基于ARM10和Windows CE.net的數據采集系統與方法

擴展板采用FPGA控制的硬件電路 ，模擬開關采用AD公司的AD7506，可實現16通道數據采集。A/D轉換芯片采用AD公司的AD574，單片高速12位逐次比較型A/D轉換器，內置雙極性電路構成的混合集成轉換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器。在本模塊中采用FPGA來控制電路，可將原來由嵌入式軟件執行的功能轉移到硬件上，可降低嵌入式軟件的復雜程度，減少軟件的執行時間，增強系統的實時性能[2]。

4．軟件

軟件部分分為FPGA控制程序和PXA255 兩部分，FPGA用VHDL來設計，基于PXA255的軟件設計主要任務有數據采集的驅動程序，操作系統的移植以及界面顯示與上位機的通信。

4．1 嵌入式操作系統

4.1.1 Windows CE.net 簡介

Windows CE是微軟公司推出的一個面向嵌入式應用的通用操作系統。Windows CE.net的出現，極大改善了它的實時性能和通信能力， 為其進入工業控制領域奠定了基礎。Windows CE.net 具備多任務、實時性、模塊化及可伸縮性、強大的通信能力等特點。在實時能力上，它的設計目標可以滿足95%的硬實時系統的要求。1ms定時周期的誤差約為 100μs，在200MHz的X86系統下可達50μs[1]。實時能力的另一個重要指標是中斷延時，在Windows CE.net中，采用ISR處理延時較短，IST延時較長，但仍能保證不超過100μs。另外由于Windows的傳統優勢，多數人熟悉windows系統，使用戶可以更容易的操作基于Windows CE的產品，同時，對于熟悉windows編程的產品軟件開發人員也比較容易進行應用開發。

4.1.2 Windows CE.net 平臺創建

Windows CE.net為開發人員提供了一個不錯的集成開發環境：Platform Builder，開發人員可以使用它根據提示完成操作系統鏡像的定制、編譯與調試工作，并可在此環境中進行應用軟件、驅動程序的開發。在目標設備上創建 Windows CE.net平臺，首先根據目標設備的硬件配置及需要，對Windows CE.net進行基本定制，開發并安裝驅動程序，增加必要的特性，生成鏡像文件，通過JTAG將bootloader寫入flash后，通過網卡將鏡像文件下載到目標設備中，進行調試。同時要導出SDK，以備后面用EVC開發應用程序。

4.2數據采集驅動程序

在數據采集中，主要是對外部I//O口的訪問， Wince的BSP一般都實現了WRITE_PORT_UCHAR和READ_PORT_UCHAR 函數。訪問方式采用中斷方式。WinCE把中斷處理分為兩部分中斷服務例行程序ISR和中斷服務線程，用戶的中斷處理主要在IST中完成。這里采用基于中斷方式的非標準驅動，要實現兩個步驟：編寫中斷服務線程IST和注冊中斷服務線程。中斷信號由FIFO經FPGA不斷產生，每發生一次中斷，運行在核心態的中斷服務例行程序就調用一次IST。

5.結語

目前，在高層建筑和橋梁等大體積混凝土應用場合，溫度測量還受單片機性能的限制。本文作者創新點是采用高性能PXA255處理器與FPGA相結合，運行多線程多任務Windows ce.net操作系統，應用于大體積混凝土的溫度監測中，改善了應用單片機存在的不足，提高了實時性，提高了施工的安全性。利用移動通信公司的GPRS網絡作為通信通道，具有高速、可靠、運營費用低、維護費用少等優點，實現遠程監控和網絡化管理。隨著計算機技術和網絡技術的發展，嵌入式微處理器的性能的提高，嵌入式系統將在工業控制領域得到更廣泛的應用。

參考文獻：

[1] 周毓林，寧楊，陸貴強，付林林. Windows CE.net 內核定制及應用開發.電子工業出版社：2005.2，3~19。

[2] F. Thomas, M.M. Nayak, S. Udupa, J.K. Kishore, V.K. Agrawal. A hardware/software codesign for improved data acquisition in a processor based embedded system. Microprocessors and Microsystems: 24 (2000) 129~134.

[3].深圳億道電子有限公司. XSBase255 WINCE使用手冊V2.1

[4].Intel. http://www.intel.com/design/pca/prodbref/252780.htm[EB/OL]

[5].鄧成中，黃維公，萬松峰.基于嵌入式ARM WinCE的小型監控系統的設計.微計算機信息，21（8-2）：47~49.