隨著微電子和嵌入式技術的蓬勃發展,基于高性能ARM理器的嵌入式工控機平臺,以其體積小、可靠性高、成本低等優點,克服了傳統工控機體積龐大、故障率高以及難以較長時間適應于工業控制惡劣環境等缺點,廣泛應用于工業控制領域。英創公司的嵌入式主板正是適應這樣的發展趨勢,迅速成長為嵌入式主板的主要供貨商之一。
嵌入式操作系統是嵌入式工控機系統的核心技術之一。WinCE(Windows CE)系統是Windows家族中的成員,專門為嵌入式設計的微內核操作系統。這樣的操作系統可使便攜式技術與現有的Windows桌面技術整合工作。它是一個搶先式多任務、多線程的并具有強大通信能力的32位嵌入式操作系統。
WinCE是實時性較強的嵌入式操作系統,與另一個實時性較好的操作系統——Linux相比,WinCE以更友好的圖形界面、開發門檻低等優點,在控制、通信、多媒體等領域得到廣泛的應用;同時,有Microsoft公司強大的技術開發支持做后盾,更有利于開發風險的化解,而Linux的開發更多的是依賴于程序員個人的經驗,從而提高了研發的門檻。
在嵌入式家族中,采用32位RISC架構的ARM微處理器以其體積小、功耗低、成本低、高性能等優點迅速占領了大部分市場。隨著國內嵌入式應用領域的發展,ARM芯片必然會獲得更廣泛的重視和應用。隨著ARM 芯片在通信、多媒體等數據處理速度要求高的領域的廣泛應用,對浮點運算的要求越來越高,高端的ARM芯片為了滿足這種要求,嵌入了數學協處理器。Cirrus Logic公司的EP9315就是這樣的芯片,其內部嵌入了Maverick Crunch數學協處理器,實現了硬件浮點運算,解決了浮點運算速度問題。然而遺憾的是,在WinCE平臺國內大多數公司只把此款高性能芯片作為普通的ARM9來用,沒有發揮其超強的計算能力。這樣,那些對實時計算要求嚴格的客戶不得不采用ARM+DSP架構,這樣,不但提高了硬件成本,也提高了產品研發難度,英創公司的EM9000嵌入式主板解決了浮點運算速度問題,其采用WinCE平臺,降低了開發難度。
EM9000嵌入式主板是英創繼承了英創公司長期服務于工控領域所形成的技術特色及產品風格,采用高端的ARM9芯片EP9315,其顯著的特點是內部集成Maverick Crunch數學協處理器,由于它采用硬件實現浮點運算,所以能明顯提高ARM的浮點運算和數字信號處理能力。英創為了滿足對浮點運算速度要求嚴格的客戶,替代ARM+DSP架構嵌入式主板,經過不斷的努力,使數學協處理器成功運行在WinCE平臺,為即需要WinCE系統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開發平臺上運用Maverick Crunch數學協處理器進行浮點運算和數字信號處理,特提供下列數學運算函數。
下列函數經過在EM9000平臺EVC開發環境下實際測試,在EM9000嵌入式主板上實際運行,下列函數的運行速度有3—5倍的提高。其中,數組乘加函數em_arraymultadd提高速度近9倍。需要強調的是,只有需要處理的數據是浮點型時,速度才會有提高。當數據是整形時,無須調用下列函數。
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// 功能描述:計算浮點型變量source1與source2的和
// 輸入參數: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:計算浮點型變量source1與source2的差
// 輸入參數: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:計算浮點型變量source1與source2的乘積
// 輸入參數: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:在進行數組運算時,請確保數組source1、數組source2和數組result為長度為nlen的等長數組。如果不滿足此條件,運算結果是不可預知的。
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// 功能描述:數組source1與數組source2對應相加,結果保存在數組result對應位置處。
// 即:
// 輸入參數:數組source1的地址,數組source2的地址,nlen數組長度
// 輸出參數:數組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:數組source1與數組source2對應相減,結果保存在數組result對應位置處。
// 即:
// 輸入參數:數組source1的地址,數組source2的地址,nlen數組長度
// 輸出參數:數組result
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void em_arraysub(float *source1, float *source2, float *result, int nlen);
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// 功能描述:數組source1與數組source2對應相乘,結果保存在數組result對應位置處。
// 即:
// 輸入參數:數組source1的地址,數組source2的地址,nlen數組長度
// 輸出參數:數組result
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void em_arraymult(float *source1,float *source2,float *result,int nLen);
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// 功能描述:數組source1與數組source2對應相乘并相加的和。
// 即:
// 輸入參數:數組source1的地址,數組source2的地址,nlen數組長度
// 返回值 :返回 數組source1與數組source2對應相乘并相加的和。
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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。在程序中調用以上函數就可以了。
測試方法:
1、建立基于EM9000嵌入式主板開發環境,使開發板能夠與EVC聯合調試。具體步驟請參看英創公司提供的開發光盤。
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中:
iStartTime = GetTickCount(); // 運算計時開始
for(n=0;n《1000;n++)
arraymultaddresult=arraymultadd(arraya,arrayb,1024); // arraya,arrayb為長度1024的浮點型數組
iEndTime=GetTickCount(); // 函數運行結束
time=iEndTime-iStartTime;
printf(‘the result of emulator arrayadd is %f arraymultadd elpses time is %d ms\n’,arraymultaddresult,time);
iSartTime = GetTickCount();
for(n=0;n《1000;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 ms\n’,multaddresult,time);
以上程序,在EM9000嵌入式主板上運行的結果為:
arraymultadd elpses time is 919ms
em_arraymultadd elpses time is 104 ms
由以上的結果可以看出:用英創公司提供的函數,可以顯著提高浮點運算速度。
目前英創公司提供的函數主要完成基本的浮點處理,我們將根據客戶的需要,不斷的完善浮點庫的功能,如FIR濾波等。同時客戶若需要專用的處理算法,也可與我們聯系有關實現專用浮點處理功能的事宜。
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