ARM9硬件協(xié)處理器在WinCE嵌入式主板上的應(yīng)用

隨著微電子和嵌入式技術(shù)的蓬勃發(fā)展，基于高性能ARM理器的嵌入式工控機(jī)平臺，以其體積小、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)工控機(jī)體積龐大、故障率高以及難以較長時間適應(yīng)于工業(yè)控制惡劣環(huán)境等缺點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。英創(chuàng)公司的嵌入式主板正是適應(yīng)這樣的發(fā)展趨勢，迅速成長為嵌入式主板的主要供貨商之一。

嵌入式操作系統(tǒng)是嵌入式工控機(jī)系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。WinCE(Windows CE)系統(tǒng)是Windows家族中的成員，專門為嵌入式設(shè)計的微內(nèi)核操作系統(tǒng)。這樣的操作系統(tǒng)可使便攜式技術(shù)與現(xiàn)有的Windows桌面技術(shù)整合工作。它是一個搶先式多任務(wù)、多線程的并具有強(qiáng)大通信能力的32位嵌入式操作系統(tǒng)。

WinCE是實時性較強(qiáng)的嵌入式操作系統(tǒng)，與另一個實時性較好的操作系統(tǒng)——Linux相比，WinCE以更友好的圖形界面、開發(fā)門檻低等優(yōu)點(diǎn)，在控制、通信、多媒體等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用;同時，有Microsoft公司強(qiáng)大的技術(shù)開發(fā)支持做后盾，更有利于開發(fā)風(fēng)險的化解，而Linux的開發(fā)更多的是依賴于程序員個人的經(jīng)驗，從而提高了研發(fā)的門檻。

在嵌入式家族中，采用32位RISC架構(gòu)的ARM微處理器以其體積小、功耗低、成本低、高性能等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)了大部分市場。隨著國內(nèi)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展,ARM芯片必然會獲得更廣泛的重視和應(yīng)用。隨著ARM 芯片在通信、多媒體等數(shù)據(jù)處理速度要求高的領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對浮點(diǎn)運(yùn)算的要求越來越高，高端的ARM芯片為了滿足這種要求，嵌入了數(shù)學(xué)協(xié)處理器。Cirrus Logic公司的EP9315就是這樣的芯片，其內(nèi)部嵌入了Maverick Crunch數(shù)學(xué)協(xié)處理器，實現(xiàn)了硬件浮點(diǎn)運(yùn)算，解決了浮點(diǎn)運(yùn)算速度問題。然而遺憾的是，在WinCE平臺國內(nèi)大多數(shù)公司只把此款高性能芯片作為普通的ARM9來用，沒有發(fā)揮其超強(qiáng)的計算能力。這樣，那些對實時計算要求嚴(yán)格的客戶不得不采用ARM+DSP架構(gòu)，這樣，不但提高了硬件成本，也提高了產(chǎn)品研發(fā)難度，英創(chuàng)公司的EM9000嵌入式主板解決了浮點(diǎn)運(yùn)算速度問題，其采用WinCE平臺，降低了開發(fā)難度。

EM9000嵌入式主板是英創(chuàng)繼承了英創(chuàng)公司長期服務(wù)于工控領(lǐng)域所形成的技術(shù)特色及產(chǎn)品風(fēng)格，采用高端的ARM9芯片EP9315，其顯著的特點(diǎn)是內(nèi)部集成Maverick Crunch數(shù)學(xué)協(xié)處理器，由于它采用硬件實現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，所以能明顯提高ARM的浮點(diǎn)運(yùn)算和數(shù)字信號處理能力。英創(chuàng)為了滿足對浮點(diǎn)運(yùn)算速度要求嚴(yán)格的客戶，替代ARM+DSP架構(gòu)嵌入式主板，經(jīng)過不斷的努力，使數(shù)學(xué)協(xié)處理器成功運(yùn)行在WinCE平臺，為即需要WinCE系統(tǒng)又需要高速的信號處理的客戶提供了新的高性價比的選擇。為了配合EM9000客戶在EVC或者VS開發(fā)平臺上運(yùn)用Maverick Crunch數(shù)學(xué)協(xié)處理器進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算和數(shù)字信號處理，特提供下列數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)。

下列函數(shù)經(jīng)過在EM9000平臺EVC開發(fā)環(huán)境下實際測試，在EM9000嵌入式主板上實際運(yùn)行，下列函數(shù)的運(yùn)行速度有3—5倍的提高。其中，數(shù)組乘加函數(shù)em_arraymultadd提高速度近9倍。需要強(qiáng)調(diào)的是，只有需要處理的數(shù)據(jù)是浮點(diǎn)型時，速度才會有提高。當(dāng)數(shù)據(jù)是整形時，無須調(diào)用下列函數(shù)。

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// 功能描述：計算浮點(diǎn)型變量source1與source2的和

// 輸入?yún)?shù)：float source1，float source2

// 返回值：source1與source2的和

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float em_add(float source1,float source2);

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// 功能描述：計算浮點(diǎn)型變量source1與source2的差

// 輸入?yún)?shù)：float source1，float source2

// 返回值： source1與source2的差

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float em_sub(float source1,float source2);

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// 功能描述：計算浮點(diǎn)型變量source1與source2的乘積

// 輸入?yún)?shù)：float source1，float source2

// 返回值： source1與source2的乘積

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float em_mult(float source1,float source2);

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// 注意：在進(jìn)行數(shù)組運(yùn)算時，請確保數(shù)組source1、數(shù)組source2和數(shù)組result為長度為nlen的等長數(shù)組。如果不滿足此條件，運(yùn)算結(jié)果是不可預(yù)知的。

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// 功能描述：數(shù)組source1與數(shù)組source2對應(yīng)相加，結(jié)果保存在數(shù)組result對應(yīng)位置處。

// 即：

// 輸入?yún)?shù)：數(shù)組source1的地址，數(shù)組source2的地址，nlen數(shù)組長度

// 輸出參數(shù)：數(shù)組result的地址

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void em_arrayadd(float *source1, float *source2,float *result,int nlen);

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// 功能描述：數(shù)組source1與數(shù)組source2對應(yīng)相減，結(jié)果保存在數(shù)組result對應(yīng)位置處。

// 即：

// 輸入?yún)?shù)：數(shù)組source1的地址，數(shù)組source2的地址，nlen數(shù)組長度

// 輸出參數(shù)：數(shù)組result

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void em_arraysub(float *source1, float *source2, float *result, int nlen);

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// 功能描述：數(shù)組source1與數(shù)組source2對應(yīng)相乘，結(jié)果保存在數(shù)組result對應(yīng)位置處。

// 即：

// 輸入?yún)?shù)：數(shù)組source1的地址，數(shù)組source2的地址，nlen數(shù)組長度

// 輸出參數(shù)：數(shù)組result

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void em_arraymult(float *source1,float *source2,float *result,int nLen);

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// 功能描述：數(shù)組source1與數(shù)組source2對應(yīng)相乘并相加的和。

// 即：

// 輸入?yún)?shù)：數(shù)組source1的地址，數(shù)組source2的地址，nlen數(shù)組長度

// 返回值 ：返回 數(shù)組source1與數(shù)組source2對應(yīng)相乘并相加的和。

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float em_arraymultadd(float *source1,float *source2, int nlen);

使用方法：

1、把em9000_crunch.lib和crunch.h文件拷貝到EVC或者VS工程目錄下，并在程序中包含crunch.h頭文件。

2、選擇 project—>setting出現(xiàn)下圖所示窗口，把em9000_crunch.lib添加到如下圖所示的位置。在程序中調(diào)用以上函數(shù)就可以了。

測試方法：

1、建立基于EM9000嵌入式主板開發(fā)環(huán)境，使開發(fā)板能夠與EVC聯(lián)合調(diào)試。具體步驟請參看英創(chuàng)公司提供的開發(fā)光盤。

2、建立基于EM9000的EVC項目工程。把下列測試代碼添加到主函數(shù)中：

iStartTime = GetTickCount(); // 運(yùn)算計時開始

for(n=0;n1000;n++)

arraymultaddresult=arraymultadd(arraya,arrayb,1024); // arraya,arrayb為長度1024的浮點(diǎn)型數(shù)組

iEndTime=GetTickCount(); // 函數(shù)運(yùn)行結(jié)束

time=iEndTime-iStartTime;

printf('the result of emulator arrayadd is %f arraymultadd elpses time is %d msn',arraymultaddresult,time);

iSartTime = GetTickCount();

for(n=0;n1000;n++)

multaddresult=em_arraymultadd(arraya,arrayb,1024);

iEndTime=GetTickCount();

time=iEndTime-iStartTime;

printf('the result of em_arraymultadd is %f em_arraymultadd elpse time is %d msn',multaddresult,time);

以上程序，在EM9000嵌入式主板上運(yùn)行的結(jié)果為：

arraymultadd elpses time is 919ms

em_arraymultadd elpses time is 104 ms

由以上的結(jié)果可以看出：用英創(chuàng)公司提供的函數(shù)，可以顯著提高浮點(diǎn)運(yùn)算速度。

目前英創(chuàng)公司提供的函數(shù)主要完成基本的浮點(diǎn)處理，我們將根據(jù)客戶的需要，不斷的完善浮點(diǎn)庫的功能，如FIR濾波等。同時客戶若需要專用的處理算法，也可與我們聯(lián)系有關(guān)實現(xiàn)專用浮點(diǎn)處理功能的事宜。