、芯片間連線、連線變形和連線正確性檢測等操作。
6．1 芯片移動位置重疊算法
    當鼠標點擊位置在模型內(nèi)部或外設(shè)輸入操作時觸發(fā)函數(shù)，首先跳入一個判斷函數(shù)，判斷鼠標移動釋放后的位置或者輸入?yún)?shù)使新模型處于以前模型的什么位置，如是左上，則首先判斷變化特征點(左上點)的X坐標是否大于在定點(右下點)的第2象限(即左上)區(qū)域障礙物特征點X坐標。大于則返回值為ture，操作可行，按照繪制算法重新繪制硬件模型和連線；不大于，函數(shù)跳入判斷Y坐標函數(shù)，變化特征點的Y坐標是否小于在定點(右下點)的第2象限(即左上)區(qū)域障礙物特征點Y坐標。小于則返回值為true，操作可行，按照繪制算法重新繪制硬件模型和連線，不小于，則再次判斷對角點(右下點)的X坐標是否小于在定點(右下點)的第2象限(即左上)區(qū)域障礙物特征點X坐標。小于則返回值為true，操作可行，按照繪制算法重新繪制硬件模型和連線；不小于，函數(shù)跳入判斷Y坐標函數(shù)，變化特征點的Y坐標是否大于在定點(右下點)的第2象限(即左上)區(qū)域障礙物特征點Y坐標。大于則返回值為ture，操作可行，按照繪制算法重新繪制硬件模型和連線，不大于，返回值為false，操作失敗，返回初值。與縮放算法類似，因為可能存在跨越可行性，要進行兩個特征點的兩次判斷。當移動位置是右上、左下、右下時，函數(shù)流程基本相似，只是判斷大小的函數(shù)載入順序不同。(以下以2個模塊為例．其中坐標前一位是模塊號，后一位1表示左上點，2表示右下點)由算法分析得出表1所示結(jié)果。由表1可知，只有當X組位置坐標大小關(guān)系和Y組位置坐標大小關(guān)系都不相同時位置才重疊。

6．2 芯片間連線變形算法
    完成對象起點和終點的連線。要求連線不重合，不穿越芯片，盡可能美觀，芯片位置參數(shù)變化時線條繪制更新等。
    連線變形算法的詳細描述如圖3所示。(DrawLine()表示連線方法，GerPointx()表示獲得x軸方向的方法，GetPointy()表示獲得Y軸方向的方法)。連線效果圖如圖4所示。

7 結(jié)語
    虛擬接口試驗平臺已實現(xiàn)對8086匯編語言和MCS一51指令系統(tǒng)的仿真模擬解釋，同時模擬出8053和8255接口芯片的部分功能，幾個重要算法的實現(xiàn)在測試過程中體現(xiàn)出良好的時間與空間性能。由于虛擬接口實驗室平臺還處于實驗性研究階段，對接口編程語言的解釋執(zhí)行功能比較完善，且可解釋的語言種類還比較單一，應(yīng)豐富可解釋語言的種類，同時虛擬芯片庫的內(nèi)容還需大量擴充，達到種類齊全的所有接口芯片的模擬。