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ARM嵌入式工業(yè)控制主板選型技巧

由于ARM有比INTEL處理器更多的工控特性?xún)?yōu)勢(shì)，比如低功耗、高效率、嵌入性能強(qiáng)、可移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等，漸漸成為工控領(lǐng)域主控單元的首選。ARM工控主板在選型方面要考慮兩方面，即硬件及操作系統(tǒng)，硬件方面，包括ARM芯片、ARM PC104主板、ARM 3.5寸嵌入式主板。

      （1）ARM芯片
        ARM處理器是一種16/32位的高性能、低成本、低功耗的嵌入式RISC微處理器。ARM9系列微處理器具有以下特點(diǎn)：5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高；支持32位ARM指令集和16位THUMB指令集；支持32 位AMBA總線接口；全性能的MMU，支持Windows CE、Linux等主流的嵌入式操作系統(tǒng)；支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的數(shù)據(jù)和指令處理指令。
      （2）ARM PC/104主板
        基于ATMEL AT91SAM9263工業(yè)級(jí)處理器，標(biāo)準(zhǔn)PC/104工業(yè)主板規(guī)格，采用8層PCB板高精度工藝，使其具有最佳的電氣性能和抗干擾性能，QY- 9263S集成了常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)外圍接口，如： PC/104、10/100Mbps網(wǎng)絡(luò)、串口、TFT-LCD、USB Host/Device、音頻、8x8鍵盤(pán)、AD、PMW、計(jì)數(shù)器、IDE、SD卡、CAN總線、RTC、看門(mén)狗等，ARM嵌入式PC/104主板無(wú)論從功能、穩(wěn)定性、功耗、體積、成本上來(lái)衡量，都具有很大的優(yōu)勢(shì)，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中具有出色的表現(xiàn)。
       （3）ARM 3.5英寸工業(yè)主板
        基于Cirrus Logic EP9315 ARM9處理器，標(biāo)準(zhǔn)3.5英寸工業(yè)主板規(guī)格，可為工業(yè)控制、人機(jī)界面、儀表儀器等行業(yè)提供強(qiáng)大的智能控制平臺(tái)。QY-9315S集成了常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)外圍接口，如：PC/104 、10/100M網(wǎng)絡(luò)、多串口、VGA、TFT-LCD、USB Host、音頻、8x8鍵盤(pán)、硬盤(pán)/CF卡、CAN總線、RTC、看門(mén)狗，可直接替代X86工控板, 客戶(hù)只需專(zhuān)注應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)而無(wú)須關(guān)注底層驅(qū)動(dòng)程序。
操作系統(tǒng)方面，目前嵌入式系統(tǒng)常用的操作系統(tǒng)有Linux2.6、Windows CE 5.0；開(kāi)發(fā)環(huán)境有UC/GUI、Q/T。
      （1）Linux
         Linux是一種免費(fèi)、開(kāi)源的操作系統(tǒng)，因此其支持軟件多，可用資源豐富。目前將Linux的內(nèi)核移植在其上，可使用更多的Linux功能。無(wú)論是對(duì)于企業(yè)服務(wù)器還是對(duì)于嵌入式系統(tǒng)，Linux 2.6 都是一個(gè)巨大的進(jìn)步。對(duì)高端的機(jī)器來(lái)說(shuō)，新特性針對(duì)的是性能改進(jìn)、可擴(kuò)展性、吞吐率，以及對(duì) SMP 機(jī)器 NUMA 的支持。對(duì)于嵌入式領(lǐng)域，添加了新的體系結(jié)構(gòu)和處理器類(lèi)型——包括對(duì)那些沒(méi)有硬件控制的內(nèi)存管理方案的 MMU-less 系統(tǒng)的支持。并且，和往常一樣，為了滿足桌面用戶(hù)群的需要，添加了一整套新的音頻和多媒體驅(qū)動(dòng)程序，Linux 內(nèi)核使用了由 Ingo Molnar 開(kāi)發(fā)的新的調(diào)度器算法，稱(chēng)為O（1）算法，它在高負(fù)載的情況下執(zhí)行得極其出色，并且當(dāng)有很多處理器時(shí)也可以很好地?cái)U(kuò)展；內(nèi)核搶占補(bǔ)丁在2.5系列中就已經(jīng)被打上，接下來(lái)在2.6中也會(huì)打。這將顯著地降低用戶(hù)交互式應(yīng)用程序、多媒體應(yīng)用程序等類(lèi)似應(yīng)用程序的延遲。這一特性對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)特別有用；從虛擬內(nèi)存的角度來(lái)看，新內(nèi)核融合了 Rik van Riel 的 r-map （反向映射，reverse mapping）技術(shù)，將顯著改善虛擬內(nèi)存在一定程度負(fù)載下的性能；更多功能還需您在后續(xù)的工作中切身體會(huì)。
      （2）Windows CE
        WinCE推出只有幾年時(shí)間，但目前已占據(jù)了很大市場(chǎng)份額。由于WinCE開(kāi)發(fā)都是大家熟悉的VC++環(huán)境，所以對(duì)于一般的開(kāi)發(fā)人員都不會(huì)有多大難度，這也是WinCE容易被人們接受的原因。開(kāi)發(fā)環(huán)境方便快速，微軟的強(qiáng)大技術(shù)支持，使得WinCE開(kāi)發(fā)難度遠(yuǎn)低于嵌入式Linux。此外，WinCE與 WindowXP及Win2000的同族性，保證了原來(lái)在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)的程序可容易移植到嵌入式系統(tǒng)中。
      （3）GUI
        常見(jiàn)GUI有QT、UCGUI、MINI/GUI等，Qt 是 Trolltech的最早也是最有名的產(chǎn)品，它最初是作為一個(gè)跨平臺(tái)（Win32、Mac、Unix）的C++GUI庫(kù)開(kāi)發(fā)的，但隨著它的發(fā)展，其中增加了一系列與GUI無(wú)關(guān)的庫(kù)，如Xml、Socket、Thread等等，現(xiàn)在Qt已經(jīng)成為了一個(gè)通用的C++跨平臺(tái)類(lèi)庫(kù)，到了4.0版，更是將GUI部分從核心庫(kù)分離出來(lái)，以利于開(kāi)發(fā)無(wú)GUI的服務(wù)程序；
UCGUI設(shè)計(jì)架構(gòu)是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個(gè)LCD驅(qū)動(dòng)層來(lái)包含所有對(duì)LCD的具體圖形操作，UCGUI可以在任何的CPU上運(yùn)行，因?yàn)樗?00%的標(biāo)準(zhǔn)C代碼編寫(xiě)的。
        UCGUI能夠適應(yīng)大多數(shù)的使用黑白或彩色LCD的應(yīng)用，它提供非常好的允許處理灰度的顏色管理。還提供一個(gè)可擴(kuò)展的2D圖形庫(kù)及占用極少RAM的窗口管理體系;
         MiniGUI做為“嵌入式圖形中間件”軟件產(chǎn)品，是針對(duì)嵌入式設(shè)備，跨操作系統(tǒng)的圖形界面支持系統(tǒng)。通過(guò)十年的努力，MiniGUI已經(jīng)成功應(yīng)用在手持終端、機(jī)頂盒、工控、醫(yī)療及軍工等行業(yè)。被各大廠商認(rèn)可并廣泛采用，逐漸成為嵌入式圖形中間件領(lǐng)域的工業(yè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，從技術(shù)架構(gòu)上包括幾個(gè)模塊：輸入抽象層（IAL）、輸出抽象層（GAL）、消息模塊、窗口模塊、圖形設(shè)備接口模塊（GDI） 及MiniGUI組件等；
        ARM平臺(tái)工業(yè)主板技巧：選擇工控主板最主要的就是合適，不必要求最高性能。比如上面的兩款工控主板，如果用于8051的延續(xù)，替換舊的8051內(nèi)核，那么選擇Cortex- M3就足夠了，如果可以，選擇其他Cortex-M0也是可以的。如果是做廣告機(jī)、視頻播放器等此類(lèi)工控機(jī)，那么就可以選擇第二款Cortex-A5工控主板了。