A-Design-of-Embedded-Terminal-Unit-Based-on-ARM-and-Windows-CE一种基于ARM和-Windows嵌入式终端的设计

PAGE8一种基于ARM和WindowsCE的嵌入式终端的设计JiangMin(CollegeofElectronicsandInformationEngineering,TongjiUniversity,Shanghai-China201804China)摘要：基于ARM的嵌入式系统已广泛应用于许多不同的领域。WindowsCE是一个运行于32位嵌入式处理器上的实时，多任务操作系统。本文介绍了WindowsCE嵌入式操作系统，以及如何为嵌入于ARM9微处理器S3C2410中的WindowsCE操作系统搭建开发平台和WindowsCE的嵌入式应用设计。基于ARM微处理器和WindowsCE操作系统，采用RS-232串行端口和ZigBee无线数据通讯模块，设计了一个具有友好用户界面的ZigBee无线网络定位系统终端。它可以实现的功能包括：信息和数据的接收，储存，处理和显示，具有高性能，低成本，低功耗的优势，是网络定位系统的一个重要组成部分。关键词：ARM微处理器，WindowsCE，嵌入式，ZigBee，定位系统1简介中国煤矿事故频发。如果井下矿工定位成真，我们可以使用区域定位技术掌握矿工位置。连接传感器的设备伴随着矿工，并给予实时报告这个区域内瓦斯浓度或其他相关信息，这将有助于降低事故的发生。随着信息技术的发展，ZigBee成为一种具有近距离优势，低复杂度，低功耗和低成本的新一代无线网络。它适用于智能家居，安全保护和测试系统。随着电子技术的发展，芯片制造成本降低，功能增强，因此，嵌入式微处理器已成为嵌入式系统设计的主流。然而，仅仅靠嵌入式微处理器是不够的，还需要一个基于微处理器的嵌入式操作系统平台。嵌入式操作系统具有可移植性，可以运行在不同的微处理器上，具有很小的内核开支，高效率，高度的模块化和扩展性。它能提供多任务，多进程，多线程和支持各种设备，网络，用户接口。本设计是基于32位ARM9微处理器和WindowsCE嵌入式操作系统的ZigBee网络定位系统终端设备。2功能概述定位系统包括一个无线主干网络和移动目标，以及加上不同的定位算法。根据实际环境位置，ZigBee无线定位系统采用ZigBee模块组成一个网络。网络中的参考节点接收来自目标节点的信息（如RSSILQI）并传送到中央控制机制处理。移动目标使用ZigBee模块的便携式移动设备。可连接传感器形成可测量和可识别的移动设备。可使用IEEE802.15.4无线传输协议去控制模块休眠和唤醒过程。当目标移动时，动态位置估计值会波动。这个波动是由固定节点的RSSI或LQI的不规则变化造成的。该原因可能是相同频带内的噪声，或者是临近物体的无线电波干扰，或者是突然改变天线的方向。由于随机性，它是不容易完全消除的，但我们可以用合适的算法去减小估计值的波动。通过合适的校准和测量，可以减小测量误差。图1显示了本设计的基本结构，在32位ARM9微处理器上运行WindowsCE。嵌入式微处理器通过RS-232协议与ZigBee模块通信和控制液晶触摸屏用户界面。图1系统结构3硬件介绍A.ZigBee的模块简介Helicomm无线模块，采用8位SiliconLaboratory8051和FreescaleSCM作为两个主轴，与Chipcon、Freescale、ZMD和其他公司的IEEE802.15.4射频芯片相结合。这是一个完整的传感器网络嵌入式模块集成了传输，通信和检测多种功能。SCM管理栈、基本控制和监测功能，而射频芯片主要根据IEEE标准提供无线通信接口。IPLink122X系列模块集成了IEEE标准802.15.4射频收发器和SiliconLab's8051微处理器。它有许多种天线连接方式和通讯距离选择。我们可以建立星状、树状或网状网络模型。模块中嵌入了ZigBee-ReadyIP-Net软件协议具有串行通信功能，通过跳线允许RS232/RS485数据流传输，从而提高数据可靠性和增大传输区域。选择IP-Link1220模块组成的ZigBee网络，模块结构如图2所示。图2IP-Link1220模块结构B.ARM开发板简介QT2410E主要由三星S3C2410的32位微控制器（ARM920T为核心）和3.5的TFT-LCD触摸屏。它有2片32M的SDRAM，1片64M的NANDFlash，整体性能的MMU，16KB指令缓存和16KB数据缓存，具有高性能，低功耗，低成本，小尺寸的优势。此外，它具有1个USB主机，1个USB设备和3个串行端口。一个由CS8900A扩展的10Mbps以太网端口，该系统可以访问互联网。它可应用于便携式智能终端，人机交互等领域。C.ARM与ZigBee模块的接口在ARM微处理器和ZigBee模块之间建立串行通讯。通过无线传输模式，RS-232串行端口可以在设备之间实现多点对多点，一点对多点的数据传输。NW-RS232是一个标准9针（DB9）的RS-232，接口定义如图3所示。图3RS-232接口定义NW-RS232应用与点对点和多点通信场合，例如这些应用：DTE和DCE之间;DTE和DTE之间;许多的DTE之间；一个DCE和多个DTE之间，以及一个DTE和多个DCE之间的通信，通过AT命令设置自身节点和目标节点。4软件设计A.WindowsCE嵌入式操作系统WindowsCE（WinCE）是一个32位处理器的多任务和实时嵌入式操作系统。它结构紧凑，高效，可剪裁，适用于硬件资源受限的系统。从系统的角度来看，WinCE不仅仅是一个操作系统，还包括设备支持，系统开发工具，应用程序开发工具，集成应用程序等。一个WinCE系统可分为四个层次：硬件，硬件支持，操作系统和应用软件。硬件层包括微处理器和所有外围设备。硬件支持层（BSP）提供硬件和操作系统之间的接口。操作系统层通过BSP包提供的API（应用程序编程接口）来访问硬件。WinCE操作系统组件可以以最佳的性能进行定制。应用程序层是为用户开发嵌入式系统应用程序的。WinCE上具有良好的实时性，高可靠性，开放性和良好的人机界面。基于WinCE的嵌入式系统提供统一和可扩展的解决方案。将特殊的硬件耐久性和PC机的灵活性统一在了一起。首先，搭建WinCE平台。根据硬件配置、安装和设备驱动定制WinCE。然后基于目标硬件产生操作系统映像文件。通过网卡，串行或并行端口，可以将映射文件下载到目标硬件设备中。搭建过程如图4所示。图4WindowsCE平台的搭建WinCE平台建立后，该软件开发工具包（SDK）应为应用程序的开发提供支持，包括WinCE的组件。我们选择PlatformBuilder4.2为操作系统配置、编译、创建SDK和引入微软嵌入式VisualC++4.0，同时提供工具来测试和修改应用程序。B.应用设计该设备的主要功能包括：（1）显示矿井道路地图，与ZigBee模块通讯，通过定位算法显示节点（矿工）。（2）在用户界面上选择目标节点进行观察。（3）数据交互和实时更新信息。该设计主要包括RS-232与ZigBee模块串行通信和用户界面。下面简要介绍在eMbeddedVisualC++4.0软件上的应用程序开发。1）串行通信在WinCE中，串口的读写任务是通过文件读写功能来完成的。hSer=CreateFile(TEXT("COM1:"),GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL);//返回一个文件句柄例如关闭一个文件句柄,使用CloseHandle(hSer)来关闭一个串口.//从串口读数据rc=ReadFile(hSer,&ch,1,&cBytes,NULL);//写一个数据到串口rc=WriteFile(hSer,&ch,1,&cBytes,NULL);//设置串口BOOLSetCommState(HANDLEhFile,LPDCBlpDCB);BOOLGetCommState(HANDLEhFile,LPDCBlpDCB);//hFile是一个打开的串口句柄,lpDCB是一个指向结构体DCB的指针typedefstruct_DCB{DWORDDCBlength;//结构体的大小DWORDBaudRate;//波特率}DCBDCB是一个结构体，包含许多串口参数。一般地,首先通过GetCommState()填充DCB结构体，修改一些参数，然后通过SetCommState()配置.。SetCommMask(hSer,EV_RXCHAR|EV_CTS|EV_DSR|EV_RLSD);While(hSer!=INVAIDE_HANDLE_VALUE){WaitCommEvent(hSer,&dwCommModemState,0)//等待事件if(dwCommModemState&EV_RXCHAR)//获得数据放入缓存{while(dwBytes==1)ReadFile(hSer,&Byte,1,&dwBytes,0);}}2）用户界面设计一个简单的对话框作为节点选择和信息显示，添加控件如复选框，编辑框，如图5所示。通过BN_CLICKED消息来选择节点，在编辑框中观察节点位置和显示信息。图5信息选择对话框选择节点并按“OK”确认，然后矿山地图上会显示节点的位置。打开位图，显示视图如下。//InOnDraw(CDC*pDC)function{CBmpseeDoc*pDoc=GetDocument();BITMAPBitMap;CDCDCMem;ASSERT_VALID(pDoc);if(!pDoc->GetHandle())return;//创建记忆器件DCMem.CreateCompatibleDC(pDC);pDoc->SelectBitmap(&DCMem);pDoc->GetBitmap(&BitMap);//复制位图到显示器件pDC->BitBlt(0,0,BitMap.bmWidth,BitMap.bmHeight,&DCMem,0,0,SRCCOPY)pDoc->SelectOldBitmap(&DCMem);//在地图上画节点pDC->SelectObject(&RedBrush);pDC->Rectangle(&mrect);}UpdatedatabytimersON_WM_TIMERSetTimer(1,1000,NULL);//打开定时器1InOnTimer(UINTnIDEvent)function:{CScrollView::OnTimer(nIDEvent);//及时恢复数据Invalidate();//恢复屏幕}5总结本文介绍了一种ZigBee网络定位系统终端设备的设计方案和实施方式。它基于ARM9微处理器和WindowsCE嵌入式操作系统。使用带有S3C2410（ARM920T为核心）微处理器的QT2410E开发套件，具有高性能、低功耗和低成本的特性。在WinCE下，我们实现了ARM和ZigBee模块之间的串行通信，开发了用户界面应用程序。该软件设计规范，有序和实时。凭借友好的用户界面，简单的操作，良好的互动，在ZigBee网络定位系统中这将成为一个有用的便携式终端。参考文献[1]XuanLin,HuChen.Designandimplementationofanalogdisplayonanembeddedplatform,ChineseJournalofElectronDevices,EditorialDeptoftheChineseJ.ElectronDevices,China.vol.29,No.2,pp447-450,June2006.[2]DouglasBoling.ProgrammingMicrosoftWindowsCE.NET,3rded,Washington.MicrosoftPress.2003.[3]An-HsiangWang,Yueh-YuanLai,Cheng-TungSun.EffectsofPalmandWinCEmenu-designforPDAonusers'operatingper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