基于ARM10和Windows CE.net的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與方法

擴(kuò)展板采用FPGA控制的硬件電路 ，模擬開(kāi)關(guān)采用AD公司的AD7506，可實(shí)現(xiàn)16通道數(shù)據(jù)采集。A/D轉(zhuǎn)換芯片采用AD公司的AD574，單片高速12位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器。在本模塊中采用FPGA來(lái)控制電路，可將原來(lái)由嵌入式軟件執(zhí)行的功能轉(zhuǎn)移到硬件上，可降低嵌入式軟件的復(fù)雜程度，減少軟件的執(zhí)行時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能[2]。

4．軟件

軟件部分分為FPGA控制程序和PXA255 兩部分，F(xiàn)PGA用VHDL來(lái)設(shè)計(jì)，基于PXA255的軟件設(shè)計(jì)主要任務(wù)有數(shù)據(jù)采集的驅(qū)動(dòng)程序，操作系統(tǒng)的移植以及界面顯示與上位機(jī)的通信。

4．1 嵌入式操作系統(tǒng)

4.1.1 Windows CE.net 簡(jiǎn)介

Windows CE是微軟公司推出的一個(gè)面向嵌入式應(yīng)用的通用操作系統(tǒng)。Windows CE.net的出現(xiàn)，極大改善了它的實(shí)時(shí)性能和通信能力， 為其進(jìn)入工業(yè)控制領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。Windows CE.net 具備多任務(wù)、實(shí)時(shí)性、模塊化及可伸縮性、強(qiáng)大的通信能力等特點(diǎn)。在實(shí)時(shí)能力上，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)可以滿足95%的硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的要求。1ms定時(shí)周期的誤差約為 100μs，在200MHz的X86系統(tǒng)下可達(dá)50μs[1]。實(shí)時(shí)能力的另一個(gè)重要指標(biāo)是中斷延時(shí)，在Windows CE.net中，采用ISR處理延時(shí)較短，IST延時(shí)較長(zhǎng)，但仍能保證不超過(guò)100μs。另外由于Windows的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，多數(shù)人熟悉windows系統(tǒng)，使用戶可以更容易的操作基于Windows CE的產(chǎn)品，同時(shí)，對(duì)于熟悉windows編程的產(chǎn)品軟件開(kāi)發(fā)人員也比較容易進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

4.1.2 Windows CE.net 平臺(tái)創(chuàng)建

Windows CE.net為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)不錯(cuò)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境：Platform Builder，開(kāi)發(fā)人員可以使用它根據(jù)提示完成操作系統(tǒng)鏡像的定制、編譯與調(diào)試工作，并可在此環(huán)境中進(jìn)行應(yīng)用軟件、驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。在目標(biāo)設(shè)備上創(chuàng)建 Windows CE.net平臺(tái)，首先根據(jù)目標(biāo)設(shè)備的硬件配置及需要，對(duì)Windows CE.net進(jìn)行基本定制，開(kāi)發(fā)并安裝驅(qū)動(dòng)程序，增加必要的特性，生成鏡像文件，通過(guò)JTAG將bootloader寫(xiě)入flash后，通過(guò)網(wǎng)卡將鏡像文件下載到目標(biāo)設(shè)備中，進(jìn)行調(diào)試。同時(shí)要導(dǎo)出SDK，以備后面用EVC開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

4.2數(shù)據(jù)采集驅(qū)動(dòng)程序

在數(shù)據(jù)采集中，主要是對(duì)外部I//O口的訪問(wèn)， Wince的BSP一般都實(shí)現(xiàn)了WRITE_PORT_UCHAR和READ_PORT_UCHAR 函數(shù)。訪問(wèn)方式采用中斷方式。WinCE把中斷處理分為兩部分中斷服務(wù)例行程序ISR和中斷服務(wù)線程，用戶的中斷處理主要在IST中完成。這里采用基于中斷方式的非標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)步驟：編寫(xiě)中斷服務(wù)線程IST和注冊(cè)中斷服務(wù)線程。中斷信號(hào)由FIFO經(jīng)FPGA不斷產(chǎn)生，每發(fā)生一次中斷，運(yùn)行在核心態(tài)的中斷服務(wù)例行程序就調(diào)用一次IST。

5.結(jié)語(yǔ)

目前，在高層建筑和橋梁等大體積混凝土應(yīng)用場(chǎng)合，溫度測(cè)量還受單片機(jī)性能的限制。本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是采用高性能PXA255處理器與FPGA相結(jié)合，運(yùn)行多線程多任務(wù)Windows ce.net操作系統(tǒng)，應(yīng)用于大體積混凝土的溫度監(jiān)測(cè)中，改善了應(yīng)用單片機(jī)存在的不足，提高了實(shí)時(shí)性，提高了施工的安全性。利用移動(dòng)通信公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)作為通信通道，具有高速、可靠、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、維護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化管理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式微處理器的性能的提高，嵌入式系統(tǒng)將在工業(yè)控制領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周毓林，寧楊，陸貴強(qiáng)，付林林. Windows CE.net 內(nèi)核定制及應(yīng)用開(kāi)發(fā).電子工業(yè)出版社：2005.2，3~19。

[2] F. Thomas, M.M. Nayak, S. Udupa, J.K. Kishore, V.K. Agrawal. A hardware/software codesign for improved data acquisition in a processor based embedded system. Microprocessors and Microsystems: 24 (2000) 129~134.

[3].深圳億道電子有限公司. XSBase255 WINCE使用手冊(cè)V2.1

[4].Intel. http://www.intel.com/design/pca/prodbref/252780.htm[EB/OL]

[5].鄧成中，黃維公，萬(wàn)松峰.基于嵌入式ARM WinCE的小型監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì).微計(jì)算機(jī)信息，21（8-2）：47~49.