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【摘要】本文针对目前的嵌入式系统在性能与价格上的一些不足，推出Freescale公司i.MX233低功耗处理器为核心，采用全新的设计方法研制系统最底层的支撑件，嵌入Windows CE系统，不仅应用在统计过程控制系统中，还可以应用到各行各业，进行各类应用的开发和使用，经案例在线运行分析证实了可靠性和稳定性。
【关键词】嵌入式；工控主板；Windows CE系统；过程控制
1.引言
随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统出现了很多新模式、新方法。目前硬件使用较多的有ARM芯片和PC/104主板。ARM芯片具有功耗低、体积小、价格低的优势，但ARM嵌入式系统开发中涉及到ARM仿真器与ARM编译器的使用，编译后的最终程序需要导入芯片中，对于没有相关开发经验的工程师，熟悉ARM芯片开发需要一定时间，设计周期也自然会延长很多。此外，ARM芯片规格较为固定，其各种配置不能灵活改动；PC/104主板能很好地与Windows系统兼容，但功耗高、体积大、价格高。
本文是在研究以上嵌入式控制系统技术基础之上，克服目前嵌入式系统各自的不足[1]，推出的一款基于Freescale公司i.MX233低功耗处理器为核心的多功能控制主板，并通过案例进行了可行性研究分析。
2.系统配置与设计
2.1 处理器采用Freescale公司i.MX233低功耗处理器
它是一个低功耗、高性能的片上系统集成方案，基于454MHZ的ARM926EJ-S内核，采用DDR内存，集成了USB2.0高速（480Mbit）接口和SDIO、UART等常用接口，i.MX233处理器接口丰富，功能强大，支持最大1024x768分辨率，i.MX233是业界第一款集成了包括DC-DC转换器、PMU电池充电管理单元、立体声模拟音频输出和1.5W功放、电阻式触摸屏控制器、A/D转换器等混和模拟部件的SOC，设计精简实用，极大地降低了成本。
2.2 主板上集成以下硬件或接口
电源、电池接口、CPU、RTC、DDR SDRAM、以太网口、WIFI、USB 2.0、RS232串口、microSD/SD卡座、声卡、功放、触摸屏控制器、键盘、VGA、LCD接口、背光控制、子板扩展槽等，是一个功能完善、立刻能应用到最终产品的低功耗高性能主板，如图1所示。它能够帮助开发人员缩短产品开发周期并降低风险。
2.3 操作系统
操作系统常用的有VxWorks、Linux、Windows。VxWorks因出现较早、实时性强、内核很小、可靠性较高等[2]，但VxWorks因价格很高；Linux是一种免费、开源的操作系统，支持软件多，可用资源丰富，但是一般开发人员不太熟悉Linux，开发难度较大；WinCE开发都是大家熟悉的VC++环境[3]，方便快速，微软的强大技术支持，它的开发难度远低于嵌入式Linux，与WindowXP、Win2000的同族性，保证了原来在PC机上开发的程序可容易移植到嵌入式系统中。该系统是一种紧凑、高效、可伸缩的32位的操作系统，可根据实际需要作功能裁剪，主要面向各种嵌入式系统和产品。它所具有的多线程、多任务、完全抢占式的特点是专为各种有很严格资源限制的硬件系统所设计的。它的模块化设计使嵌入式系统和应用程序开发者能够方便地加以定制以适应一系列产品，例如：消费类电子设备、专用工业控制器和嵌入式通信设备等的需要[4]。Windows CE最大的好处在于界面的通用性，用户容易接收；同时，可以将Windows通用操作系统下的应用程序移植到嵌入式应用系统中。
3.系统原理
硬件包括微处理器和各种周边设备。OEM层是一个硬件抽象层，它提供了硬件和操作系统之间的接口，操作系统要访问具体的硬件就可以通过OEM层提供的API进行访问，而不必直接与硬件打交道。操作系统层中有Windows CE的组件，用户可以根据自己的系统的需要进行定制，选择需要的组件，去掉不必要的组件，这样可以减小内存需求，使系统性能达到最佳。应用程序层是用户为特定的嵌入式系统开发的应用程序。在操作系统层中，设备管理器提供对可安装设备的支持，允许在系统中安装诸如PC卡存储器和调制解调器之类的设备已扩充功能，内核提供最基本的操作系统功能，例如进程调度、内存管理、进程通信等。图形、窗口事件处理模块将用户的击键、鼠标移动和控件选择转换为消息，传送给应用程序和操作系统来处理用户的输入。对象存储、文件系统、数据库和注册表提供存储数据的能力。用户界面模块为系统提供一个与PC电脑上的视窗操作系统类似的图形化操作界面。对系统设计者而言，需要自行开发的是应用程序和直接与硬件有关的部分，包括硬件系统本身、OAL、设备驱动程序，OAL是指建立在硬件设备与系统内核之间的一层代码，主要任务是为内核管理具体的硬件设备时钟、中断和实施电源管理提供支持。设备驱动程序负责支持操作系统对目标硬件的访问。
4.数据检查电子化系统应用举例
图2所示为数据检查电子化系统示意图，管理端以模板的方式定义各部品的检查内容。包括：检查项目、规格、公差、尺寸检查样本数等，模板以不同的编号进行保存；数据采集仪根据各产品的模板信息进行数据采集及测量，根据AQL表及批次数量自动判断拔取数及检查方法，与服务器采用无线方式进行通信传输；服务器端实时接收来自于各数据采集仪的数据，存储各批次检查的数据，项目超过规格或是批次检查被拒收时，服务器通过邮件进行报警处理；PC端自动生成检查台帐，检查数据表，并可打印，进行各项SPC分析功能，检查其它相关的来料汇总报表等。
5.结束语
如今，嵌入式系统技术出现了很多新模式、新方法。该主板具有完善的电池供电设计，超小型的尺寸，创新的Micro-Drive技术，显示输出支持3.5英寸到7英寸的多种常用LCD屏，支持640x480到1024x768 VGA输出，支持电视PAL/NTSC制式视频输出，支持Hive based registry，完善的802.11bg WiFi解决方案，接口丰富、扩展性强等特点。这里作一介绍，希望在工业控制，交通管理，信息家电，POS网络及电子商务，环境工程与自然等方面得到更为广泛的应用，同时为其它控制器的设计与开发提供可资借鉴的技术依据。
参考文献
[1]刘栋良，崔立丽.基于MC146818的实时时钟[J].计算机测量与控制，2002，10（3）：192-193.
[2]李海泉.计算机的电磁干扰研究[J].计算机自动测量与控制，2001，9（6）：1-4.
[3]鞠儒生，王辉，陈燕.VC++中实现基于多线程的串行通讯[J].计算机测量与控制，2002，10（1）：68-70.
[4]陶小平，王贵诚，高云峰，等.速调管走廊抗干扰技术研究[J].核技术，2002，25（2）：99-102.
作者简介：
周秀君（1974—），男，硕士，副教授，现供职于顺德职业技术学院，研究方向：机电控制系统的研究。
范林红（1973—），男，学士，高级工程师，广州市太友计算机科技有限公司总经理，主要从事品质质量控制系统研发工作。