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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Intel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，其最明顯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專用計算機系統"，"嵌入性"、"專用性"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，使其具有最佳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。對高端的機器來說，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市場份額。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，微軟的強大技術支持，使得WinCE開發難度遠低于嵌入式Linux。此外，WinCE與WindowXP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的最早也是最有名的產品，它最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，