基于嵌入式WinCE 6.0 的脉冲/数据发生器软件设计

　　脉冲/数据发生器作为通用测试信号源，能够产生脉冲、群脉冲和数据三种类型的信号输出。参数连续可调的脉冲信号和大容量、多样化的数字信号，满足了高速数字设备中噪声容限的测试要求以及大型集成电路和射频系统的设计初期对激励信号源的需求。随着嵌入式技术的飞速发展以及广泛应用，利用嵌入式操作系统支持进行智能仪器设备开发正成为主流。Win CE系统是美国微软公司推出的一种32位嵌入式操作系统，可以实现实时、多任务、多线程操作，同时具备出色的图形用户界面。本文实现了一种以嵌入式WinCE 系统为支撑的脉冲/数据发生器应用软件设计。

　　1 系统设计方案

　　脉冲/数据发生器系统结构如图1所示，包括嵌入式系统、控制主板模块、触发模块、时钟模块以及模拟通道输出模块。整个系统中，各个模块按照一定作用互相支持，协调工作。

　　时钟模块能够产生系统所需的连续可调、高精度的时钟信号;触发模块用以接收外部触发信号，实现与外部电路的同步;模拟通道输出模块实现对前级产生的脉冲和数据信号的幅度、电平、沿的控制与调整;控制主板模块采用FPGA 来构建主控制逻辑系统，实现触发模式、时钟频率、脉冲产生和数据地址产生等相关控制。

　　嵌入式系统以及运行于其上的应用软件在整个系统结构中处于最前端。

　　通过仪器人机界面接收操作人员的指令并与后级的控制主板进行数据交换，最终由控制主板操控其后硬件模块完成用户指令，在模拟通道输出端得到相应的脉冲信号和串行数据信号。为了满足仪器设备实时性的要求，嵌入式操作系统选取WinCE 6.0,微处理器选择三星公司的S3C2440A,其内核为ARM920T,能够满足低价格、低功耗、高性能的需求。

　　2 人机界面开发软件集成开发环境选取微软公司提供的VisualStudio 2005.用于定制系统的Platform Builder for CE6.0 被作为插件集成到Visual Studio 2005 中，这样定制操作系统和开发应用程序都在同一开发环境下，避免频繁切换开发环境的麻烦。在完成WinCE 操作系统的定制、导出软件开发包SDK之后，便可以进行驱动程序和应用程序的开发[4].脉冲发生器作为现代电子测量仪器，其软件开发包含两部分：界面设计以及功能设计。

　　界面是人机之间信息传递的桥梁，是仪器的重要组成部分。界面设计需要完成简洁、友好的人机界面，用户通过操作界面完成对仪器的控制。人机界面软件流程如图2所示。功能设计则是建立在硬件模块的基础之上，围绕硬件模块分别实现仪器系统各个功能。

　　系统启动后，软件开机自动运行，首先进行开机自检，确认仪器各个硬件设备是否工作正常。然后主线程启动，进行初始化工作，依次初始化所有工程变量，创建并初始化所有页面为最近一次关机前的状态。接着进入消息循环和建立错误信息报告循环。程序不断检测错误消息队列看是否有错误发生，一旦发现错误消息队列有错误需要响应时，依次读取并处理错误消息报告，转而执行相应的功能。比如用户操作错误时，错误信息显示就会弹出，提示用户正确的操作方法，直至用户操作正确。如果有键盘消息到达，则通过主线程交给相应的各个页面去响应控件消息，达到与仪器操作人员进行信息交互的目的。整个人机界面设计基于CFormView类。键盘信息处理等模块被设计成动态链接库的形式，既节省了系统资源，同时也便于程序以后的维护和升级。

　　3 数据传输的实现

　　数据传输的功能为实现脉冲/信号发生器上层应用软件和底层硬件系统之间的数据通信。嵌入式WinCE6.0 操作系统通过对控制主板模块进行操作，最终实现对各个硬件的控制。ARM 的GPIO 口操作可以实现此功能需求。S3C2440A 提供了130个通用IO 口。

　　GPIO 操作主要由端口配置寄存器GPXCON、端口数据寄存器GPXDAT、设置接口上拉电阻寄存器GPXUP(其中X表示对应的GPA到GPJ端口)等寄存器来实现。

　　在WinCE 6.0 系统下，将GPIO 的实地址(例如S3C2440A 的GPIO 的基地址为0X56000000)映射到虚拟地址空间(对应为0XB1600000)，通过对这段虚拟地址空间的操作，就能够完成对GPIO或者其他片内资源的控制、输入输出工作。在编程中需要使用到两个关键函数VirtualAlloc 和VirtualCopy.首先通过VirtualAlloc来获得一段虚拟地址空间的分配，然后VirtualCopy将一个虚拟地址绑定到一个物理地址上，从而实现对物理硬件的访问。为了增强系统的安全性和稳定性，WinCE 6.0加强了对虚拟地址访问的限制，驱动被放到内核空间下，使得WinCE6.0在应用程序中不能再直接对物理地址进行操作。虽然在上层应用程序中无法调用Virtu-alAlloc和VirtualCopy,但是可以在内核态下编写驱动程序，通过Virtu