【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 移動(dòng)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(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，根據(jù)英國(guó)電器工程師協(xié)會(huì)（ . Institution of Electrical Engineer）的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個(gè)人計(jì)算機(jī)這樣的通用計(jì)算機(jī)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(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。由于嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)。所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大[3]。嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先編程好以用來(lái)執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的微處理器或者單片機(jī)組成。與通用計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)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(shí)不變的；所以經(jīng)常稱為“固件” [4]。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。[5]嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的，它必須與具體應(yīng)用相結(jié)合才會(huì)具有生命力、才更具有優(yōu)勢(shì)。因此可以這樣理解上述三個(gè)面向的含義，即嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，它具有很強(qiáng)的專用性，必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。所以，介入嵌入式系統(tǒng)行業(yè)，必須有一個(gè)正確的定位。例如Palm之所以在PDA領(lǐng)域占有70%以上的市場(chǎng)，就是因?yàn)槠淞⒆阌趥€(gè)人電子消費(fèi)品，著重發(fā)展圖形界面和多任務(wù)管理；而風(fēng)河的Vxworks之所以在火星車上得以應(yīng)用，則是因?yàn)槠涓邔?shí)時(shí)性和高可靠性。嵌入式系統(tǒng)必須根據(jù)應(yīng)用需求對(duì)軟硬件進(jìn)行裁剪，滿足應(yīng)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(duì)通用的軟硬件基礎(chǔ)，然后在其上開(kāi)發(fā)出適應(yīng)各種需要的系統(tǒng)，是一個(gè)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(gè)只有幾K到幾十K微內(nèi)核，需要根據(jù)實(shí)際的使用進(jìn)行功能擴(kuò)展或者裁減，但是由于微內(nèi)核的存在，使得這種擴(kuò)展能夠非常順利的進(jìn)行。實(shí)際上，嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)外延極廣的名詞，凡是與產(chǎn)品結(jié)合在一起的具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以叫嵌入式系統(tǒng)，而且有時(shí)很難以給它下一個(gè)準(zhǔn)確的定義?，F(xiàn)在人們講嵌入式系統(tǒng)時(shí)，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(jìn)行分析和展望時(shí)，也沿用這一觀點(diǎn)。一般而言，嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)架可以分成四個(gè)部分：處理器、存儲(chǔ)器、輸入輸出（I/O）和軟件（由于多數(shù)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用軟件和操作系統(tǒng)都是緊密結(jié)合的，在這里我們對(duì)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(shù)的快速發(fā)展，ARM處理器經(jīng)歷了包括ARMARM9在內(nèi)的多個(gè)發(fā)展歷程，而ARM11的成熟應(yīng)用必將為嵌入式的發(fā)展帶來(lái)新的活力，使更高端的產(chǎn)品應(yīng)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(gòu)——ARMv6的第一代設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。該系列主要有ARM1136J，ARM1156T2和ARM1176JZ三個(gè)內(nèi)核型號(hào)，分別針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域[6]。對(duì)于各種無(wú)線移動(dòng)應(yīng)用，毫無(wú)節(jié)制的提供高性能處理器是無(wú)用的。同成本控制類似，功耗的控制也是一個(gè)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(shí)鐘頻率的內(nèi)核，在未來(lái)將上升到1GHz時(shí)鐘頻率ARM11處理器在提供高性能的同時(shí)，也允許在性能和功耗間做權(quán)衡以滿足某些特殊應(yīng)用。通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘頻率和供應(yīng)電壓，開(kāi)發(fā)者完全可以控制這兩者的平衡。ARM11處理器同時(shí)提供了可綜合版本和半定制硬核兩種實(shí)現(xiàn)。可綜合版本可以讓客戶根據(jù)自己的半導(dǎo)體工藝開(kāi)發(fā)出各有特色的處理器內(nèi)核，并保持足夠靈活性。ARM實(shí)現(xiàn)的硬核則是為了滿足那些極高性能和速度要求的應(yīng)用，同時(shí)為客戶節(jié)省實(shí)現(xiàn)的成本和時(shí)間。為了讓客戶更方便地走完實(shí)現(xiàn)流程，ARM11處理器采用了易于綜合的流水線結(jié)構(gòu)，并和常用的綜合工具以及ARM piler良好結(jié)合，確保了客戶可以成功并迅速的達(dá)到時(shí)序收斂。，對(duì)于當(dāng)前復(fù)雜的SoC設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，如此小的die size對(duì)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(kāi)發(fā)者帶來(lái)便利。一方面，它包含了更多的多媒體處理指令來(lái)加速視頻和音頻處理；另一方面，它的新型存儲(chǔ)器系統(tǒng)進(jìn)一步提高了操作系統(tǒng)的性能；此外，還提供了新指令來(lái)加速實(shí)時(shí)性能和中斷的響應(yīng)。再次，目前有很多應(yīng)用要求多處理器的配置（多個(gè)ARM內(nèi)核，或ARM+DSP的組合），ARM11處理器從設(shè)計(jì)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(diǎn)ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集。一般來(lái)講存儲(chǔ)器比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35％，然而保留了32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(jī)(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(qiáng)的16位和32位算術(shù)運(yùn)算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個(gè)前沿特性來(lái)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(diǎn)是：耗電少功能強(qiáng)、16位/32位雙指令集和眾多合作伙伴。ARM商品模式的強(qiáng)大之處在于它在世界范圍有超過(guò)100個(gè)的合作伙伴(Partners）。當(dāng)前ARM體系結(jié)構(gòu)的擴(kuò)充包括[8]：　　1 Thumb 16位指令集，為了改善代碼密度；　　2 DSP DSP應(yīng)用的算術(shù)運(yùn)算指令集；　　3 Jazeller 允許直接執(zhí)行Java字節(jié)碼。　　4 ARM處理器系列提供的解決方案有：　　5 無(wú)線、消費(fèi)類電子和圖像應(yīng)用的開(kāi)放平臺(tái)；　　6 存儲(chǔ)、自動(dòng)化、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)；　　7 智能卡和SIM卡的安全應(yīng)用。 ARM11的內(nèi)核特點(diǎn)ARM11處理器是為了有效的提供高性能處理能力而設(shè)計(jì)的。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，ARM并不是不能設(shè)計(jì)出運(yùn)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(shí)，還要保證功耗、面積的有效性。ARM11優(yōu)秀的流水線設(shè)計(jì)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(jí)流水線組成，可以比5級(jí)流水線的ARM9達(dá)到更高的運(yùn)行頻率。從通常的角度說(shuō)，過(guò)長(zhǎng)的流水線往往會(huì)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(jié)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(guò)forwarding來(lái)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(jié)果快速進(jìn)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(zhuǎn)指令），普通流水線處理器往往要付出更大的代價(jià)，ARM11通過(guò)實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)技術(shù)來(lái)保持最佳的流水線效率。這些特殊技術(shù)的使用，使ARM11處理器優(yōu)化到更高的流水線吞吐量的同時(shí)，還能保持和5級(jí)流水線（如ARM9處理器中的流水結(jié)構(gòu)）一樣的有效性。 ARM微處理器的應(yīng)用選型　　鑒于ARM微處理器的眾多優(yōu)點(diǎn)，隨著國(guó)內(nèi)外嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的逐步發(fā)展，ARM微處理器必然會(huì)獲得廣泛的重視和應(yīng)用。但是，由于ARM微處理器有多達(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，幾十個(gè)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(kāi)發(fā)人員在選擇方案時(shí)帶來(lái)一定的困難，所以，對(duì)ARM芯片做一些對(duì)比研究是十分必要的?！　∫韵聫膽?yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)在選擇ARM微處理器時(shí)所應(yīng)考慮的主要問(wèn)題做一些簡(jiǎn)要的探討。　　　　從ARM微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如果使用WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)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(méi)有MMU，不支持Windows CE和標(biāo)準(zhǔn)Linux，目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統(tǒng)可運(yùn)行于ARM7TDMI硬件平臺(tái)之上[10]。事實(shí)上，uCLinux已經(jīng)成功移植到多種不帶MMU的微處理器平臺(tái)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(jiàn)的ARM7芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz133MHz，常見(jiàn)的ARM9的系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為100MHz233MHz，ARM10最高可以達(dá)到700MHz。不同芯片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只需要一個(gè)主時(shí)鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘[7]?！　　　〈蠖鄶?shù)的ARM微處理器片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)外擴(kuò)存儲(chǔ)器，但也有部分芯片具有相對(duì)較大的片內(nèi)存儲(chǔ)空間，如ATMEL的AT91F40162就具有高達(dá)2MB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮選用這種類型，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?！　　　〕鼳RM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(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展了相關(guān)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(shè)計(jì)者應(yīng)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(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)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(cè)試 WinCE系統(tǒng)概述WindowsCE是微軟公司嵌入式、移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)，它是一個(gè)開(kāi)放的、可升級(jí)的32位嵌入式操作系統(tǒng)，是基于掌上型電腦類的電子設(shè)備操作系統(tǒng)，Windows CE中的C代表袖珍（Compact）、消費(fèi)（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(kāi)發(fā)的嵌入式新型操作系統(tǒng)，其操作界面雖來(lái)源于Windows 95/98，但Windows CE是基于WIN32 API重新開(kāi)發(fā)、新型的信息設(shè)備的平臺(tái)[12]。Windows CE具有模塊化、結(jié)構(gòu)化和基于Win32應(yīng)用程序接口和與處理器無(wú)關(guān)等特點(diǎn)。Windows CE不僅繼承了傳統(tǒng)的Windows圖形界面，并且在Windows CE平臺(tái)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(fēng)格，使絕大多數(shù)的應(yīng)用軟件只需簡(jiǎn)單的修改和移植就可以在Windows CE平臺(tái)上繼續(xù)使用。WindowsCE作為一個(gè)緊湊、高效和可擴(kuò)展性，擁有多線程、多任務(wù)、確定性的實(shí)時(shí)性和完全搶占式優(yōu)先級(jí)．面向有限硬件資源的嵌入式操作系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，支持多種體系結(jié)構(gòu)的處理器。而通過(guò)WiFi，各種嵌入式系統(tǒng)可以方便快捷的與外部通用設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)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(shè)備。具備實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、即時(shí)顯示、即時(shí)反饋、自動(dòng)處理、自動(dòng)傳輸?shù)裙δ?。為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、實(shí)時(shí)性、可用性提供了保證。其具有一體性、機(jī)動(dòng)性、體積小、重量輕、高性能，并適于手持等特點(diǎn)，它主要應(yīng)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(shè)備，另一個(gè)是WinCE中運(yùn)行的采集端軟件。硬件部分在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，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(jī)，同時(shí)也基于成本的考慮，所以采用工業(yè)級(jí)的嵌入式主機(jī)是一個(gè)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(gè)串口，儀器或設(shè)備可直接通過(guò)串口線與之相連，同時(shí)用戶可在數(shù)據(jù)采集儀中設(shè)置產(chǎn)品相關(guān)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(guò)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并進(jìn)行相關(guān)的處理， 對(duì)于生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，由于一般只是輸出數(shù)據(jù)，沒(méi)有輸出相應(yīng)的參數(shù)值，規(guī)格值等，所以此時(shí)可在軟件中設(shè)置相應(yīng)的產(chǎn)品信息參數(shù)，然后由用戶選擇相應(yīng)的產(chǎn)品信息，班次信息，批次信息等。Windows CE構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)大致可以分為4個(gè)層次，從底層向上依次是：硬件層、OEM層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。不同層次是由不同廠商提供的，一般來(lái)說(shuō)，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(yīng)用層由獨(dú)立軟件開(kāi)發(fā)商提供。每一層分別由不同的模塊組成，每個(gè)模塊又由不同的組件構(gòu)成。這種層次性的結(jié)構(gòu)試圖將硬件和軟件、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序隔開(kāi)，以便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移植，便于進(jìn)行硬件、軟件、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等開(kāi)發(fā)的人員分工合作、并行開(kāi)發(fā)。針對(duì)不同的系統(tǒng)，WindowsCE使用了不同的開(kāi)發(fā)技術(shù)：Windows CE 使用的 VC++ 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)嵌入式工具包，提供系統(tǒng)庫(kù)、工具、文本和樣本代碼，從而使 OEMs 能夠?qū)μ囟ǖ挠布脚_(tái)使 Windows CE 標(biāo)準(zhǔn)定制。嵌入式工具包也包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)包（DDK）和軟件開(kāi)發(fā)包（SDK) ，DDK 提供了關(guān)于寫驅(qū)動(dòng)器的附加文本，SDK 提供庫(kù)、頭文件、樣本代碼、文本以允許，開(kāi)發(fā)者對(duì)基于 Windows CE 的平臺(tái)進(jìn)行寫操作。Windows CE 提供了相同的程序界面，以用來(lái)為其它的視窗操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)功能，例如，Windows CE 版本 32 API 函數(shù)的其中500個(gè)[14]。這就意味著大量不同類的工具，第三方書籍，關(guān)于 Win 32 開(kāi)發(fā)者訓(xùn)練教程，可以替代或?yàn)?Windows CE 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者所用。而實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者能夠使用 VDFF 的嵌入式工具包，以把操作系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到特定的平臺(tái)，并為這個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)附加設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和實(shí)時(shí)功能。第四章 WIFI