【文章內(nèi)容簡介】 移動性低的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)诙虑度胧较到y(tǒng)與ARM11嵌入式系統(tǒng)（Embedded system），是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應用而設計的專用計算機系統(tǒng)”，根據(jù)英國電器工程師協(xié)會（ . Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設備、機器或用于工廠運作的設備。與個人計算機這樣的通用計算機系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預先定義的任務。由于嵌入式系統(tǒng)只針對一項特殊的任務，設計人員能夠對它進行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。由于嵌入式系統(tǒng)通常進行大量生產(chǎn)。所以單個的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進行成百上千的放大[3]。嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個或幾個預先編程好以用來執(zhí)行少數(shù)幾項任務的微處理器或者單片機組成。與通用計算機能夠運行用戶選擇的軟件不同，嵌入式系統(tǒng)上的軟件通常是暫時不變的；所以經(jīng)常稱為“固件” [4]。國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。[5]嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應用的，它必須與具體應用相結合才會具有生命力、才更具有優(yōu)勢。因此可以這樣理解上述三個面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應用緊密結合的，它具有很強的專用性，必須結合實際系統(tǒng)需求進行合理的裁減利用。嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產(chǎn)物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個正確的定位。例如Palm之所以在PDA領域占有70%以上的市場，就是因為其立足于個人電子消費品，著重發(fā)展圖形界面和多任務管理；而風河的Vxworks之所以在火星車上得以應用，則是因為其高實時性和高可靠性。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應用需求對軟硬件進行裁剪，滿足應用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積等要求。所以，如果能建立相對通用的軟硬件基礎，然后在其上開發(fā)出適應各種需要的系統(tǒng)，是一個比較好的發(fā)展模式。目前的嵌入式系統(tǒng)的核心往往是一個只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實際的使用進行功能擴展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴展能夠非常順利的進行。實際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結合在一起的具有嵌入式特點的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時很難以給它下一個準確的定義。現(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時，某種程度上指近些年比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，本文在進行分析和展望時，也沿用這一觀點。一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構架可以分成四個部分：處理器、存儲器、輸入輸出（I/O）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設備的應用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結合的，在這里我們對其不加區(qū)分，這也是嵌入式系統(tǒng)和一般的PC操作系統(tǒng)的最大區(qū)別）。 ARM11微處理器隨著微電子技術的快速發(fā)展，ARM處理器經(jīng)歷了包括ARMARM9在內(nèi)的多個發(fā)展歷程，而ARM11的成熟應用必將為嵌入式的發(fā)展帶來新的活力，使更高端的產(chǎn)品應用成為可能。ARM11系列微處理器是ARM公司近年推出的新一代RISC處理器，它是ARM新指令架構——ARMv6的第一代設計實現(xiàn)。該系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個內(nèi)核型號，分別針對不同應用領域[6]。對于各種無線移動應用，毫無節(jié)制的提供高性能處理器是無用的。同成本控制類似，功耗的控制也是一個重要因素。ARM11系列處理器展示了在性能上的巨大提升，首先推出350M~500MHz時鐘頻率的內(nèi)核，在未來將上升到1GHz時鐘頻率ARM11處理器在提供高性能的同時，也允許在性能和功耗間做權衡以滿足某些特殊應用。通過動態(tài)調(diào)整時鐘頻率和供應電壓，開發(fā)者完全可以控制這兩者的平衡。ARM11處理器同時提供了可綜合版本和半定制硬核兩種實現(xiàn)?？删C合版本可以讓客戶根據(jù)自己的半導體工藝開發(fā)出各有特色的處理器內(nèi)核，并保持足夠靈活性。ARM實現(xiàn)的硬核則是為了滿足那些極高性能和速度要求的應用，同時為客戶節(jié)省實現(xiàn)的成本和時間。為了讓客戶更方便地走完實現(xiàn)流程，ARM11處理器采用了易于綜合的流水線結構，并和常用的綜合工具以及ARM piler良好結合，確保了客戶可以成功并迅速的達到時序收斂。，對于當前復雜的SoC設計來說，如此小的die size對芯片成本的降低是極其重要的[7]。ARM11處理器在很多方面為軟件開發(fā)者帶來便利。一方面，它包含了更多的多媒體處理指令來加速視頻和音頻處理；另一方面，它的新型存儲器系統(tǒng)進一步提高了操作系統(tǒng)的性能；此外，還提供了新指令來加速實時性能和中斷的響應。再次，目前有很多應用要求多處理器的配置（多個ARM內(nèi)核，或ARM+DSP的組合），ARM11處理器從設計伊始就注重更容易地與其他處理器共享數(shù)據(jù)，以及從非ARM的處理器上移植軟件。 ARM處理器特點ARM處理器本身是32位設計，但也配備16位指令集。一般來講存儲器比等價32位代碼節(jié)省達35％，然而保留了32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢。ARM的Jazelle技術使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。CPU功能上增加DSP指令集提供增強的16位和32位算術運算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICERT邏輯和嵌入式跟蹤宏核(ETMS)系列。ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴。ARM商品模式的強大之處在于它在世界范圍有超過100個的合作伙伴(Partners）。當前ARM體系結構的擴充包括[8]：　　1 Thumb 16位指令集，為了改善代碼密度；　　2 DSP DSP應用的算術運算指令集；　　3 Jazeller 允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼?！　? ARM處理器系列提供的解決方案有：　　5 無線、消費類電子和圖像應用的開放平臺；　　6 存儲、自動化、工業(yè)和網(wǎng)絡應用的嵌入式實時系統(tǒng)；　　7 智能卡和SIM卡的安全應用。 ARM11的內(nèi)核特點ARM11處理器是為了有效的提供高性能處理能力而設計的。在這里需要強調(diào)的是，ARM并不是不能設計出運行在更高頻率的處理器，而是，在處理器能提供超高性能的同時，還要保證功耗、面積的有效性。ARM11優(yōu)秀的流水線設計是這些功能的重要保證。ARM11處理器的流水線和以前的ARM內(nèi)核不同，它由8級流水線組成，可以比5級流水線的ARM9達到更高的運行頻率。從通常的角度說，過長的流水線往往會削弱指令的執(zhí)行效率。一方面，如果隨后的指令需要用到前面指令的執(zhí)行結果作為輸入，它就需要等到前面指令執(zhí)行完。ARM11處理器通過forwarding來避免這種流水線中的數(shù)據(jù)沖突，它可以讓指令執(zhí)行的結果快速進入到后面指令的流水線中[9]。另一方面，如果指令執(zhí)行的正常順序被打斷（如出現(xiàn)跳轉指令），普通流水線處理器往往要付出更大的代價，ARM11通過實現(xiàn)跳轉預測技術來保持最佳的流水線效率。這些特殊技術的使用，使ARM11處理器優(yōu)化到更高的流水線吞吐量的同時，還能保持和5級流水線（如ARM9處理器中的流水結構）一樣的有效性。 ARM微處理器的應用選型　　鑒于ARM微處理器的眾多優(yōu)點，隨著國內(nèi)外嵌入式應用領域的逐步發(fā)展，ARM微處理器必然會獲得廣泛的重視和應用。但是，由于ARM微處理器有多達十幾種的內(nèi)核結構，幾十個芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時帶來一定的困難，所以，對ARM芯片做一些對比研究是十分必要的?！　∫韵聫膽玫慕嵌瘸霭l(fā)，對在選擇ARM微處理器時所應考慮的主要問題做一些簡要的探討?！　　　腁RM微處理器包含一系列的內(nèi)核結構，以適應不同的應用領域，如果使用WinCE或標準Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、StrongARM都帶有MMU功能[6]。而ARM7TDMI則沒有MMU，不支持Windows CE和標準Linux，目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統(tǒng)可運行于ARM7TDMI硬件平臺之上[10]。事實上，uCLinux已經(jīng)成功移植到多種不帶MMU的微處理器平臺上，并在穩(wěn)定性和其他方面都有上佳表現(xiàn)?！　　　∠到y(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。，常見的ARM7芯片系統(tǒng)主時鐘為20MHz133MHz，常見的ARM9的系統(tǒng)主時鐘頻率為100MHz233MHz，ARM10最高可以達到700MHz。不同芯片對時鐘的處理不同，有的芯片只需要一個主時鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時鐘控制器可以分別為ARM核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時鐘[7]?！　　　〈蠖鄶?shù)的ARM微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不太大，需要用戶在設計系統(tǒng)時外擴存儲器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)存儲空間，如ATMEL的AT91F40162就具有高達2MB的片內(nèi)程序存儲空間，用戶在設計時可考慮選用這種類型，以簡化系統(tǒng)的設計。　　　　除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據(jù)各自不同的應用領域，擴展了相關功能模塊，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協(xié)處理器等，設計者應分析系統(tǒng)的需求，盡可能采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，這樣既可簡化系統(tǒng)的設計，同時提高系統(tǒng)的可靠性[1]。第三章ARM11在wince下的WIFI數(shù)據(jù)傳輸測試 WinCE系統(tǒng)概述WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎，它是一個開放的、可升級的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設備操作系統(tǒng)，Windows CE中的C代表袖珍（Compact）、消費（Consumer）、通信能力（Connectivity）和伴侶（Companion）；E代表電子產(chǎn)品（Electronics）。與Windows 95/9Windows NT不同的是，Windows CE是所有源代碼全部由微軟自行開發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來源于Windows 95/98，但Windows CE是基于WIN32 API重新開發(fā)、新型的信息設備的平臺[12]。Windows CE具有模塊化、結構化和基于Win32應用程序接口和與處理器無關等特點。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺上可以使用Windows 95/98上的編程工具（如Visual Basic、Visual C++等）、使用同樣的函數(shù)、使用同樣的界面風格，使絕大多數(shù)的應用軟件只需簡單的修改和移植就可以在Windows CE平臺上繼續(xù)使用。WindowsCE作為一個緊湊、高效和可擴展性，擁有多線程、多任務、確定性的實時性和完全搶占式優(yōu)先級．面向有限硬件資源的嵌入式操作系統(tǒng)優(yōu)勢，支持多種體系結構的處理器。而通過WiFi，各種嵌入式系統(tǒng)可以方便快捷的與外部通用設備和系統(tǒng)進行無線通訊。WinCE, 它是將條碼掃描裝置與數(shù)據(jù)終端一體化，帶有電池可離線操作的終端電腦設備。具備實時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸?shù)裙δ?。為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的真實性、有效性、實時性、可用性提供了保證。其具有一體性、機動性、體積小、重量輕、高性能，并適于手持等特點，它主要應用于工業(yè)數(shù)據(jù)采集中。 WinCE系統(tǒng)組成WinCE主要由兩大部分組成，一是WinCE硬件設備，另一個是WinCE中運行的采集端軟件。硬件部分在生產(chǎn)現(xiàn)場，由于空間的限制，一般情況下不方便放置常規(guī)的工控主機，同時也基于成本的考慮，所以采用工業(yè)級的嵌入式主機是一個比較好的解決方案，如廣州太友科技的數(shù)據(jù)采集儀，此數(shù)據(jù)采集儀上配備有兩個串口，儀器或設備可直接通過串口線與之相連，同時用戶可在數(shù)據(jù)采集儀中設置產(chǎn)品相關的信息[13]。軟件部分采集軟件安裝在數(shù)據(jù)采集儀中，用戶通過采集軟件進行數(shù)據(jù)的自動采集，并進行相關的處理， 對于生產(chǎn)線的實時數(shù)據(jù)，由于一般只是輸出數(shù)據(jù)，沒有輸出相應的參數(shù)值，規(guī)格值等，所以此時可在軟件中設置相應的產(chǎn)品信息參數(shù)，然后由用戶選擇相應的產(chǎn)品信息，班次信息，批次信息等。Windows CE構建的嵌入式系統(tǒng)大致可以分為4個層次，從底層向上依次是：硬件層、OEM層、操作系統(tǒng)層和應用層。不同層次是由不同廠商提供的，一般來說，硬件層和OEM層由硬件OEM廠商提供；操作系統(tǒng)層由微軟公司提供；應用層由獨立軟件開發(fā)商提供。每一層分別由不同的模塊組成，每個模塊又由不同的組件構成。這種層次性的結構試圖將硬件和軟件、操作系統(tǒng)和應用程序隔開，以便于實現(xiàn)系統(tǒng)的移植，便于進行硬件、軟件、操作系統(tǒng)、應用程序等開發(fā)的人員分工合作、并行開發(fā)。針對不同的系統(tǒng)，WindowsCE使用了不同的開發(fā)技術：Windows CE 使用的 VC++ 開發(fā)系統(tǒng)嵌入式工具包，提供系統(tǒng)庫、工具、文本和樣本代碼，從而使 OEMs 能夠對特定的硬件平臺使 Windows CE 標準定制。嵌入式工具包也包括設備驅動包（DDK）和軟件開發(fā)包（SDK) ，DDK 提供了關于寫驅動器的附加文本，SDK 提供庫、頭文件、樣本代碼、文本以允許，開發(fā)者對基于 Windows CE 的平臺進行寫操作。Windows CE 提供了相同的程序界面，以用來為其它的視窗操作系統(tǒng)開發(fā)功能，例如，Windows CE 版本 32 API 函數(shù)的其中500個[14]。這就意味著大量不同類的工具，第三方書籍，關于 Win 32 開發(fā)者訓練教程，可以替代或為 Windows CE 系統(tǒng)的開發(fā)者所用。而實時系統(tǒng)的開發(fā)者能夠使用 VDFF 的嵌入式工具包，以把操作系統(tǒng)轉移到特定的平臺，并為這個平臺開發(fā)附加設備驅動器和實時功能。第四章 WIFI