原创 ARM9硬件协处理器在WinCE嵌入式主板上的应用 -- 成都英创信息技术有限公司

文章来源:http://www.emtronix.com/article/article2008253.html

随着微电子和嵌入式技术的蓬勃发展，基于高性能ARM理器的嵌入式工控机平台，以其体积小、可靠性高、成本低等优点，克服了传统工控机体积庞大、故障率高以及难以较长时间适应于工业控制恶劣环境等缺点，广泛应用于工业控制领域。英创公司的嵌入式主板正是适应这样的发展趋势，迅速成长为嵌入式主板的主要供货商之一。

      嵌入式操作系统是嵌入式工控机系统的核心技术之一。WinCE(Windows CE)系统是Windows家族中的成员，专门为嵌入式设计的微内核操作系统。这样的操作系统可使便携式技术与现有的Windows桌面技术整合工作。它是一个抢先式多任务、多线程的并具有强大通信能力的32位嵌入式操作系统。

      WinCE是实时性较强的嵌入式操作系统，与另一个实时性较好的操作系统——Linux相比，WinCE以更友好的图形界面、开发门槛低等优点，在控制、通信、多媒体等领域得到广泛的应用；同时，有Microsoft公司强大的技术开发支持做后盾，更有利于开发风险的化解，而Linux的开发更多的是依赖于程序员个人的经验，从而提高了研发的门槛。

      在嵌入式家族中，采用32位RISC架构的ARM微处理器以其体积小、功耗低、成本低、高性能等优点迅速占领了大部分市场。随着国内嵌入式应用领域的发展,ARM芯片必然会获得更广泛的重视和应用。随着ARM 芯片在通信、多媒体等数据处理速度要求高的领域的广泛应用，对浮点运算的要求越来越高，高端的ARM芯片为了满足这种要求，嵌入了数学协处理器。Cirrus Logic公司的EP9315就是这样的芯片，其内部嵌入了Maverick Crunch数学协处理器，实现了硬件浮点运算，解决了浮点运算速度问题。然而遗憾的是，在WinCE平台国内大多数公司只把此款高性能芯片作为普通的ARM9来用，没有发挥其超强的计算能力。这样，那些对实时计算要求严格的客户不得不采用ARM+DSP架构，这样，不但提高了硬件成本，也提高了产品研发难度，英创公司的EM9000嵌入式主板解决了浮点运算速度问题，其采用WinCE平台，降低了开发难度。

      EM9000嵌入式主板是英创继承了英创公司长期服务于工控领域所形成的技术特色及产品风格，采用高端的ARM9芯片EP9315，其显著的特点是内部集成Maverick Crunch数学协处理器，由于它采用硬件实现浮点运算，所以能明显提高ARM的浮点运算和数字信号处理能力。英创为了满足对浮点运算速度要求严格的客户，替代ARM+DSP架构嵌入式主板，经过不断的努力，使数学协处理器成功运行在WinCE平台，为即需要WinCE系统又需要高速的信号处理的客户提供了新的高性价比的选择。为了配合EM9000客户在EVC或者VS开发平台上运用Maverick Crunch数学协处理器进行浮点运算和数字信号处理，特提供下列数学运算函数。

      下列函数经过在EM9000平台EVC开发环境下实际测试，在EM9000嵌入式主板上实际运行，下列函数的运行速度有3—5倍的提高。其中，数组乘加函数em_arraymultadd提高速度近9倍。需要强调的是，只有需要处理的数据是浮点型时，速度才会有提高。当数据是整形时，无须调用下列函数。

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

      //功能描述：计算浮点型变量source1与source2的和

      //输入参数：float source1，float source2

      //返回值：source1与source2的和

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      float em_add(float source1,float source2);

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：计算浮点型变量source1与source2的差

      //输入参数：float source1，float source2

      //返回值：  source1与source2的差

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      float em_sub(float source1,float source2);

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：计算浮点型变量source1与source2的乘积

      //输入参数：float source1，float source2

      //返回值：  source1与source2的乘积

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      float em_mult(float source1,float source2);

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //注意：在进行数组运算时，请确保数组source1、数组source2和数组result 
      //为长度为nlen的等长数组。如果不满足此条件，运算结果是不可预知的。

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：数组source1与数组source2对应相加，结果保存在数组result对应位置处。

      //          即：

      //输入参数：数组source1的地址，数组source2的地址，nlen数组长度

      //输出参数：数组result的地址

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

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

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：数组source1与数组source2对应相减，结果保存在数组result对应位置处。

      //          即：

      //输入参数：数组source1的地址，数组source2的地址，nlen数组长度

      //输出参数：数组result

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

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

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：数组source1与数组source2对应相乘，结果保存在数组result对应位置处。

                 即：

      //输入参数：数组source1的地址，数组source2的地址，nlen数组长度

      //输出参数：数组result 

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

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

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

      //功能描述：数组source1与数组source2对应相乘并相加的和。

      //         即：

      //输入参数：数组source1的地址，数组source2的地址，nlen数组长度

      //返回值  ：返回 数组source1与数组source2对应相乘并相加的和。

      ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

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

      1）把em9000_crunch.lib和crunch.h文件拷贝到EVC或者VS工程目录下，并在程序中包含crunch.h头文件。
      2）选择 project—>setting出现下图所示窗口，把em9000_crunch.lib添加到如下图所示的位置。在程序中调用以上函数就可以了。

      测试方法：

      1）建立基于EM9000嵌入式主板开发环境，使开发板能够与EVC联合调试。具体步骤请参看英创公司提供的开发光盘。
      2）建立基于EM9000的EVC项目工程。把下列测试代码添加到主函数中：

   iStartTime = GetTickCount();    //运算计时开始

   for(n=0;n<1000;n++) 

   {
          arraymultaddresult="arraymultadd"(arraya,arrayb,1024); //arraya,arrayb为长度
                                                                                                  // 1024的浮点型数组
    }

    iEndTime=GetTickCount();      //函数运行结束

    time=iEndTime-iStartTime;

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

   iStartTime = 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嵌入式主板上运行的结果为：

      arraymultadd elpses time is 919ms
      em_arraymultadd elpses time is 104 ms

      由以上的结果可以看出：用英创公司提供的函数，可以显著提高浮点运算速度。

      目前英创公司提供的函数主要完成基本的浮点处理，我们将根据客户的需要，不断的完善浮点库的功能，如FIR滤波等。同时客户若需要专用的处理算法，也可与我们联系有关实现专用浮点处理功能的事宜。

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