基于ARM芯片的嵌入式工控主板

基于ARM芯片的嵌入式工控主板

摘要：在工控行業里，前些年一直是In的天下，但是ARM嵌入式微控制器技術的出現給現代工業控制領域帶來了一次新的技術革命。嵌入式微控制器組成的系統，其*的優勢就是可嵌入到任何微型或小型儀器設備中。嵌入式系統在工控領域的應用已越來越受到重視，隨著嵌入式系統的發展，出現了很多新模式、新方法，中嵌凌云科技突破傳統觀念，基于ARM嵌入式優秀平臺，推出工業架構嵌入式核心板。

圖（1）是arm芯片
一 嵌入式系統定義與應用現狀
對嵌入式系統的一種定義是"嵌入到對象體系中的計算機系統"，"嵌入性"、"性"與"計算機系統"是嵌入式系統的3個基本要素。嵌入式系統按形態可分為設備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）。從定義中不難看出，當前較多使用的單片機設計與工控機設計也是一種典型的嵌入式系統應用。但是這種早期嵌入式系統在性能與價格上均存在一些缺陷。
1. 硬件采用單片機設計，軟件采用匯編語言編寫
采用這種設計方式，硬件成本低，設備體積小。但由于程序采用匯編語言編寫，軟件靈活性、可擴充性、可移植性較差。同時，作為處理器核心的單片機芯片，無法提供高速率運算。隨著工業控制要求的不斷提高，采用這一設計方式，無論在硬件或軟件上都無法滿足要求。
2. 硬件采用工控機、X86機構主板，軟件采用VC++編寫
采用工控機、X86機構主板作為硬件設備，既能提供處理速度，又適于惡劣的工作環境，物理穩定性好。軟件采用VC++編寫，可實現復雜的軟件功能，模塊化、面向對象化的設計保證了軟件系統的靈活性、可擴充性與可移植性。這種設計能很好地滿足控制系統的要求，但成本過高，體積過大，功耗過大。一般采用工控機、X86機構主板的硬件成本是采用單片機成本的10倍以上，而且機箱設計要考慮散熱、防潮等因素，較為笨重、不穩定因素繁多。

圖（2）是EMB8600I工控板基于arm芯片開發
二 ARM嵌入式工業控制主板http://www.gkban。。ｃｏｍ/html/8756231653.html
1. 硬件
（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。ARM-cotex A8系列微處理器具有以下特點：5級整數流水線，指令執行效率更高；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；支持數據Cache和指令Cache，具有更高的數據和指令處理指令。
（2）ARM 工業主板
基于freescale的Cortex-A8的工業級處理器，可為工業控制、人機界面、儀表儀器等行業提供強大的智能控制平臺。AM-i.MX53工業主板規格，采用8層PCB板高精度工藝，使其具有*的電氣性能和抗干擾性能，AM-i.MX53集成了常見的嵌入式系統外圍接口，如：10/100Mbps網絡、串口、TFT-LCD、LVDS、VGA、USB Host/Device、音頻、8x8鍵盤、AD、PMW、PATA/SATA、計數器、IDE、SD卡、CAN總線、RTC、看門狗等，ARM嵌入式主板無論從功能、穩定性、功耗、體積、成本上來衡量，都具有很大的優勢，在嵌入式系統應用中具有出色的表現。
客戶只需專注應用程序的開發而無須關注底層驅動程序。
2. 操作系統及開發環境
目前，嵌入式系統常用的操作系統有Linux2.6、Windows CE 6.0；開發環境有UC/GUI、Q/T。
（1）Linux
Linux是一種免費、開源的操作系統，因此其支持軟件多，可用資源豐富。目前將Linux的內核移植在其上，可使用更多的Linux功能。無論是對于企業服務器還是對于嵌入式系統，Linux 2.6 都是一個巨大的進步。對的機器來說，新特性針對的是性能改進、可擴展性、吞吐率，以及對 SMP 機器 NUMA 的支持。對于嵌入式領域，添加了新的體系結構和處理器類型——包括對那些沒有硬件控制的內存管理方案的 MMU-less 系統的支持。并且，和往常一樣，為了滿足桌面用戶群的需要，添加了一整套新的音頻和多媒體驅動程序，Linux 內核使用了由 Ingo Molnar 開發的新的調度器算法，稱為O（1）算法，它在高負載的情況下執行得極其出色，并且當有很多處理器時也可以很好地擴展；內核搶占補丁在2.5系列中就已經被打上，接下來在2.6中也會打。這將顯著地降低用戶交互式應用程序、多媒體應用程序等類似應用程序的延遲。這一特性對實時系統和嵌入式系統來說特別有用；從虛擬內存的角度來看，新內核融合了 Rik van Riel 的 r-map （反向映射，reverse mapping）技術，將顯著改善虛擬內存在一定程度負載下的性能；更多功能還需您在后續的工作中切身體會。
（2）Windows CE
WinCE推出只有幾年時間，但目前已占據了很大*。由于WinCE開發都是大家熟悉的VC++環境，所以對于一般的開發人員都不會有多大難度，這也是WinCE容易被人們接受的原因。開發環境方便快速，微軟的強大，使得WinCE開發難度遠低于嵌入式Linux。此外，WinCE與WindoP及Win2000的同族性，保證了原來在PC機上開發的程序可容易移植到嵌入式系統中。
（3）GUI
常見GUI有QT、UCGUI、MINI/GUI等，
Qt是 Trolltech的zui早也是zui有名的產品，它zui初是作為一個跨平臺（Win32、Mac、Unix）的C++GUI庫開發的，但隨著它的發展，其中增加 了一系列與GUI無關的庫，如Xml、Socket、Thread等等，現在Qt已經成為了一個通用的C++跨平臺類庫，到了4.0版，更是將GUI部分 從核心庫分離出來，以利于開發無GUI的服務程序；
UCGUI設計架構是模塊化的，由不同的模塊中的不同層組成，由一個LCD驅動層來包含所有對LCD的具體圖形操作，UCGUI可以在任何的CPU上運行，因為它是*的標準C代碼編寫的。
UCGUI能夠適應大多數的使用黑白或彩色LCD的應用，它提供非常好的允許處理灰度的顏色管理。還提供一個可擴展的2D圖形庫及占用極少RAM的窗口管理體系;
MiniGUI做為“嵌入式圖形中間件”軟件產品，是針對嵌入式設備，跨操作系統的圖形界面支持系統。通過十年的努力，MiniGUI已經成功應用在手持終端、機頂盒、工控、醫療及*等行業。被各 大廠商認可并廣泛采用，逐漸成為嵌入式圖形中間件領域的工業事實標準，從技術架構上包括幾個模塊：輸入抽象層（IAL）、輸出抽象層（GAL）、消息模塊、窗口模塊、圖形設備接口模塊（GDI） 及MiniGUI組件等；
三 新型嵌入式系統開發的兩種模式
1. 采用嵌入式ARM工控板+linux操作系統設計
這種開發模式在當前非常盛行。ARM工控板功耗低、體積小、*性價比。linux操作系統是一種開放性、免費操作系統。ARM工控板+linux操作系統是將性能與價格極優配置的一種開發模式。
但這種開發模式也有其缺點。首先，對于沒有相關開發經驗的技術人員，熟悉ARM芯片與linux操作系統需要時間花費，研發周期與研發費用值得考慮。第二，如果原來已采用工控機方式開發VC++的 應用程序，將它移植到linux操作系統工作量大。因此，這種開發模式適于做全新開發時采用。
2. 采用ARM工控板+WinCE操作系統設計
這是極便捷的開發模式，軟件設計更簡單。由于采用WinCE操作系統，軟件的開發與一般PC機上的開發*相同。如果原系統采用工控機設計已有成熟可用的軟件程序，只需將該程序安裝在WinCE操 作系統下即可。這種模式對于舊系統的升級更新非常適用，避免了重復勞動，也節約了研發成本縮短了開發周期。而且，WinCE操作系統的價格非常低。與Windows2000/WindowsXP操作系統的購買成本比較，幾乎可忽略不計。
從研發角度，ARM工控板+WinCE操作系統模式無疑是的選擇。從生產角度，X86架構主板在價格上不及ARM芯片有競爭力，非常適于舊系統的升級換代。

圖（3）是采用嵌入式工控板開發的工控機
四 結束語
我公司生產的工控板EMB8600I采用ARM芯片+linux操作系統模式，無疑在工控各個領域都有著廣闊的應用前景，平望科技將展現自己的全部技術實力，提供的工控板、zui完善的技術服務來滿足客戶的需要，您的需要就是我們的動力，我們將與您攜手，共同發展！