DVD刻錄時(shí)代的到來(lái)似乎也很猛，看看今年DVD刻錄機(jī)的價(jià)格，真是感慨其向平民普及的決心與速度。
DVD刻錄時(shí)代，一直有三股力量在相互抗衡著，它們就是DVD-RAM、DVD-R/RW、DVD+R/RW。一時(shí)間，用戶似乎摸不著頭腦，但很快的，就像VHS與BETA一樣，局勢(shì)也逐漸明朗了一些。DVD-RAM的高可靠性、高尋址能力再加上極差的兼容性，使其得到了專(zhuān)業(yè)用戶的賞識(shí)，而DVD±R/RW則以出色的與傳統(tǒng)DVD和兼容能力贏得了普通大眾的歡迎。
DVD±R/RW之間可以說(shuō)半斤八兩，在普遍應(yīng)用的級(jí)別上，兩者很難分出個(gè)好與壞，但DVD-R/RW比后者先行。雖然DVD+R/RW的能力在誕生之日起就很強(qiáng)，但業(yè)界仍然要尊重前輩（確切地說(shuō)是其開(kāi)創(chuàng)下來(lái)的市場(chǎng)），而且在某些方面，DVD-R/RW還是要比DVD+R/RW強(qiáng)的，不信你就試試在影碟機(jī)上的兼容性，即使用上了BookType，仍然不會(huì)比前輩出色。所以，DVD論壇（DVD-R/RW的養(yǎng)父母）與DVD+RW聯(lián)盟（DVD+R/RW的創(chuàng)造者）如今都在重視著對(duì)方，雖然前者一直不允許后者使用DVD的Logo，雖然后者也一直在攻擊前者的能力低下……事實(shí)上，DVD-R/RW的確有些落后了，DVD論壇的臃腫的機(jī)構(gòu)設(shè)置阻礙了DVD-R/RW速度規(guī)格的提升。雖然業(yè)界的廠商已經(jīng)推出了16X DVD-R的試制品，但官方的8X標(biāo)準(zhǔn)才剛剛獲得通過(guò)，而那邊1-16X的DVD+R以及雙層DVD+R標(biāo)準(zhǔn)（1.29版）已經(jīng)發(fā)布好一個(gè)月了（5月28日發(fā)布），驅(qū)動(dòng)器都也已經(jīng)整裝待發(fā)，準(zhǔn)備大規(guī)模上市。
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現(xiàn)在已經(jīng)很難找到?jīng)]有上面兩個(gè)標(biāo)志的DVD刻錄機(jī)了
但畢竟雙方在市場(chǎng)上的勢(shì)力是相當(dāng)?shù)模杂羞h(yuǎn)見(jiàn)的廠商率先跨越兩大家族推出了DVD-Dual產(chǎn)品，這個(gè)集合了DVD±R/RW的規(guī)格讓用戶不再煩惱。而與DVD-Dual同時(shí)面世的DVD-Multi格式，則很少有人去問(wèn)津，因?yàn)槟抢镉袀(gè)DVD-RAM，普通用戶一聽(tīng)到這個(gè)名字可能轉(zhuǎn)身就走了。嗯，因?yàn)镈VD-RAM對(duì)傳統(tǒng)DVD不太友善（兼容性），也導(dǎo)致了用戶對(duì)它的不太友善，這又能怪誰(shuí)呢？
然而，仍有更大野心的廠商希望能統(tǒng)一產(chǎn)品層面上的標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)這么做的原因也在于現(xiàn)在還真的不好說(shuō)哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)真的會(huì)走向滅亡，因此最省事的方法就是全部支持，從而誕生了DVD-SuperMulti這樣一個(gè)與DVD-Dual一樣的，沒(méi)有官方支持的一個(gè)業(yè)界規(guī)格。這也就是我今天要談?wù)摰闹鹘恰?/font>
DVD-SuperMulti=（DVD-Dual）+（DVD-RAM）
雖然題目是講DVD-SuperMulti，但為什么在前面仍要介紹DVD±R/RW呢？那是因?yàn)橐獜?qiáng)調(diào)它們的存在，從而也反過(guò)來(lái)為DVD-SuperMulti做一個(gè)鋪墊。
DVD-SuperMulti實(shí)現(xiàn)了三大DVD刻錄規(guī)格的統(tǒng)一
很多人一提起DVD-Multi或DVD-SuperMulti就會(huì)與DVD-RAM等同起來(lái)。不錯(cuò)，對(duì)DVD-RAM的支持是它們的一大特色，但它不僅僅是DVD-RAM。如今，DVD論壇所推廣的DVD-Multi其實(shí)已經(jīng)是空架子一個(gè)，沒(méi)有廠商繼續(xù)推出這一規(guī)格的產(chǎn)品，就連最堅(jiān)定的支持者日本松下公司也投向了SuperMulti的懷抱，所以不提也罷。而以SuperMulti為例，我們絕不能忽視其仍然支持DVD±R/RW的事實(shí)，不能將DVD-RAM的光芒罩在其上。在筆者的眼中，DVD-SuperMulti就等于DVD-Dual與DVD-RAM的結(jié)合體。DVD-RAM是額外的贈(zèng)予而不是當(dāng)今市場(chǎng)的主角，如果愿意，你完全可以忽略它的存在，但當(dāng)你覺(jué)得需要DVD-RAM時(shí)，DVD-SuperMulti就是目前唯一的解決方案——道理就是這么的簡(jiǎn)單。
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Z-RAM最初作為全球成本最低的嵌入式內(nèi)存技術(shù)而應(yīng)用于邏輯芯片，如移動(dòng)芯片組、微處理器、網(wǎng)絡(luò)和其他消費(fèi)應(yīng)用。2005年12月AMD首次獲得該項(xiàng)技術(shù)授權(quán)，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于微處理器設(shè)計(jì)。目前此次與Hynix的合作，使Z-RAM成為超過(guò)300億美元的存儲(chǔ)器市場(chǎng)中成本最低的存儲(chǔ)器技術(shù)。
“Z-RAM保證提供一種在納米工藝上制造高密度DRAM的最佳方法，”海力士研發(fā)部副總裁Sung-JooHong說(shuō)。“以ISi的 Z-RAM創(chuàng)新為基礎(chǔ)，我們看到了開(kāi)創(chuàng)全新產(chǎn)品平臺(tái)的潛力，這將幫助我們繼續(xù)保持和擴(kuò)展在存儲(chǔ)器市場(chǎng)中所處的領(lǐng)先地位。”
“海力士決定與ISi的合作是對(duì)我們Z-RAM存儲(chǔ)技術(shù)的實(shí)力和商業(yè)效益的進(jìn)一步肯定，尤其是海力士是存儲(chǔ)器芯片市場(chǎng)的主導(dǎo)者，它的產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于多種電子設(shè)備中，如個(gè)人電腦、服務(wù)器、工作站、顯卡以及手持設(shè)備，如手機(jī)、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)等，”ISi首席執(zhí)行官M(fèi)ark-EricJones說(shuō)。“采用ISi的Z-RAM技術(shù)制成的存儲(chǔ)器芯片尺寸更小，成本更低。我們期待著與海力士在下一代DRAM芯片中的合作，從而為最終用戶帶來(lái)極大的性能和可用性方面的優(yōu)勢(shì)。”
ISi營(yíng)銷(xiāo)副總裁JeffLewis說(shuō)：“我們相信這是ISi和Hynix的重要里程碑。Z-RAM將對(duì)DRAM的設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。由于2006年DRAM產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品銷(xiāo)售超過(guò)330億美元，這樣的發(fā)展將顯著地影響到整個(gè)電子行業(yè)。”
ISi的Z-RAM與目前標(biāo)準(zhǔn)DRAM和SRAM（靜態(tài)存儲(chǔ)器）方案不同，因?yàn)槠鋯尉w管(1T)位單元結(jié)構(gòu)是全球最小的存儲(chǔ)單元，這使其成為全世界密度最高、成本最低的半導(dǎo)體存儲(chǔ)方案。通過(guò)采用絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(SOI)晶圓，Z-RAM的單晶體管存儲(chǔ)位單元可利用電路制造中發(fā)現(xiàn)的浮體效應(yīng)(FBE）而變成現(xiàn)實(shí)。此外，因?yàn)閆-RAM是利用了SOI自然產(chǎn)生的效應(yīng)，在存儲(chǔ)位單元內(nèi)無(wú)須通過(guò)改變外在工藝來(lái)構(gòu)建電容或其它復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
]]>目前汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)引入了兩項(xiàng)主要的創(chuàng)新技術(shù)。第一，新型的安全氣囊系統(tǒng)增加了“智能性”：不同于以往系統(tǒng)一律采用最大的展開(kāi)力。仿佛所有的事故和乘客都是一模一樣的，新系統(tǒng)是根據(jù)事故和乘客的具體參數(shù)來(lái)決定氣囊的展開(kāi)力度。這些參數(shù)可能包括碰撞的嚴(yán)重程度、乘客的體重和座椅相對(duì)氣囊的位置等。這種可變的展開(kāi)力將會(huì)大受那些曾有過(guò)普通安全氣囊沖擊而造成不愉快經(jīng)驗(yàn)人士的歡迎。智能型氣囊還能識(shí)別乘客座椅是否空置，以決定需不需要使用乘客安全氣囊。考慮到每輛車(chē)的安全氣囊數(shù)目正在增多加上即使發(fā)生小事故也必需更換的成本支出，這種創(chuàng)新的技術(shù)將有助于用戶省下相當(dāng)可觀的維修和保險(xiǎn)成本。
第二，越來(lái)越多的車(chē)輛安裝了事故數(shù)據(jù)記錄儀(EDR)，用來(lái)收集碰撞相關(guān)的信息，類(lèi)似于飛機(jī)“黑匣子”。EDR功能一般被包含在安全氣囊電子控制單元(ECU)中。這樣置配很自然，因?yàn)镋DR沒(méi)有飛機(jī)黑匣子的那種存活性要求，安全氣囊控制器主要是接收各個(gè)重要傳感器的輸入信息。而車(chē)輛制造商也指出沒(méi)有空間安裝獨(dú)立式的EDR。
這兩種安全氣囊存儲(chǔ)應(yīng)用對(duì)存儲(chǔ)器的要求都相當(dāng)高，但彼此差異很大。鑒于在嚴(yán)重的事故中，系統(tǒng)很有可能掉電，因此都需要非易失性存儲(chǔ)器。事故重建意味著事故前后的相關(guān)數(shù)據(jù)必須存儲(chǔ)在系統(tǒng)可寫(xiě)入的可靠的非易失性存儲(chǔ)器中。
在“智能安全氣囊”系統(tǒng)上ECU設(shè)計(jì)人員希望針對(duì)具體的事故采用合適的展開(kāi)力。這就不僅需要加速度信息同時(shí)也需要乘客信息。新型的智能安全氣囊系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器有獨(dú)特的要求，即需要把直到事故發(fā)生前的乘客信息都記錄下來(lái)，其中包括座椅位置和乘客體重。為了在事故之前能夠獲得有關(guān)乘客情況的可靠記錄，就必需連續(xù)存儲(chǔ)信息。送往安全氣囊ECU的參數(shù)數(shù)據(jù)是由車(chē)輛內(nèi)部的加速度傳感器和傳感器產(chǎn)生的。這種連續(xù)存儲(chǔ)需要能夠遠(yuǎn)比傳統(tǒng)閃存寫(xiě)入更頻繁的存儲(chǔ)技術(shù)。
EDR技術(shù)的關(guān)鍵在于所需的數(shù)據(jù)量及存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。新的規(guī)范將大大擴(kuò)展需要采集的數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，極有可能出現(xiàn)掉電情況。對(duì)于這種情況，EDR系統(tǒng)必須趕在系統(tǒng)電源失去之前把數(shù)據(jù)保存下來(lái)。事故中，供電可能會(huì)突然失去，而傳統(tǒng)的非易失性存儲(chǔ)解決方案需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)對(duì)新信息進(jìn)行寫(xiě)入。
非易失性鐵電存儲(chǔ)器(F-RAM)便提供了能解決上述需求的技術(shù)能力。它和其它非易失性方案一樣都能提供可靠的非易失性存儲(chǔ)能力，特別出眾之處在于它的可擦寫(xiě)次數(shù)非常多，寫(xiě)入速度也極快。
安全氣囊應(yīng)用中最常選用帶有串行外設(shè)接口(SPI)的5V工作電壓F-RAM存儲(chǔ)器。這些器件可以在很高的總線接口速度下進(jìn)行寫(xiě)操作，具有超過(guò)1萬(wàn)億次(1后面12個(gè)零！)的擦寫(xiě)次數(shù)，足以讓智能安全氣囊連續(xù)寫(xiě)入，以提供無(wú)縫的乘客數(shù)據(jù)記錄。串行速度可以從5MHz到20MHz間的F-RAM且無(wú)延遲寫(xiě)操作能夠讓主處理器盡可能快地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，幾乎沒(méi)有信息丟失的風(fēng)險(xiǎn)。F-RAM具備的非易失性特點(diǎn)、無(wú)限的擦寫(xiě)次數(shù)，以及快速數(shù)據(jù)寫(xiě)入能力，是下一代安全氣囊系統(tǒng)的理想存儲(chǔ)器。
以前汽車(chē)應(yīng)用中所用的主要非易失性存儲(chǔ)技術(shù)是浮柵器件，如EEprom或閃存。浮柵器件通過(guò)一層SiO2薄膜把多晶硅柵與溝道隔離開(kāi)來(lái)。要對(duì)器件進(jìn)行編程，需在控制柵上產(chǎn)生很高的電壓，使得電子可獲得足夠的動(dòng)能，穿透隔離層，將電子(N溝道器件)加速到源極。(見(jiàn)圖1)。
圖1
溝道中形成了一個(gè)耗盡區(qū)，這樣，在特定的柵極電壓下，已被編程的部分被置于“off(較高阻抗)”，而沒(méi)有被編程或沒(méi)有被擦寫(xiě)的器件為“on(較低阻抗)”。
隨著汽車(chē)設(shè)計(jì)要求的復(fù)雜性日益增加，浮柵存儲(chǔ)技術(shù)的局限性越來(lái)越明顯。例如，它的編程處理需要數(shù)毫秒ms時(shí)間，這對(duì)高安全性的應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)是非常長(zhǎng)的時(shí)間了。在碰撞事件中，電源迅速丟失，幾乎沒(méi)有信息能夠及時(shí)保存到浮柵器件中。
編程處理還對(duì)隔離層具有破壞性，因此這類(lèi)器件的擦寫(xiě)次數(shù)很有限，一般在10萬(wàn)次到100萬(wàn)次之間。就乘客傳感器而言，數(shù)據(jù)更新的次數(shù)即使是對(duì)上限100萬(wàn)次來(lái)說(shuō)也太頻繁了。對(duì)于一般的每秒一次的寫(xiě)入速度要求，浮柵器件使用不到12天中就會(huì)達(dá)到使用壽命。若是把數(shù)據(jù)緩沖到RAM中，在斷電時(shí)再寫(xiě)入到浮柵非易失性存儲(chǔ)器中，又會(huì)在EDR中產(chǎn)生寫(xiě)入速度問(wèn)題，因此并非真正有效的解決方案。
在智能安全氣囊系統(tǒng)中，不僅必需存儲(chǔ)碰撞事故中的數(shù)據(jù)，還需要存儲(chǔ)事故發(fā)生前的數(shù)據(jù)。利用滾動(dòng)日志來(lái)存儲(chǔ)碰撞前的數(shù)據(jù)是很理想的方法，但對(duì)浮柵存儲(chǔ)器件而言，這種解決方案已證實(shí)存在問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兊牟翆?xiě)次數(shù)有限。由于安全氣囊模塊具有很大的電容，以便存儲(chǔ)足夠的能量來(lái)激活安全氣囊，故在事故發(fā)生之后可能有足夠的殘余電量把緩沖器中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到非易失性存儲(chǔ)器中。能夠?qū)懭氲臄?shù)據(jù)量取決于尚可用的電量，也即電容中的殘余能量和存儲(chǔ)器的寫(xiě)入速度。典型2Kbyte浮柵存儲(chǔ)器的寫(xiě)入速度可以達(dá)到約每5us寫(xiě)入4字節(jié)。故而，要寫(xiě)入整個(gè)浮柵存儲(chǔ)器可能需要1秒多的時(shí)間。
F-RAM能夠提供極高的擦寫(xiě)次數(shù)和速度，有效解決了上述問(wèn)題。Ramtron的F-RAM技術(shù)把鐵電材料和標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)結(jié)合在一起，推出了非易失性存儲(chǔ)器和模擬/混合信號(hào)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有快速讀/寫(xiě)性能、幾乎無(wú)限的擦寫(xiě)次數(shù)和靜態(tài)RAM(SRAM)的超低功耗，并在掉電時(shí)能夠安全存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這些都是標(biāo)準(zhǔn)RAM技術(shù)所無(wú)法提供的功能。
F-RAM單元采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造，通過(guò)兩個(gè)電極板之間的鐵電晶體來(lái)形成電容，類(lèi)似于DRAM電容的構(gòu)造。但是不像一般的易失性存儲(chǔ)器那樣把數(shù)據(jù)作為電容上的電荷來(lái)存儲(chǔ)，F(xiàn)-RAM是把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在鐵電晶體內(nèi)。
當(dāng)在鐵電晶體上施加一定電場(chǎng)時(shí)，晶陣的中心原子在電場(chǎng)作用下沿電場(chǎng)方向在晶體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，它通過(guò)一個(gè)能量壁壘(energybarrier)造成電荷尖峰。內(nèi)部電路感測(cè)到這一電荷尖峰，并且設(shè)置存儲(chǔ)器。電場(chǎng)消失后，中心原子會(huì)保持在原來(lái)的位置，從而保存存儲(chǔ)器的狀態(tài)。(見(jiàn)圖2)。
圖2
鐵電薄膜放在CMOS基層之上，并置于兩電極板之間，使用金屬互連并鈍化后完成鐵電制造過(guò)程。(見(jiàn)圖3)。
由于英特爾公司聲稱(chēng)這款據(jù)稱(chēng)是全球最小的FBC絕緣硅(SOI)平面組件，未來(lái)將可能用于其15nm制程中，因而目前最令人感到好奇的問(wèn)題就是，該公司是否終將認(rèn)同并采用絕緣硅(SOI)技術(shù)。在相關(guān)的一篇文章中，英特爾還介紹了一種針對(duì)SRAM高速緩存單元所用的自適應(yīng)電路技術(shù)。目前這兩種技術(shù)仍處于研發(fā)階段。
這種FBC也被稱(chēng)為浮體RAM(FB-RAM)內(nèi)存單元。在英特爾邁向此一領(lǐng)域的競(jìng)賽中，正虎視眈眈尋找機(jī)會(huì)的還包括其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手──AMD公司。兩年前，AMD從Innovative Silicon(ISI)公司取得了一項(xiàng)嵌入式FBC技術(shù)的授權(quán)。
由于目前采用電容器的技術(shù)正逐漸被淘汰，因而FBC在這幾年來(lái)一直被吹捧為傳統(tǒng)高速緩存的最佳替代技術(shù)。相較于目前所有微處理器上使用標(biāo)準(zhǔn)6顆晶體管(6T)的高速緩存相較，F(xiàn)BC更適合越來(lái)越高的內(nèi)存密度要求。
“標(biāo)準(zhǔn)DRAM中具有一個(gè)電容器和一個(gè)晶體管。”ISI公司表示，“電容器用于儲(chǔ)存邏輯狀態(tài)1或0，晶體管則用于提供存取電容器的其它電路。為了讀取DRAM內(nèi)存單元，晶體管先被導(dǎo)通，才能讓電容器上的電荷流到位在線，以形成一個(gè)可被檢測(cè)到的低電壓。”
ISI公司營(yíng)銷(xiāo)副總裁Jeff Lewis警告，解決與DRAM中電容器有關(guān)的許多重要問(wèn)題都迫切需要一種新架構(gòu)。“目前的架構(gòu)幾乎已無(wú)法再讓電容器縮小了。”Lewis在加州Anaheim所舉辦的設(shè)計(jì)自動(dòng)化會(huì)議(DAC)中指出。
Lewis推測(cè)，“DRAM的微縮也可能只剩下一代或二代的發(fā)展空間”，因而可能刺激內(nèi)存設(shè)計(jì)對(duì)于FBC的需求。不過(guò)，他也指出FBC技術(shù)還存在許多問(wèn)題。“導(dǎo)入一種新的內(nèi)存技術(shù)畢竟是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。”他認(rèn)為。
一般而言，F(xiàn)B-RAM無(wú)需使用電容器，而內(nèi)建于塊狀硅中的傳統(tǒng)DRAM位單元?jiǎng)t需使用電容器。在bulk CMOS中，構(gòu)成晶體管主體的電荷連至固定電壓。而在SOI中，無(wú)任何連接的晶體管主體則懸浮在硅晶的厚氧化層上方。為了使浮體具備電容器的性能，在浮體兩側(cè)都必須施加一個(gè)嚴(yán)密控制的電壓。
相較于高速緩存設(shè)計(jì)中所采用的傳統(tǒng)嵌入式內(nèi)存，F(xiàn)BC技術(shù)可使其位容量增加3至4倍，英特爾公司技術(shù)與制造部門(mén)副總裁兼組件研究總監(jiān)Mike Mayberry表示。因此，該技術(shù)可加速運(yùn)算速度，Mayberry在一次電話會(huì)議中指出。
英特爾公司早在2006年時(shí)就曾論及一種采用FBC技術(shù)的雙閘極晶體管架構(gòu)。而在此次的VLSI大會(huì)上，這一家芯片業(yè)巨擘描繪了一種采用SOI的平面架構(gòu)，看來(lái)似乎有點(diǎn)兒顛覆原先立場(chǎng)的意味。此外，相較于其兩大競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手──AMD與IBM公司采用SOI的處理器設(shè)計(jì)，英特爾完全排除了在主流產(chǎn)品中使用該技術(shù)的可能性。
“FBC是在在SOI上所建構(gòu)的一種平面組件，但其薄膜厚度與傳統(tǒng)的SOI完全不同。”英特爾公司指出，“例如，埋氧層厚度僅10nm，而一般大部份的SOI建置則為100nm。這意味著針對(duì)底氧層(BOX)較厚的SOI設(shè)計(jì)不適用于較薄的BOX，反之亦然。這是在作出技術(shù)選擇之前亟需解決的許多整合問(wèn)題之一。”
在一篇題為‘在薄硅與薄層BOX上建構(gòu)采用高K+金屬閘極的微縮FBC內(nèi)存適用于15nm及更先進(jìn)制程’(A Scaled Floating-Body Cell Memory with High-k + Metal Gate on Thin Silicon and Thin BOX for 15-nm Node and Beyond)的論文中，英特爾公司詳細(xì)介紹了據(jù)稱(chēng)是目前世界上采用FBC技術(shù)的最小平面組件，其功能組件尺寸可微縮至30nm的閘極長(zhǎng)度。Mayberry并表示，英特爾公司所發(fā)表的組件要比其它現(xiàn)有公開(kāi)文獻(xiàn)中所介紹的類(lèi)似組件更微縮兩個(gè)世代。
在這篇論文中，英特爾公司表示，“采用60nm閘極的這款組件具有適當(dāng)?shù)膬?nèi)存保存能力。而且，在這個(gè)規(guī)模大小下，1個(gè)位單位可能小于0.01平方微米，因而使其非常適合用于15nm制程節(jié)點(diǎn)上。同時(shí)，在實(shí)際組件和仿真結(jié)果之間也存在極佳的一致性，我們可預(yù)期該技術(shù)將連續(xù)微縮到10nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)。”
在一篇相關(guān)論文中，英特爾公司采取了另一條開(kāi)發(fā)路線。“該論文展示了全新的自適應(yīng)電路調(diào)整技術(shù)，可讓內(nèi)存單元更能忍受制程、電壓和溫度的變異，因而使得SRAM快取單元的最小工作電壓持續(xù)降低。”英特爾公司表示。
根據(jù)這家芯片業(yè)巨擘表示，“在某些工作條件下，針對(duì)45nm測(cè)試芯片的測(cè)量顯示，一個(gè)單元發(fā)生錯(cuò)誤的次數(shù)減少了26倍。這些電路可以讓英特爾在未來(lái)的幾代制程中，持續(xù)提供更高的性能和強(qiáng)大的特色，而不至于產(chǎn)生故障。”
為了展現(xiàn)其不落人后的實(shí)力，AMD公司也曾兩年前取得ISI所開(kāi)發(fā)的浮體SOI內(nèi)存授權(quán)，據(jù)稱(chēng)這是一種用于內(nèi)存和微處理器的Z-RAM(零電容器)技術(shù)。據(jù)稱(chēng)AMD公司現(xiàn)正積極尋求可用于更大型板級(jí)L3高速緩存的相關(guān)新技術(shù)。
韓國(guó)的海力士半導(dǎo)體(Hynix)公司也同樣取得了Z-RAM技術(shù)的授權(quán)。然而，AMD和海力士半導(dǎo)體至今仍尚未推出采用該技術(shù)的產(chǎn)品。
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的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高端的 ARM 嵌入式教學(xué)，主要包括擴(kuò)展接口實(shí)驗(yàn)， Linux 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和 WinCE 操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。”這種觀點(diǎn)有誤導(dǎo)用戶的嫌疑。因?yàn)锳RM9和ARM7同屬于ARMv41，是屬于中低端系列的ARM微處理器。目前市場(chǎng)上真正高端的ARM架構(gòu)處理器是與ARMV5TE體系兼容的Intel XScale，如PXA255和PXA270。 從嵌入式系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)會(huì)形成兩個(gè)發(fā)展方向。即一方面向高端的XScale系列發(fā)展，主要面向計(jì)算機(jī)、軟件等專(zhuān)業(yè)，這一類(lèi)高端平臺(tái)具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和多媒體功能，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序和軟件應(yīng)用，培養(yǎng)消費(fèi)電子、手持設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)游戲等領(lǐng)域的嵌入式軟件人才；另一方面就是ARM7/ARM9系列的中低端教學(xué)平臺(tái)，主要面向電子工程、自動(dòng)化、儀器儀表等專(zhuān)業(yè)，這類(lèi)平臺(tái)具有豐富的接口和功能，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于微處理器接口設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)應(yīng)用，培養(yǎng)工業(yè)自動(dòng)化、測(cè)控、智能儀表等應(yīng)用領(lǐng)域的嵌入式技術(shù)人才。 宣稱(chēng)采用兩種CPU子板的方式，實(shí)現(xiàn)ARM7&ARM9的功能，是完全沒(méi)有必要的，而且增加了用戶的成本的維護(hù)的復(fù)雜性，其原因如下： 1、從ARM體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容上看，ARM9的指令集完全兼容ARM7，教學(xué)上沒(méi)有任何區(qū)別。所以ARM指令實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)接口實(shí)驗(yàn)不是ARM7的專(zhuān)利，做過(guò)ARM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的人都很清楚，用ARM9一樣可以完成ARM7的這些教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容； 2、從操作系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容上看，目前教學(xué)中大都采用μCOS-II或Linux。μCOS-II代碼簡(jiǎn)單，易教易學(xué)，Linux功能強(qiáng)大，但對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)要求較高。目前市場(chǎng)上大多數(shù)ARM7教學(xué)平臺(tái)都支持μCOS-II或uCLinux，ARM9基本上都支持Linux和WinCE。但μCOS-II不是 ARM7的專(zhuān)利，在ARM9上完全可以運(yùn)行。而uClinux是Linux的一個(gè)子集，無(wú)論是從開(kāi)發(fā)著者的角度還是從教學(xué)的角度去理解，Linux系統(tǒng)可以完全兼容uCLinux的應(yīng)用。宣稱(chēng)支持ARM7和ARM9的雙內(nèi)核，主要原因是因?yàn)樗麄兊募夹g(shù)能力較弱，無(wú)法完成μCOS-II 在ARM9上的移植和擴(kuò)展工作，所以采用ARM7來(lái)彌補(bǔ)μCOS-II的教學(xué)內(nèi)容。試想，如果有一款A(yù)RM9平臺(tái)，能夠運(yùn)行μCOS-II、Linux、WinCE等操作系統(tǒng)，我們?yōu)槭裁催需要ARM7來(lái)畫(huà)蛇添足呢？事實(shí)上，這樣的平臺(tái)已經(jīng)有了，一些技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的公司已經(jīng)把μCOS-II移植到了ARM9上，如UP-NETARM2410和UP-NETARM2410S等。 3、從硬件設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容上看，支持ARM7和ARM9的雙內(nèi)核的平臺(tái)，造成了硬件資源的浪費(fèi)，難以發(fā)揮ARM7和ARM9各自的優(yōu)勢(shì)。比如：用s3c44b0和s3c2410處理器作為ARM7和ARM9的內(nèi)核，s3c2410平臺(tái)支持USB host和USB client，支持真彩色TFT LCD。而主平臺(tái)為了兼容s3c44b0，不得不使用256色STN的LCD；如果要想有USB host或者client接口，不得不使用其他芯片外擴(kuò)。這都會(huì)使ARM9處理器的功能受到限制，不能充分發(fā)揮ARM9處理器的性能。4、從產(chǎn)品的成本的服務(wù)維護(hù)上看，采用支持ARM7和ARM9的雙內(nèi)核的平臺(tái)，無(wú)疑會(huì)增加產(chǎn)品的成本，因?yàn)榻虒W(xué)平臺(tái)最貴的芯片就是微處理器和存儲(chǔ)器，而從教學(xué)角度看，這部分增加的成本是沒(méi)有意義的。如果從科學(xué)角度看，這種做法又浪費(fèi)資源，其性價(jià)比無(wú)不如一塊開(kāi)發(fā)板。此外，采用支持ARM7和ARM9的雙內(nèi)核的平臺(tái)，降低了系統(tǒng)的可靠性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常切換兩種內(nèi)核，其損壞的概率會(huì)大大增加，增加后續(xù)維護(hù)成本 由此可見(jiàn)，僅僅一個(gè)ARM9平臺(tái)就可以同時(shí)滿足中低端教學(xué)的需求，額外添加ARM7去滿足低端教學(xué)任務(wù)，只能認(rèn)為是畫(huà)蛇添足。平白增添了硬件成本，還限制了硬件平臺(tái)的擴(kuò)展。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的目的應(yīng)該是為了讓學(xué)生學(xué)到一種嵌入式平臺(tái)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的方法，其變化主要體現(xiàn)在運(yùn)行不同操作系統(tǒng)上，而不是硬件是否采用ARM7還是ARM9上。教學(xué)思想應(yīng)是“授人以漁”，學(xué)生學(xué)到的是設(shè)計(jì)方法，將來(lái)不管是ARM7， ARM9，還是XScale，甚至包括MIPS、alpha、68k、powerpc等其它體系結(jié)構(gòu)的微處理器，對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)都是一樣的。]]>
?原型分別如下：
/* Fork a new task - this creates a new program thread.
* This is called indirectly via a small wrapper
*/
asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs *regs)
{
return do_fork(SIGCHLD, regs->ARM_sp, regs, 0);
}
/* Clone a task - this clones the calling program thread.
* This is called indirectly via a small wrapper
*/
asmlinkage int sys_clone(unsigned long clone_flags, unsigned long newsp, struct pt_regs *regs)
{
if (!newsp)
newsp = regs->ARM_sp;
return do_fork(clone_flags, newsp, regs, 0);
}
asmlinkage int sys_vfork(struct pt_regs *regs)
{
return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, regs->ARM_sp, regs, 0);
}?這三個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的區(qū)別是：
sys_fork是完整的從父進(jìn)程派生出一個(gè)子進(jìn)程；sys_clone可以通過(guò)參數(shù)clone_flags決定需要復(fù)制給子進(jìn)程的資源；而sys_vfork則只是產(chǎn)生了一個(gè)新的task_struct，它還是和父進(jìn)程共享其余的所有的資源，所以它不是真正的進(jìn)程，只能算是線程，他將組塞父進(jìn)程的運(yùn)行直到自己運(yùn)行結(jié)束為止。
?有一個(gè)信號(hào)叫做SIGCHLD，當(dāng)子進(jìn)程停止或結(jié)束，父進(jìn)程將收到一個(gè)SIGCHLD信號(hào)，默認(rèn)動(dòng)作是忽略。 ?也就是說(shuō)fork才是真正的clone。?背景知識(shí)：進(jìn)程和進(jìn)程的狀態(tài)
#define TASK_RUNNING 0
#define TASK_INTERRUPTIBLE 1
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2
#define TASK_ZOMBIE 4
#define TASK_STOPPED 8?1) TASK_RUNNING：含義是假定任務(wù)已經(jīng)處于運(yùn)行隊(duì)列中。至于不是已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)的原因是由于將一個(gè)任務(wù)標(biāo)識(shí)為T(mén)ASK_RUNNING和將該任務(wù)移動(dòng)到運(yùn)行隊(duì)列不是一個(gè)原子操作。
?2) TASK_INTERRUPTIBLE：含義是任務(wù)處于休眠狀態(tài)但可以通過(guò)一個(gè)信號(hào)或者休眠中止時(shí)鐘喚醒。
?3) TASK_UNINTERRUPTIBLE：含義類(lèi)似于TASK_INTERRUPTIBLE，但任務(wù)不能被喚醒。
?4) TASK_ZOMBIE：含義是任務(wù)已經(jīng)被中止但它的狀態(tài)還沒(méi)被父進(jìn)程獲取。
?5) TASK_STOPPED：含義是由于任務(wù)控制信號(hào)或者ptrace系統(tǒng)調(diào)用，任務(wù)已經(jīng)被停止。
?int do_fork(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start,
? struct pt_regs *regs, unsigned long stack_size)
?{
? int retval;
? struct task_struct *p;
? struct completion vfork;
?? retval = -EPERM;
if (clone_flags & CLONE_PID) {
? if (current->pid)
? goto fork_out;
? }
?? retval = -ENOMEM;
?上面這段代碼的意思是: 如果clone_flags的CLONE_PID置位,則除非是0號(hào)進(jìn)程
否則將返回錯(cuò)誤信息EPERM. clone_flags的定義將在后面介紹,0號(hào)進(jìn)程就是操作
系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)創(chuàng)建的第一個(gè)進(jìn)程.上面的代碼中if(current->pid)要成立,除非是0號(hào)
進(jìn)程.其中pid是進(jìn)程標(biāo)志符
?p = alloc_task_struct(); /* franc: we will alloc one page space as task_struct */
? if (!p)
? goto fork_out;
?? *p = *current; /* franc: just copy all the info of its parent to this new process */
?? retval = -EAGAIN;
?上面代碼的意思是: 申請(qǐng)一個(gè)新的內(nèi)存控制塊,其中alloc_task_struct是在/arch
/arm/kernel/process.c中定義:
struct task_struct *alloc_task_struct(void)其中:
ll_alloc_task_struct() 在/include/asm-arm/proc-armv/processor.h中定義：
#define ll_alloc_task_struct() ((struct task_struct *) __get_free_pages(GFP_KERNEL,1))
?_get_free_pages是要申請(qǐng)兩個(gè)頁(yè)面,頁(yè)面是內(nèi)存管理的有關(guān)內(nèi)容,這兒大家只要一個(gè)頁(yè)面占4K個(gè)字節(jié)就可以了.兩個(gè)頁(yè)面就是8K個(gè)字節(jié),而大家查一下進(jìn)程控制塊的大小就可以知道它只有1600B左右,也就是說(shuō)它只有1.5K左右,那么還剩下將近6.5K的空間去有什么用呢?其實(shí)剩余的空間是作為內(nèi)核棧空間.如果申請(qǐng)內(nèi)存空間失敗則直接棧道fork_out處執(zhí)行,fork_out在后面有定義
?然后就將父進(jìn)程的所有信息直接拷貝給它。
?if (atomic_read(&p->user->processes) >= p->rlim[RLIMIT_NPROC].rlim_cur
? && !capable(CAP_SYS_ADMIN) && !capable(CAP_SYS_RESOURCE)) /* franc: check if we have spawned too many processes */
? goto bad_fork_free;
?? atomic_inc(&p->user->__count); /* make the process number tracable */
? atomic_inc(&p->user->processes);
?上面代碼的意思: 如果父進(jìn)程已經(jīng)用了用戶進(jìn)程,則修改p->user->_count和
p->user->processes,將其數(shù)目加1,當(dāng)然除非用戶進(jìn)程的 RLIMIT_NPROC
已經(jīng)超過(guò)額定數(shù)目。 ]]>
1. 下載vsftpd源碼，這個(gè)不用多說(shuō)，不知道在哪里下載可以問(wèn)google。
2. 解壓縮，然后編譯，用交叉編譯：make CC=arm-linux-gcc，此時(shí)編譯會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，大概是說(shuō)找不到/lib/libcap.so這個(gè)庫(kù)文件，我只是簡(jiǎn)單的修改了一下vsf_findlibs.sh文件中的該庫(kù)的位置，如下：
locate_library /usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib/libcap.so.1 && echo "/lib/libcap.so.1";
/usr/local/arm/3.4.1/arm-linux/lib/libcap.so.1是我的交叉編譯的庫(kù)文件路徑（我不清楚這樣改會(huì)不會(huì)有其他不穩(wěn)定的隱患，但改后可以編譯，也可以運(yùn)行）。
3.將編譯生成的vsftpd文件拷貝到arm平臺(tái)的文件系統(tǒng)中，如/usr/local/sbin/下。并拷貝vsftpd.conf文件到文件系統(tǒng)的/etc中，在我的平臺(tái)上，將改文件的內(nèi)容修改為：
local_enable=YES
write_enable=YES
local_umask=022
dirmessage_enable=YES
xferlog_enable=YES
connect_from_port_20=YES
idle_session_timeout=60
data_connection_timeout=20
listen=YES
listen_port=21
ftp_username=download
secure_chroot_dir=/data
4. 修改完配置文件后，就可以運(yùn)行了：
/usr/local/sbin/vsftpd &
用ps查看一下是否有該進(jìn)程，如果進(jìn)程存在，就表示ftp服務(wù)啟動(dòng)成功。
]]>英國(guó)晶片業(yè)者ARM上周五（7/23）宣布已更新並擴(kuò)大與微軟的授權(quán)合約，將授權(quán)微軟使用ARM架構(gòu)及指令集，這代表微軟將能開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的ARM晶片。
ARM與微軟自1997年就開(kāi)始合作，原本著重在嵌入式、消費(fèi)及行動(dòng)產(chǎn)品中，ARM技術(shù)長(zhǎng)Mike Muller表示，有了這紙新的架構(gòu)授權(quán)，微軟將站在ARM技術(shù)的最前線，並能與各家企業(yè)合作以解決不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
ARM在新聞稿中描述得不甚明確，但I(xiàn)DG News引述ARM行銷(xiāo)副總裁Ian Drew表示，ARM已授權(quán)微軟使用該公司的架構(gòu)與指令集，這種形式的授權(quán)可允許客戶設(shè)計(jì)自己的微架構(gòu)，目前取得類(lèi)似授權(quán)的業(yè)者並不多，包括 Qualcomm、Marvell、Infineon等。
取得相關(guān)授權(quán)的應(yīng)該還有蘋(píng)果，因?yàn)樘O(píng)果為iPad平板電腦與iPhone 4自行打造的A4處理器，都是採(cǎi)用ARM處理器架構(gòu)，惟雙方始終未證實(shí)此事。彭博社則引用分析師的看法指出微軟有可能以客製化的ARM處理器取代英特爾處理器作為新的視窗平板電腦核心，以準(zhǔn)備在落後的平板電腦市場(chǎng)上急起直追。
不過(guò)，微軟最新且推廣平板應(yīng)用的Windows 7作業(yè)系統(tǒng)仍與ARM不相容，因此市場(chǎng)上也出現(xiàn)其他諸如應(yīng)用於資料中心或行動(dòng)裝置上的各種猜測(cè)，總之，微軟要如何運(yùn)用ARM架構(gòu)的新授權(quán)迄今仍是個(gè)謎，但 ARM股價(jià)卻已受到此一消息的激勵(lì)，上周五（7/23）於倫敦股市大漲了11%]]>
3 ]. {9 {2 C3 @9 @/ C
8層板，top/gnd/in1/vcc/gnd/in2/vcc1/bottom（個(gè)人想法，歡迎拍磚，當(dāng)然也是參考比較典型的8層stackup）; P5 m% Q& V7 X" E# K4 k8 H/ B
. |) d0 s( a8 A) ? b- e
Guideline要求DDR的microstrip 阻抗控制在90 ohm, stripline阻抗控制在60 ohm，給出的線寬為3/4，姑且不去討論制造工藝，一條net表層和內(nèi)層的阻抗不一致肯定是不允許的，是我理解錯(cuò)誤，還是guideline有問(wèn)題呢，下面是guideline的stackup，注意是6層板的，表層的線都沒(méi)有參考層面了，如何做阻抗控制，有圖為證
現(xiàn)在認(rèn)為guideline是不靠譜的，需要自己做一個(gè)stackup,綜合USB差分阻抗90 Ohm，（單線也就大概40多吧），DDR的不靠譜的阻抗控制，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)stackup呢。以前沒(méi)有做過(guò)類(lèi)似工作，請(qǐng)教一下做stackup的基本流程，或者是一個(gè)大致的思路，具體的計(jì)算我再慢慢來(lái)。7 b, G8 J1 k i4 n9 m
電源阻抗有計(jì)算方法嗎，還是說(shuō)依靠經(jīng)驗(yàn)做完了再做仿真沒(méi)問(wèn)題就OK& e' M# I# s( _" F
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I.MX31 MDK2 是一款以AR11為核心的開(kāi)發(fā)板，除了嵌入式傳統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（剪裁小、低功耗、低成本）外，I.MX31芯片具有MPEG4全雙工功能，而且在I.MX31內(nèi)部擁有一個(gè)3D模塊加速模塊，能進(jìn)行3D效果處理，不占CPU資源。開(kāi)發(fā)板上的電源管理芯片也是I.MX31的另一大優(yōu)勢(shì)，擁有了這個(gè)芯片可以很好的控制能耗，它也成為了I.MX31 MDK2成為手持設(shè)備最佳選擇的原因之一I.MX31 MDK2開(kāi)發(fā)板，高主頻配合MPEG4全雙高和一個(gè)不占CPU內(nèi)存的3D加速模塊，使芯片性能大大提升，再加上開(kāi)發(fā)板上的智能電源管理設(shè)備使得I.MX 31 MDK2在無(wú)屏情況下的全功能功耗只有180毫安，這些就是I.MX 31 MDK2開(kāi)發(fā)板成為高校和手持設(shè)備生產(chǎn)商最?lèi)?ài)的原因。它的主要應(yīng)用領(lǐng)域是掌上3D娛樂(lè)設(shè)備、3G手機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)等手持設(shè)備領(lǐng)域。
I.MX27 MDK1 是一款以ARM9為核心的開(kāi)發(fā)板，除了嵌入式傳統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（剪裁小、低功耗、低成本）外，I.MX27芯片具有H.264全雙工功能，其原因在于I.MX27內(nèi)部集成了一個(gè)硬件編解碼模塊，采用硬件去做視頻的編解碼，不占CPU資源，這樣一來(lái)可以大大提高芯片的性能，另外，他的研發(fā)成功可以幫助客戶直接量產(chǎn)大大加上研發(fā)成本，所以，很多做視頻傳出領(lǐng)域的客戶都選擇這款產(chǎn)品極開(kāi)發(fā)板I.MX27 MDK1主要應(yīng)用在安監(jiān)安防、智能手機(jī)、IP Camera、多媒體廣告機(jī)、車(chē)載娛樂(lè)設(shè)備、DVR等視頻傳輸領(lǐng)域， 對(duì)工程師而言，不需要花大量的時(shí)間再去研究便可以幫助公司進(jìn)行生產(chǎn)，我個(gè)人還是很推崇這種產(chǎn)品的。
]]>ARM處理器共有37個(gè)寄存器。其中包括： ;-C hTl
**31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器（PC）在內(nèi)。這些寄存器都是32位寄存器。 BF6 Xsc0w
**6個(gè)狀態(tài)寄存器。這些寄存器都是32位寄存器。 h<L 7 Z,
ARM處理器共有7種不同的處理器模式，每一種模式中都有一組相應(yīng)的寄存器組。在任何時(shí)刻，可見(jiàn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0-R14）,一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)寄存器及程序計(jì)數(shù)器（PC）。在所有的寄存器中，有些是各模式公用一個(gè)物理寄存器，有一些寄存器各模式擁有自己獨(dú)立的物理寄存器。 !D(/NL{j6
通用寄存器 {Jx:U {#
通用寄存器分為以下三類(lèi)：備份寄存器、未備份寄存器、程序計(jì)數(shù)器PC 1}BEU&*N^
未備份寄存器 ZQ],44<`
未備份寄存器包括R0-R7。對(duì)于每一個(gè)未備份寄存器來(lái)說(shuō)，所有處理器模式下都是使用同一個(gè)物理寄存器。未備份寄存器沒(méi)有被系統(tǒng)用于特別的用途，任何可采用通用寄存器的場(chǎng)合都可以使用未備份寄存器。 N*+e:xf3
備份寄存器 O S^t3S.m
對(duì)于R8-R12備份寄存器來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)兩個(gè)不同的物理寄存器。系統(tǒng)為將備份寄存器用于任何的特殊用途，但是當(dāng)中斷處理非常簡(jiǎn)單，僅僅使用R8-R14寄存器時(shí)，F(xiàn)IQ處理程序可以不必執(zhí)行保存和恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)的指令，從而可以使中斷處理非常迅速。 l 7O6zT
對(duì)于R13,R14備份寄存器來(lái)說(shuō)，每個(gè)寄存器對(duì)應(yīng)六個(gè)不同的物理寄存器，其中的一個(gè)是系統(tǒng)模式和用戶模式共用的；另外的五個(gè)對(duì)應(yīng)于其他的五種處理器模式。采用下面的記號(hào)來(lái)區(qū)分各個(gè)物理寄存器： Zn!E\EY'
R13_<MODE> Qt U EL$o
其中MODE可以是下面幾種模式之一：usr,svc,abt,und,irq,fiq c<N*~Uc/1O
程序計(jì)數(shù)器PC 3:(khR2%
可以作為一般的通用寄存器使用，但有一些指令在使用R15時(shí)有一些限制。由于ARM采用了流水線處理器機(jī)制，當(dāng)正確讀取了PC的值時(shí)，該值為當(dāng)前指令地址值加上8個(gè)字節(jié)。也就是說(shuō)，對(duì)于ARM指令集來(lái)說(shuō)，PC指向當(dāng)前指令的下兩條指令的地址。由于ARM指令是字對(duì)齊的，PC值的第0位和第一位總為0。 Rm>?h,<
需要注意的是，當(dāng)使用str/stm保存R15時(shí)，保存的可能是當(dāng)前指令地址值加8個(gè)字節(jié)，也可能保存的是當(dāng)前指令地址值加12個(gè)字節(jié)。到底哪種方式取決于芯片的具體設(shè)計(jì)。對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，盡量避免使用STR/STM指令來(lái)保存R15的值。 * B"4% n
當(dāng)成功的向R15寫(xiě)入一個(gè)數(shù)值時(shí)，程序?qū)⑻D(zhuǎn)到該地址執(zhí)行。由于ARM指令是字對(duì)齊的，寫(xiě)入R15的值應(yīng)滿足bits[1:0]為0b00，具體要求arm個(gè)版本有所不同： hIh X"=
**對(duì)于arm3以及更低的版本，寫(xiě)入R15的地址值bits[1:0]被忽略，即寫(xiě)入r15的地址值將與0xFFFF FFFC做與操作。 |8gc |C
**對(duì)于ARM4以及更高的版本，程序必須保證寫(xiě)入R15的地址值bits[1:0]為0b00，否則將產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。 <6 E}C X-
對(duì)于Thumb指令集來(lái)說(shuō)，指令是班子對(duì)齊的，處理器將忽略bit[0]。 ,YO#iMj
程序狀態(tài)寄存器 <s@W@M"
CPSR(當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器)在任何處理器模式下被訪問(wèn)。它包含了條件標(biāo)志位、中斷禁止位、當(dāng)前處理器模式標(biāo)志以及其他的一些控制和狀態(tài)位。每一種處理器 9U h8*|L>
模式下都有一個(gè)專(zhuān)用的物理狀態(tài)寄存器，稱(chēng)為SPSR（備份程序狀態(tài)寄存器） aRZ*YFp ^
。當(dāng)特定的異常中斷發(fā)生時(shí)，這個(gè)寄存器用于存放當(dāng)前程序狀態(tài)寄存器的內(nèi)容。在異常中斷退出時(shí)，可以用SPSR來(lái)恢復(fù)CPSR。由于用戶模式和系統(tǒng)模式不是異常 EA#eab
中斷模式，所以他沒(méi)有SPSR。當(dāng)用戶在用戶模式或系統(tǒng)模式訪問(wèn)SPSR，將產(chǎn)生不可預(yù)知的后果。 2wl?b"T p/
CPSR格式如下所示。SPSR和CPSR格式相同。 ?>Io-(_|
31 30 29 28 27 26 7 6 5 4 3 2 1 0 9YQI_ G
N Z C V Q DNM(RAZ) I F T M4 M3 M2 M1 M0 ZP *Rl<
N——本位設(shè)置成當(dāng)前指令運(yùn)算結(jié)果的bit[31]的值。當(dāng)兩個(gè)表示的有符號(hào)整數(shù)運(yùn)算時(shí)，n=1表示運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)，n=0表示結(jié)果為正書(shū)或零。 P,nm%vOL
z——z=1表示運(yùn)算的結(jié)果為零；z=0表示運(yùn)算的結(jié)果不為零。對(duì)于CMP指令，Z=1表示進(jìn)行比較的兩個(gè)數(shù)大小相等。 C4<#Uhld7
C——下面分四種情況討論C的設(shè)置方法： s!fX NPB,
在加法指令中（包括比較指令CMP），當(dāng)結(jié)果產(chǎn)生了進(jìn)位,則C=1,表示無(wú)符號(hào)運(yùn)算發(fā)生上溢出；其他情況C=0。 hIR@j=hG
在減法指令中（包括減法指令CMP），當(dāng)運(yùn)算中發(fā)生錯(cuò)位，則C=0，表示無(wú)符號(hào)運(yùn)算數(shù)發(fā)生下溢出；其他情況下C=1。 @1N8d5iE
對(duì)于包含移位操作的非加堿運(yùn)算指令，C中包含最后一次溢出的的位的數(shù)值 N cL> 5>
對(duì)于其他非加減運(yùn)算指令，C位的值通常不受影響 o5gWA~7*
V——對(duì)于加減運(yùn)算指令，當(dāng)操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果為二進(jìn)制的補(bǔ)碼表示的帶符號(hào)數(shù)時(shí)，V=1表示符號(hào)為溢出；通常其他指令不影響V位。 bq NaGI]w
***Q標(biāo)識(shí)位*** `1: -S$
在ARM V5的E系列處理器中，CPSR的bit[27]稱(chēng)為q標(biāo)識(shí)位，主要用于指示增強(qiáng)的dsp指令是否發(fā)生了溢出。同樣的spsr的bit[27]位也稱(chēng)為q標(biāo)識(shí)位，用于在異常中 ![f-DG
斷發(fā)生時(shí)保存和恢復(fù)CPSR中的Q標(biāo)識(shí)位。 ?t4yJ 3^|
在ARM V5以前的版本及ARM V5的非E系列的處理器中，Q標(biāo)識(shí)位沒(méi)有被定義。 d6TDd#;l
%U.2j'F.
***CPSR中的控制位*** NHGUe a?
CPSR的低八位I、F、T、M[4:0]統(tǒng)稱(chēng)為控制位。當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)這些位發(fā)生變化。在特權(quán)級(jí)的處理器模式下，軟件可以修改這些控制位。 Uc3q|x |
**中斷禁止位：當(dāng)I=1時(shí)禁止IRQ中斷，當(dāng)F=1時(shí)禁止FIQ中斷 65 |P-\J
**T控制位：T控制位用于控制指令執(zhí)行的狀態(tài)，即說(shuō)明本指令是ARM指令還是Thumb指令。對(duì)于ARM V4以更高版本的T系列ARM處理器，T控制位含義如下： f|Y8Oz I~
T=0表示執(zhí)行ARM指令 (?h?5U_Hq
T=1表示執(zhí)行Thumb指令 ZV^En_#4~
對(duì)于ARM V5以及更高版本的非T系列處理器，T控制位的含義如下 p W[.odt"
T=0表示執(zhí)行ARM指令 ?rWu^=4Co
T=1表示強(qiáng)制下一條執(zhí)行的指令產(chǎn)生未定指令中斷 %~llBn Z
***M控制位*** +(YupN]Yw
M控制位控制處理器模式，具體含義如下： Uy +Pm]
M[4:0] 處理器模式 可訪問(wèn)的寄存器 ?v( 12!
ob10000 user pc,r14~r0,CPSR " 6kv2lf
0b10001 FIQ PC,R14_FIQ-R8_FIQ,R7~R0,CPSR,SPSR_FIQ 'd|0
0b10010 IRQ PC,R14_IRQ-R13_IRQ,R12~R0,CPSR,SPSR_IRQ F8 h$PL+x
0B10011 SUPERVISOR PC,R14_SVC-R13_SVC,R12~R0,CPSR,SPSR_SVC l_ [T
0b10111 ABORT PC,R14_ABT-R13_ABT,R12~R0,CPSR,SPSR_ABT Ny ,C&%
0b11011 UNDEFINEED PC,R14_UND-R8_UND,R12~R0,CPSR,SPSR_UND BD;6.&]E
0b11111 SYSTEM PC,R14-R0,CPSR(ARM V4以及更高版本） A +FoJ OSF
***CPSR中的其他位*** ^s)^Fy %^
這些位用于將來(lái)擴(kuò)展。應(yīng)用軟件不要操作這些位。 r0KMQFa
在ARM體系中通常有以下3種方式控制程序的執(zhí)行流程： /? /53\M
**在正常執(zhí)行過(guò)程中，每執(zhí)行一條ARM指令，程序計(jì)數(shù)器(PC)的值加4個(gè)字節(jié)；每執(zhí)行一條Thumb指令，程序計(jì)數(shù)器寄存器(PC)加2個(gè)字節(jié)。整個(gè)過(guò)程是按順序執(zhí)行。 _$ Q"/vH
**跳轉(zhuǎn)指令，程序可以跳轉(zhuǎn)到特定的地址標(biāo)號(hào)處執(zhí)行，或者跳轉(zhuǎn)到特定的子程序處執(zhí)行。其中,B指令用于執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作；BL指令在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作同時(shí)，保存子程 M lkyxh'C
序的返回地址；BX指令在執(zhí)行跳轉(zhuǎn)操作同時(shí)，根據(jù)目標(biāo)地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)；BLX指令執(zhí)行3個(gè)操作，跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址處執(zhí)行，保存子程序的返回 `>c9Iy?>5B
地址，根據(jù)目標(biāo)地址為可以將程序切換到Thumb狀態(tài)。 6e4X DT-
**當(dāng)異常中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)執(zhí)行完當(dāng)前指令后，將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的異常中斷處理程序處執(zhí)行。當(dāng)異常中斷處理程序執(zhí)行完成后，程序返回到發(fā)生中斷指令的下條指 rA[L88<AO/
令處執(zhí)行。在進(jìn)入異常中斷處理程序時(shí)，要保存被中斷。 k"m74XU
;>57H1Xv ]]>
在下面的的注釋中有一些我讀代碼時(shí)遇到的問(wèn)題，要是大家知道是怎么回事，希望多多回復(fù)。
一．ARM linux的中斷向量表初始化分析
ARM linux內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)start_kernel()->trap_init()的調(diào)用關(guān)系，初始化內(nèi)核的中斷異常向量表．
／* arch/arm/kernel/traps.c */
void __init trap_init(void)
{
extern void __trap_init(unsigned long);
unsigned long base = vectors_base();
__trap_init(base);
if (base != 0)
oopsprintk(KERN_DEBUG "Relocating machine vectors to 0x%08lx\n", base);
#ifdef CONFIG_CPU_32
modify_domain(DOMAIN_USER, DOMAIN_CLIENT);
#endif
}
vectors_base是一個(gè)宏，它的作用是獲取ARM異常向量的地址，該宏在include/arch/asm-arm/proc-armv/system.h中定義：
extern unsigned long cr_no_alignment; /* defined in entry-armv.S */
extern unsigned long cr_alignment; /* defined in entry-armv.S */
#if __LINUX_ARM_ARCH__ >= 4
#define vectors_base() ((cr_alignment & CR_V) ? 0xffff0000 : 0)
#else
#define vectors_base() (0)
#endif
對(duì)于ARMv4以下的版本，這個(gè)地址固定為0；ARMv4及其以上的版本，ARM異常向量表的地址受協(xié)處理器CP15的c1寄存器(control register)中V位(bit[13])的控制，如果V=1，則異常向量表的地址為0x00000000~0x0000001C；如果V=0,則為:0xffff0000~0xffff001C。（詳情請(qǐng)參考ARM Architecture Reference Manual)
下面分析一下cr_alginment的值是在哪確定的，我們?cè)赼rch/arm/kernel/entry-armv.S找到cr_alignment的定義：
.globl SYMBOL_NAME(cr_alignment)
.globl SYMBOL_NAME(cr_no_alignment)
SYMBOL_NAME(cr_alignment):
.space 4
SYMBOL_NAME(cr_no_alignment):
.space 4
分析過(guò)head-armv.S文件的朋友都會(huì)知道，head-armv.S是非壓縮內(nèi)核的入口：
１ .section ".text.init",#alloc,#execinstr
２ .type stext, #function
３ENTRY(stext)
４ mov r12, r0
５
６ mov r0, #F_BIT | I_BIT | MODE_SVC @ make sure svc mode
７ msr cpsr_c, r0 @ and all irqs disabled
８ bl __lookup_processor_type
９ teq r10, #0 @ invalid processor?
10 moveq r0, #'p' @ yes, error 'p'
11 beq __error
12 bl __lookup_architecture_type
13 teq r7, #0 @ invalid architecture?
14 moveq r0, #'a' @ yes, error 'a'
15 beq __error
16 bl __create_page_tables
17 adr lr, __ret @ return address
18 add pc, r10, #12 @ initialise processor
19 @ (return control reg)
20
21 .type __switch_data, %object
22__switch_data: .long __mmap_switched
23 .long SYMBOL_NAME(__bss_start)
24 .long SYMBOL_NAME(_end)
25 .long SYMBOL_NAME(processor_id)
26 .long SYMBOL_NAME(__machine_arch_type)
27 .long SYMBOL_NAME(cr_alignment)
28 .long SYMBOL_NAME(init_task_union)+8192
29
30 .type __ret, %function
31__ret: ldr lr, __switch_data
32 mcr p15, 0, r0, c1, c0
33 mrc p15, 0, r0, c1, c0, 0 @ read it back.
34 mov r0, r0
35 mov r0, r0
36 mov pc, lr
文章出處：飛諾網(wǎng)(www.firnow.com):http://dev.firnow.com/course/6_system/linux/Linuxjs/2008827/137989.html
]]>這里的目前最多只能算個(gè)草稿吧，請(qǐng)大家不斷的補(bǔ)充。
[正文]
1.流水線結(jié)構(gòu) pipeline
- MIPS 是最簡(jiǎn)單的體系結(jié)構(gòu)之一，所以使大學(xué)喜歡選擇 MIPS 體系結(jié)構(gòu)來(lái)介紹計(jì)算體系結(jié)構(gòu)課程。
- ARM has barrel shifter
shifter是兩面性的，一方面它可以提高數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算速度，另一方面它也增加了硬件的復(fù)雜性。所以和可以完成同樣功能的adder/shift register相比，效率更高，但是也 占用更多的芯片面積。
- MIPS have "branch delay slot" and "load delay slot"
MIPS使用編譯器來(lái)解決上面的兩個(gè)問(wèn)題。因?yàn)镸IPS最初的設(shè)計(jì)思想就是使用簡(jiǎn)單的RISC硬體，然后靠編譯器及其他軟體技術(shù)，來(lái)達(dá)成RISC的完整概念。
2.指令結(jié)構(gòu) instruction
- MIPS have 32bit and 64bit architecture,but ARM only have 32bit architecture
ARM11 局部64位
- MIPS是開(kāi)放式的架構(gòu),用戶可以在開(kāi)發(fā)的內(nèi)核中加入自己的指令，
- ARM has 4-bit condition code in every instruction
ARM 在這一點(diǎn)很像x86。MIPS在MIPS IV也加入"conditional move"指令，來(lái)提高pipeline的效率。
- ARM has pre- and post-increment addressing modes
auto-increment/decrement on load/store instructions
- 在節(jié)省代碼空間方面，MIPS16 很類(lèi)似ARM Thumb
3.寄存器 register
- 由于MIPS內(nèi)核中有32個(gè)注冊(cè)器（Register），而ARM只有16個(gè)，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的先天優(yōu)勢(shì)，決定了在同等性能表現(xiàn)下，MIPS的芯片面積和功耗會(huì)更小。
- ARM 有一組特殊用途寄存器cp0-cp15,可以使用MCR,MRC等指令控制; 相對(duì)應(yīng)的，MIPS也有cp0 0-30,使用mfc0,mtc0 指令控制。
- Register banking in ARM. r8-r12 FIQ mode;r13:SP r14 R
感覺(jué)不出banked register有什么好處。
- MIPS has a hard-wired-to-zero register ,but ARM not
MIPS use register $0 for Zero
4.地址空間 address space
- MIPS 起始地址是0xbfc00000,會(huì)有4Mbyte的大小限制，但一般MIPS芯片都會(huì)采取一些方法解決這個(gè)問(wèn)題。
ARM沒(méi)有這種問(wèn)題。
MIPS24K 起始地址改到了0xbf000000,現(xiàn)在有16Mbyte的空間了。
- MIPS don't have to turn paging on to enable the cache.
MIPS have the address space for both cache and un-cache
but ARM need enable/disable cache
5.功能 function
- Float point: MIPS64 has.
ARM's support for FP is limited, and usually not included, and it is a 32 bit architecture
- ARM use JTAG,MIPS use EJTAG。Debug工具一般兩種都支持。使用起來(lái)感覺(jué)差不多。
6.性能 performance
- 具體性能比較，因?yàn)椴町愋蕴螅院茈y分出誰(shuí)好誰(shuí)壞。從個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)講 MIPS4k和ARM9基本上是同一個(gè)級(jí)別的,但ARM9性能似乎要比MIPS4K好。
同樣是32bit的MIPS24K性能上比MIPS4K有很大提升，也應(yīng)該比ARM9要好些。
因?yàn)闆](méi)有用過(guò)ARM11和MIPS34K的芯片，沒(méi)法比較，但感覺(jué)這兩個(gè)似乎是一個(gè)級(jí)別的。
7.應(yīng)用
- 在1000MHz以上的應(yīng)用,很難找到采用ARM架構(gòu)的產(chǎn)品。
MIPS架構(gòu)用在200MHz或者是266MHz以下的應(yīng)用比較少,而這恰恰是ARM的主攻市場(chǎng)。
- ARM 在手機(jī)等便攜式領(lǐng)域,MIPS 在住宅網(wǎng)關(guān)、線纜調(diào)制解調(diào)器、線纜機(jī)頂盒等
- ARM 采用硬核授權(quán);MIPS 采用軟核授權(quán)，用戶可以自己配置，做自己的產(chǎn)品。
8.未來(lái)發(fā)展
- ARM的下一代走向多內(nèi)核結(jié)構(gòu)，而MIPS公司的下一代核心則轉(zhuǎn)向硬件多線程功能(multithreading)
MIPS 的multithreading 很類(lèi)似Intel 的 HyperThreading技術(shù)。從現(xiàn)在的發(fā)展來(lái)看，多內(nèi)核占上風(fēng)。
9.總結(jié)
自己感覺(jué)ARM和MIPS在一開(kāi)始的RISC的設(shè)計(jì)上有很多不同，但隨著技術(shù)的發(fā)展，各自揚(yáng)長(zhǎng)避短，好的技術(shù)大家都會(huì)使用。比如ARM11和MIPS R1000就使用了很多一樣的技術(shù)。感覺(jué)RISC做到了極至就都一樣了。
·Load/Store體系結(jié)構(gòu)
·固定的32位指令
·3地址指令格式
在Berkeley RISC設(shè)計(jì)采用的特征中被ARM設(shè)計(jì)者放棄的RISC的技術(shù)特征有：
·寄存器窗口
在早期的RISC中，由于Berkeley原型機(jī)中包含了寄存器窗口，使得寄存器窗口的機(jī)制密切地伴隨著RISC的概念，成為一般RISC的一大特征。Berkeley RISC處理器的寄存器堆中使用寄存器窗口，使得任何時(shí)候總有32個(gè)寄存器是可見(jiàn)的。進(jìn)程進(jìn)入和退出都訪問(wèn)新的一組寄存器，因此減少了因寄存器保存和恢復(fù)導(dǎo)致的處理器和存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)擁塞和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。這是擁有寄存器窗口的優(yōu)點(diǎn)。但是寄存器窗口的存在以大量寄存器占用較多的芯片資源為代價(jià)，使得芯片成本增加，因此在ARM處理器設(shè)計(jì)時(shí)未采用寄存器窗口。盡管在ARM中用來(lái)處理異常的影子（shadow）寄存器和窗口寄存器在概念上基本相同，但是在異常模式下對(duì)進(jìn)程進(jìn)行處理時(shí)，影子寄存器的數(shù)量是很少的。
·延遲轉(zhuǎn)移
由于轉(zhuǎn)移中斷了指令流水線的平滑流動(dòng)而造成了流水線的“斷流”問(wèn)題，多數(shù)RISC處理器采用延遲轉(zhuǎn)移來(lái)改善這一問(wèn)題，即在后續(xù)指令執(zhí)行后才進(jìn)行轉(zhuǎn)移。在原來(lái)的ARM中延遲轉(zhuǎn)移并沒(méi)有采用，因?yàn)樗巩惓Ｌ幚磉^(guò)程更加復(fù)雜。
·所有指令單周期執(zhí)行
ARM被設(shè)計(jì)為使用最少的時(shí)鐘周期來(lái)訪問(wèn)存儲(chǔ)器，但并不是所有指令都單周期執(zhí)行。如在低成本的ARM應(yīng)用領(lǐng)域中普遍使用的ARM7TDMI，數(shù)據(jù)和指令占有同一總線，使用同一存儲(chǔ)器時(shí)，即使最簡(jiǎn)單的Load和Store指令也最少需要訪問(wèn)2次存儲(chǔ)器（1次取指令，1次數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)）。當(dāng)訪問(wèn)存儲(chǔ)器需要超過(guò)一個(gè)周期時(shí)，就多用一個(gè)周期。因此，并不是所有ARM指令都在單一時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行的，少數(shù)指令需要多個(gè)時(shí)鐘周期。高性能的ARM9TDMI使用分開(kāi)的數(shù)據(jù)和指令寄存器，才有可能把Load和Store指令的指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)訪問(wèn)存儲(chǔ)器操作單周期執(zhí)行。
最初的ARM設(shè)計(jì)最關(guān)心的是必須保持設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性。ARM的簡(jiǎn)單性在ARM的硬件組織和實(shí)現(xiàn)上比指令集的結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)得更明顯。把簡(jiǎn)單的硬件和指令集結(jié)合起來(lái)，這是RISC體系的思想基礎(chǔ)；但是ARM仍然保留一些CISC的特征，并且因此達(dá)到了比純粹的RISC更高的代碼密度，使得ARM在開(kāi)始時(shí)就獲得其功率效率和較小的核面積的優(yōu)勢(shì)。]]>
我們開(kāi)發(fā)了基于ARM內(nèi)核處理器的NetCARM7開(kāi)發(fā)板，通過(guò)在嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ上加入Interniche公司的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高性能的現(xiàn)代實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。此外，通過(guò)JTAG在線調(diào)試工具BDI2000 RDI for ARM和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IAR EW的結(jié)合，大大提高了程序調(diào)試的效率。
1 平臺(tái)設(shè)計(jì)
ARM內(nèi)核處理器具有高性能、低功耗、低成本、低開(kāi)發(fā)難度等一系列優(yōu)點(diǎn)，是測(cè)控系統(tǒng)由8位機(jī)升級(jí)到32位機(jī)的理想選擇。此外，ARM7、ARM9、ARM10、XScale的指令兼容，已有的軟件資源和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)不會(huì)由于升級(jí)到更高性能的處理器而受到巨大的損失。
（1）平臺(tái)的硬件基礎(chǔ)
我們開(kāi)發(fā)了NetCARM7開(kāi)發(fā)板(處理器為Atmel公司的ARM7TDMI內(nèi)核的AT91M40800，主頻可達(dá)40 MHz)作為中低端實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的硬件基礎(chǔ)。AT91M40800性能已經(jīng)可以滿足一般測(cè)控系統(tǒng)的各種需求，功能簡(jiǎn)單易用，雙面板就可以形成穩(wěn)定硬件設(shè)計(jì)，大大降低了開(kāi)發(fā)成本。板上將處理器的所有引腳引出,可以根據(jù)實(shí)際的項(xiàng)目需求靈活地?cái)U(kuò)展出新的應(yīng)用；集成了多達(dá)2 MB的 SRAM，保證用戶代碼可以獲得最高的性能。1 MB Flash ROM用來(lái)滿足絕大多數(shù)項(xiàng)目的需求。板上預(yù)留了JTAG端口，通過(guò)Abatron公司的BDI在線仿真器和IAR公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Embeded Workbench for ARM 可以實(shí)現(xiàn)各種程序的在線調(diào)試。板上提供了2個(gè)串口，還可以將處理器的UART配置成SPI，除了完成通信功能以外，還可以很容易地連接A/D變換器，滿足測(cè)控系統(tǒng)的需求。板上還擴(kuò)展了10 M以太網(wǎng)接口。在網(wǎng)絡(luò)控制器方面，選用了低成本符合NE2000標(biāo)準(zhǔn)的RTL8019，為平臺(tái)提供了網(wǎng)絡(luò)化的硬件基礎(chǔ)。此外，板上還集成了液晶及行列式鍵盤(pán)接口，可以很方便地為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)提供友好的用戶交互方式。硬件平臺(tái)如圖1所示。
（2）開(kāi)放源碼的嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)
測(cè)控系統(tǒng)所要完成的工作越來(lái)越復(fù)雜，程序越來(lái)越龐大，需要管理的外設(shè)越來(lái)越多，只有擁有嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)，擁有穩(wěn)定工作的硬件基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)工作重點(diǎn)才能由原來(lái)硬件的調(diào)試、軟件的 DEBUG轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的性能的提高、智能化軟件的編寫(xiě)。此外，只有在一個(gè)完整的、具有統(tǒng)一編程規(guī)范的操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，使用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用程序，才可能具有良好的可移植性,才可能被重復(fù)利用。嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的唯一途徑。操作系統(tǒng)與模塊化硬件設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，共同構(gòu)成一個(gè)可以重復(fù)利用的軟硬件數(shù)字系統(tǒng)平臺(tái)，除了可以最大限度地提高開(kāi)發(fā)的效率、減少資源的浪費(fèi)外，還可以通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)于該平臺(tái)的研究，逐步優(yōu)化平臺(tái)軟硬件資源，提高其性能，并滿足日益復(fù)雜的應(yīng)用需求。
目前大多商用嵌入式操作系統(tǒng)出于商業(yè)利益的考慮，除了使用該操作系統(tǒng)的每件產(chǎn)品要收取版稅以外，要么只提供操作系統(tǒng)核心部分二進(jìn)制文件，要么對(duì)源代碼的收費(fèi)十分昂貴，對(duì)于此類(lèi)操作系統(tǒng)的使用者來(lái)講，幾乎無(wú)法拿到操作系統(tǒng)的源代碼。這樣，一方面產(chǎn)品的進(jìn)一步發(fā)展受制于人；另一方面對(duì)于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)容易出現(xiàn)隱患，無(wú)法從根本上避?quot;后門(mén)"。只有對(duì)開(kāi)放源代碼的操作系統(tǒng)進(jìn)行不斷的理解、改造、優(yōu)化，才有利于我國(guó)嵌入式開(kāi)發(fā)水平的穩(wěn)步提高。
對(duì)于小型實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，源代碼公開(kāi)的、具有很好可移植性的、可固化可裁剪的、高穩(wěn)定性與可靠性、搶占式多任務(wù)的μC/OS-Ⅱ非常適合！代碼簡(jiǎn)潔的μC/OS-Ⅱ已經(jīng)應(yīng)用于照像機(jī)業(yè)、醫(yī)療儀器、音響設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、高速公路電話系統(tǒng)、ATM機(jī)、工業(yè)機(jī)器人等嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。
（3）網(wǎng)絡(luò)化
TCP/IP協(xié)議棧使得嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)Internet將通信距離無(wú)限擴(kuò)展。10M以太網(wǎng)使得大量數(shù)據(jù)的快速傳輸成為可能。這樣，除了可以充分利用PC機(jī)上各種資源，完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、統(tǒng)計(jì)工作外，還可以實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，對(duì)于智能化、模塊化的嵌入式設(shè)備集群的實(shí)現(xiàn)提供了另一種途徑。PPP協(xié)議，可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)交換、狀態(tài)控制等功能，為嵌入式系統(tǒng)提供了更靈活的控制、監(jiān)測(cè)方式。
我們選用了Interniche公司（http://www.iniche.com）開(kāi)放源碼的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧。Interniche使我們很容易在μC/OS-Ⅱ的調(diào)度下為開(kāi)發(fā)平臺(tái)增加網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)管理等功能。由于它是專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，占用的系統(tǒng)資源很小。Interniche協(xié)議全部用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言。它除了可以運(yùn)行在各種RTOS下，如μC/OS、VRTX、CMX、Threadx等，還可以在沒(méi)有RTOS的環(huán)境下獨(dú)立運(yùn)行。此外，Interniche還在μC/OS-Ⅱ的基礎(chǔ)上專(zhuān)門(mén)為其嵌入式TCP/IP協(xié)議棧編寫(xiě)了自己的嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)：ChronOS。ChronOS除了保持對(duì)已經(jīng)廣泛使用的μC/OS-Ⅱ的兼容性以外，還使嵌入式TCP/IP協(xié)議棧與RTOS更加緊密地結(jié)合在一起，來(lái)滿足各種現(xiàn)代應(yīng)用對(duì)RTOS和嵌入式TCP/IP協(xié)議相結(jié)合的迫切需求。
常用的Interniche包括：
① 核心協(xié)議。
◇ NicheStackTM--InternicheTCP協(xié)議包含TCP、UDP、IP、TFTP、DHCP Client、ICMP、ARP、SLIP、BootTP、DNS Client。
◇ Niche ToolTM--菜單驅(qū)動(dòng)的協(xié)議調(diào)試和測(cè)試工具（包含在NicheStack和Nichelite中）。
◇ NicheLiteTM--Interniche微型化的TCP/IP協(xié)議，全部代碼在12KB以內(nèi)；它包含全部的 NichestackTM所有的協(xié)議和1個(gè)最少化的Socket API，易于移植到從8位到32位CPU上。
可選擇應(yīng)用模塊: PPP、Multilink PPP、PPPoE、Telnet(Server&Client)、FTP(Server&Client)、IP Multicast、NichePOP3。它使TCP/IP上的附加模塊增加了POP3 Email服務(wù)器收郵件功能。
② 基于WEB管理和配置協(xié)議。
◇ WebportTM--嵌入式Web服務(wù)器，讓最終用戶通過(guò)WWW瀏覽器配置和監(jiān)控嵌入式設(shè)備而避免去編寫(xiě)專(zhuān)用的GUI界面。這些界面多數(shù)是與主機(jī)OS相關(guān)的（如Win98），而且需要目標(biāo)環(huán)境大量的資源，如文件系統(tǒng)。
◇ Email Alerte--為嵌入式系統(tǒng)增加預(yù)告和報(bào)警功能。它允許用戶向本地或遠(yuǎn)程的Email地址發(fā)出預(yù)先設(shè)置好的信息，比如某個(gè)條件下的報(bào)警信息。
2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)
（1）開(kāi)發(fā)測(cè)試板的硬件測(cè)試
完成NetCARM7設(shè)計(jì)、板焊接以后，使用Abatron公司 (http://www.abatron.ch) JTAG仿真器BDI2000，通過(guò)編寫(xiě)B(tài)DI配置文件對(duì)NetCARM7板進(jìn)行初始化，初步驗(yàn)證板上CPU工作是否正常，檢查SRAM、Flash ROM是否可以正常讀/寫(xiě)。
（2）BDI2000結(jié)合IAR EW的軟件測(cè)試
在板上存儲(chǔ)器正常工作的基礎(chǔ)上，使用IAR公司 (http://www.iar.com) 的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境Embedded Workbench編寫(xiě)出簡(jiǎn)單的測(cè)試程序，其中包括匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言。只要在EW中利用它提供的嵌入式C/C++優(yōu)化編譯器、匯編器、連接定位器，就可以生成目標(biāo)機(jī)的可執(zhí)行程序；利用EW的C-SPY調(diào)試器中支持的RDI接冢?涂梢院虰DI2000建立連接，直接將編寫(xiě)的代碼下載到板上在線仿真。由于BDI2000仿真器是通過(guò)10M以太網(wǎng)連接計(jì)算機(jī)，并且通過(guò)JTAG接口與目標(biāo)機(jī)相連，BDI2000與目標(biāo)機(jī)的通信速率可達(dá)16Mb/s，程序下載速率可達(dá)320 KB/s，因此可以大大提高平臺(tái)軟件開(kāi)發(fā)的效率。
在初步的測(cè)試程序編寫(xiě)完成以后，逐步對(duì)板上的其它外設(shè)和通信端口進(jìn)行測(cè)試。
（3）串口監(jiān)控程序
NetCARM7上的串口除了可以提供少量數(shù)據(jù)傳送和控制信息的輸入/輸出以外，為了方便平臺(tái)的軟件維護(hù)，我們還開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于板上串口的監(jiān)控程序，經(jīng)RS232接口就可將PC與NetCARM7相連，完成以下功能：① 顯示處理器各狀態(tài)下寄存器的值；② 修改指定地址的SRAM、FlashROM中的內(nèi)容；③ 查看指定地址的存儲(chǔ)器中的內(nèi)容；④ 將用戶編寫(xiě)的代碼下載到NetCARM7的指定地址的SRAM、Flash ROM中；⑤ 從指定地址開(kāi)始執(zhí)行用戶代碼；⑥ 通過(guò)設(shè)置跳線，選擇從用戶放在FlashROM中的代碼直接啟動(dòng)（上電后直接運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序）；⑦ 支持用戶設(shè)置的軟件中斷，在中斷以后可以使用①、②、③項(xiàng)功能，用以方便用戶調(diào)試自己的代碼。這樣，在平臺(tái)用于實(shí)際的測(cè)控系統(tǒng)產(chǎn)品以后，在儀器工作現(xiàn)場(chǎng)只需改變跳線就可以使板上的監(jiān)控程序工作，通過(guò)串口升級(jí)整個(gè)系統(tǒng)軟件，也包括監(jiān)控程序本身，在沒(méi)有JTAG調(diào)試工具的時(shí)候，方便地對(duì)可能出現(xiàn)的比較簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行修復(fù)。
（4）μC/OS-Ⅱ的移植
對(duì)μC/OS-Ⅱ的移植在BDI2000和IAR EW的幫助下變得非常簡(jiǎn)單。在完成CPU的初始化以后，首先對(duì)時(shí)鐘節(jié)拍進(jìn)行設(shè)置（10~100Hz）。對(duì)AT91M40800只需編寫(xiě)相應(yīng)的定時(shí)器中斷處理程序，在程序中調(diào)用操作系統(tǒng)的OSTimeTick（），并在其AIC(Advanced Interrupt Controller )中設(shè)置定時(shí)器的優(yōu)先級(jí)別，并將定時(shí)器中斷處理程序的地址放到相應(yīng)的中斷向量表中即可。使定時(shí)器產(chǎn)生中斷，必須在開(kāi)始多任務(wù)調(diào)度后，即在第一個(gè)任務(wù)中使能定時(shí)器。其次，對(duì)μC/OS-Ⅱ移植主要集中在includes.h、OS_CPU_A.S、OS_CPU_C.C等CPU相關(guān)文件的移植，上層任務(wù)調(diào)度部分不需要任何修改。對(duì)于多任務(wù)操作系統(tǒng)，只需將復(fù)雜的應(yīng)用分成簡(jiǎn)單的、相互聯(lián)系的任務(wù)，再把各個(gè)不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)交給操作系統(tǒng)去管理就可以了。
（5）Interniche嵌入式協(xié)議棧的移植
BDI2000結(jié)合IAR EW在線調(diào)試對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)的幫助作用更加明顯。對(duì)于同樣具有良好可移植特性的Interniche協(xié)議棧，只需要根據(jù)以太網(wǎng)控制器RTL8019手冊(cè)上的詳盡描述，編寫(xiě)出發(fā)送包、接收包的函數(shù)，以及用于以太網(wǎng)控制器的外部中斷處理程序就可以完成對(duì)Interniche的網(wǎng)絡(luò)部分的移植。由于Interniche協(xié)議棧也是可以獲得源碼的，所以對(duì)于任何網(wǎng)絡(luò)控制器都可以通過(guò)不斷的調(diào)試最終完成自己的驅(qū)動(dòng)程序。此外，為了方便調(diào)試，使Niche ToolTM工作，還應(yīng)該完成對(duì)Interniche中向串口收發(fā)字符putchar(); getch()的移植，就可以在PC端使用超級(jí)終端經(jīng)過(guò)串口與NetCARM7上的Interniche 基于命令行交互了。Interniche的各種協(xié)議簇可以根據(jù)需要由μC/OS-Ⅱ調(diào)度的狀態(tài)查詢?nèi)蝿?wù)。這樣μC/OS-Ⅱ就和Interniche一起構(gòu)成了現(xiàn)代實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的軟件核心。
3 開(kāi)發(fā)平臺(tái)靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
（1）圖形化操作界面
圖形化操作界面是基于Interniche 的Webserver,通過(guò)WWW瀏覽器實(shí)現(xiàn)的。
利用Interniche提供的WebportTM，讓最終用戶通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)訪問(wèn)嵌入式測(cè)控系統(tǒng)，在WWW瀏覽器中設(shè)置測(cè)控設(shè)備工作參數(shù)，監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)及察看測(cè)量結(jié)果，而避免為嵌入式測(cè)控系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)去編寫(xiě)專(zhuān)用的GUI交互界面。在不同的儀器設(shè)備中的界面只需編寫(xiě)不同的HTML頁(yè)面，結(jié)合CGI技術(shù)就可以完成各種靈活、友好的交互功能了。這些界面只需要目標(biāo)機(jī)提供存儲(chǔ)空間就可以了。
（2）真正的遠(yuǎn)程控制
利用Interniche提供的PPP撥號(hào)上網(wǎng)，使用Email Alerte為嵌入式測(cè)控系統(tǒng)增加預(yù)告和報(bào)警功能，測(cè)控設(shè)備就可以向遠(yuǎn)程的Email地址發(fā)出預(yù)先設(shè)置好的信息，通知測(cè)控設(shè)備的工作情況，實(shí)現(xiàn)嵌入式測(cè)控設(shè)備真正的"無(wú)人值守"遠(yuǎn)程控]]>
GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性能、定位精度以及功能的豐富性與其所選用的CPU性能有很大關(guān)系。具有較大動(dòng)態(tài)范圍的接收機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)算量大、刷新速度高，對(duì)微處理器提出了更高的要求，即接收機(jī)應(yīng)具有較高的數(shù)字信號(hào)處理能力。DSP芯片具有適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，它運(yùn)算速度快、接口方便、編程方便、穩(wěn)定性好、精度高、集成方便，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。因此筆者的GPS接收機(jī)使用DSP芯片作為中央處理器。在此基礎(chǔ)上，采用一系列的算法，如利用接收機(jī)原始的偽距和偽距變化率進(jìn)行GPS／INS組合算法和抗多徑算法及設(shè)計(jì)新的載波跟蹤環(huán)路等，提高接收機(jī)的抗干擾和動(dòng)態(tài)性能及定位精度。
1 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
采用相關(guān)接收技術(shù)的GPS接收機(jī)一般可以分為三個(gè)功能模塊：射頻前端模塊，信號(hào)處理模塊和應(yīng)用處理模塊，如圖1所示。高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)組成與其類(lèi)似，關(guān)鍵在于信號(hào)處理模塊具有快速捕獲功能和較大的捕獲、跟蹤帶寬。
信號(hào)處理模塊的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行捕獲、跟蹤、解擴(kuò)、解調(diào)等，提取觀測(cè)量和導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)。GPS擴(kuò)頻信號(hào)的解擴(kuò)一般通過(guò)相關(guān)接收技術(shù)完成，信號(hào)處理模塊的核心就是相關(guān)器。多通道接收機(jī)一般采用多通道相關(guān)器實(shí)時(shí)地跟蹤4顆或4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)。
以GP2010、GP2021芯片組作為接收前端和相關(guān)器，GP2021由時(shí)基產(chǎn)生電路、地址譯碼器、狀態(tài)寄存器及12通道獨(dú)立跟蹤模塊等組成。其中每一獨(dú)立跟蹤模塊包含載波DCO、碼DCO、相關(guān)器和相應(yīng)的載波整周計(jì)數(shù)器、碼相位和歷元計(jì)數(shù)器等。 相關(guān)器還提供了一個(gè)5．714MHz時(shí)鐘給GP2010，對(duì)GP2010的4．309MHz信號(hào)進(jìn)行欠采樣，得到1．405MHz的中頻數(shù)字信號(hào)。GP2010輸出中心頻率為1．405MHz的中頻信號(hào)給GP2021。GPS接收機(jī)前端和相關(guān)器如圖2所示。
根據(jù)DSP芯片運(yùn)算速度、價(jià)格、軟硬件資源、運(yùn)算精度、開(kāi)發(fā)工具、功耗等因素，以TI公司的32位DSP芯片TMS320VC33作為中央處理器進(jìn)行GPS信號(hào)處理和定位求解。其運(yùn)算速度為75MIPS，單指令周期為13ns，內(nèi)置1．1Mbit RAM，由0．18μm CMOS工藝制造。
DSP功能包括信號(hào)收集處理、GP2021硬件控制、相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路、GPS導(dǎo)航電文提取、電文推算、導(dǎo)航定位求解等[1](見(jiàn)圖3)。
信號(hào)收集處理主要完成從相關(guān)器輸入正交、同相超前和滯后通道的相關(guān)積分值，根據(jù)這些積分值實(shí)現(xiàn)碼環(huán)、載波環(huán)捕獲和跟蹤過(guò)程中的判決和濾波等功能[2]。
GP2021硬件控制主要完成碼環(huán)、載波環(huán)路的閉合控制過(guò)程。根據(jù)相位跟蹤環(huán)路和碼環(huán)、載波環(huán)路輸出的控制量動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)GP2021的碼DCO和載波DCO中的值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解調(diào)。
相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路是載波跟蹤環(huán)路的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，由它實(shí)現(xiàn)載波相位的抽取和數(shù)據(jù)解調(diào)。
接收機(jī)充分利用DSP處理器的功能，將以上軟件都集中在一片DSP處理器中運(yùn)行。DSP芯片的高速運(yùn)算性能使得部分硬件功能軟化，大大縮小了接收機(jī)的體積，同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。
在碼和載波跟蹤環(huán)路中，許多地方使用了數(shù)字濾波器。由于TMS320VC33計(jì)算精度很高，可以實(shí)現(xiàn)幅頻特性很陡直的濾波器，完成帶寬很窄的濾波。另外，DSP在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理過(guò)程中，僅受量化誤差和有限字長(zhǎng)影響，在處理過(guò)程中不引入其他噪聲影響，有較高的信噪比。而這些正是筆者跟蹤環(huán)路、跟蹤頻率斜升信號(hào)所必須的。同時(shí)，用DSP軟件編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波，只需修改編程過(guò)程中的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，就能靈活方便地實(shí)現(xiàn)不同性能的濾波器，從而改變跟蹤環(huán)路的環(huán)路特性，為環(huán)路的調(diào)試帶來(lái)極大的便利和靈活性。
2 動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究
(1)實(shí)時(shí)有效的GPS星的歷書(shū)的推算：為快速捕獲信號(hào)，快速地定位，縮短冷啟動(dòng)時(shí)間，必須保證實(shí)時(shí)有效的GPS星的歷書(shū)的存在。衛(wèi)星的最新歷書(shū)直接由用戶根據(jù)較早的星歷導(dǎo)出，通過(guò)外推得到冷捕搜星時(shí)刻的有效數(shù)據(jù)。現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)對(duì)間隔一個(gè)月的星歷進(jìn)行推算，GPS星軌道長(zhǎng)半徑α、偏心率e、軌道面傾角i、軌道準(zhǔn)經(jīng)度Ω0、軌道近地點(diǎn)角矩ω、平近點(diǎn)角M、星鐘參數(shù)af0、af1都可達(dá)到相當(dāng)?shù)木龋渲衋、e、i的值變化不大，同時(shí)設(shè)6個(gè)攝動(dòng)修正參數(shù)為零。這樣，就可得間隔一個(gè)月后的歷書(shū)。
t1時(shí)刻
af0=：0．596651807427D-04 af1=0．579802872380D—11
t1+30天時(shí)刻
af0=0．724918209016D-04 af1=0．477484718431D-11
t1+30天時(shí)刻的推算結(jié)果
afo=0．7237169739D-04 af1=0．4706628D-11
t1時(shí)刻 t1+30天時(shí)刻
Ωt1=-2．09716567564 Ω0t2=-2.72117917258
ωt1=-1．71643691820 ωt2=-1．67529031669
Mot1=3．08373107049 Mot2=-2．08799859062
由toe1，時(shí)刻的星歷可推算出toe2時(shí)刻的星歷
計(jì)算得出Ω1ot2=-2．720653，ωt2=-1．666083，
Mlot2=-2．085210
(2) 時(shí)鐘特性對(duì)高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)性能影響的研究：時(shí)鐘特性(頻率飄移和老化率)對(duì)高動(dòng)態(tài)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)性能有較大的影響，在高動(dòng)態(tài)接收機(jī)中必須予以考慮并盡量消除之。其中，頻率飄移的消除大約可以使冷啟動(dòng)時(shí)間縮短60s。
(3)高加速度下的載波跟蹤環(huán)路的研究：為檢測(cè)高動(dòng)態(tài)GPS信號(hào)，需要設(shè)計(jì)碼環(huán)及載波環(huán)的捕獲與跟蹤數(shù)字系統(tǒng)。當(dāng)使用對(duì)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行時(shí)域(碼相位)和頻域(多普勒頻移)的二維搜索從而對(duì)載波多普勒頻移逐次逼近掃描的串行搜索法時(shí)，在高動(dòng)態(tài)下，由于碼的捕獲是分頻段進(jìn)行的，載波跟蹤環(huán)路對(duì)碼跟蹤環(huán)路提供速度輔助，且由于碼的跟蹤是在頻率誤差范圍500Hz以內(nèi)進(jìn)行的，一定范圍內(nèi)的高加速度引起的頻率變化率對(duì)碼的捕獲和跟蹤影響不大，環(huán)路失鎖首先從載波跟蹤環(huán)路開(kāi)始。同時(shí)，一定范圍內(nèi)的高速度只影響頻率捕獲所涉及到的頻段數(shù)而對(duì)頻率跟蹤影響不大。因此，在高動(dòng)態(tài)下，在CPS信號(hào)的碼跟蹤和載波捕獲與跟蹤問(wèn)題中解決在高加速度下的載波跟蹤問(wèn)題具有十分重要的意義。需設(shè)計(jì)出具有較大動(dòng)態(tài)范圍的載波跟蹤相關(guān)算法。該算法應(yīng)同時(shí)兼顧在高加速度和高加速度環(huán)境下的環(huán)路工作特性。
現(xiàn)在，筆者已設(shè)計(jì)出具有較大動(dòng)態(tài)范圍的載波跟蹤環(huán)路，并使用在接收機(jī)中，但環(huán)路的各項(xiàng)具體指標(biāo)正在測(cè)試中。接收機(jī)載波跟蹤模塊工作流程圖如圖4所示。
(4)對(duì)原低動(dòng)態(tài)接收機(jī)的相位跟蹤環(huán)路的改進(jìn)。四項(xiàng)鑒頻器和叉積鑒頻器實(shí)現(xiàn)精確的頻率跟蹤，相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路是載波跟蹤環(huán)路的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，由它來(lái)實(shí)現(xiàn)載波相位的抽取和數(shù)據(jù)解調(diào)。到叉積鑒頻器時(shí)只能實(shí)現(xiàn)碼鎖定、載波鎖定。位同步和幀同步狀態(tài)只有在相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路正確工作后才可實(shí)現(xiàn)。而只有當(dāng)幀同步(即數(shù)據(jù)可以正確解調(diào)下來(lái)并實(shí)現(xiàn)幀同步)后，接收機(jī)才可得到正確的偽距。此后建立導(dǎo)航定位方程組并準(zhǔn)確定位。故而，如相位跟蹤和導(dǎo)航數(shù)據(jù)解調(diào)環(huán)路不能正常工作，接收機(jī)將不能定位。適當(dāng)擴(kuò)大載波跟蹤環(huán)路等效噪聲帶寬BLF，跟蹤精度降低，載波跟蹤環(huán)路產(chǎn)生的各項(xiàng)誤差會(huì)反應(yīng)到相位跟蹤環(huán)路，但捕獲時(shí)間縮短且鎖相環(huán)的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)得到改善；同時(shí)，對(duì)于相位跟蹤環(huán)路，由于它的線性牽引有效范圍有限，如果可以擴(kuò)大這個(gè)范圍，則可補(bǔ)償由于變寬而對(duì)相位跟蹤環(huán)路造成的影響，同時(shí)增加相位跟蹤環(huán)路對(duì)載波跟蹤環(huán)路補(bǔ)償作用的范圍，從而改善在高加速度下載波跟蹤性能。
(5)輔助跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)：信號(hào)一旦非正常失鎖如何快速重新捕獲，還必須結(jié)合GPS星歷進(jìn)行輔助跟蹤環(huán)路的設(shè)計(jì)。
(6)冷啟動(dòng)算法的設(shè)計(jì)：當(dāng)接收機(jī)無(wú)歷書(shū)存儲(chǔ)或由于長(zhǎng)時(shí)間未開(kāi)機(jī)造成歷書(shū)無(wú)效時(shí)接收機(jī)開(kāi)機(jī)即處于盲捕狀態(tài)。而歷書(shū)預(yù)報(bào)誤差較大時(shí)，接收機(jī)將花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行GPS星的捕獲和星歷下傳后才可準(zhǔn)確定位。而準(zhǔn)確的軌道參數(shù)和星鐘參數(shù)推算并輔之以合理的冷啟動(dòng)搜星算法則可使接收機(jī)快速定位。對(duì)接收機(jī)接收到的GPS信號(hào)的載波多普勒頻移進(jìn)行了分析并給出其各組成部分的計(jì)算公式，同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)各組成部分對(duì)接收機(jī)星捕獲占用時(shí)間的影響進(jìn)行了分析，提出了通過(guò)消除接收機(jī)時(shí)鐘頻率漂移并輔之以有效歷書(shū)推算的新的冷啟動(dòng)算法，大大縮短了高動(dòng)態(tài)GPS接收機(jī)冷啟動(dòng)的時(shí)間。在靜止的接收機(jī)中預(yù)先輸入接收機(jī)本地概略地址和時(shí)間的情況下，冷啟動(dòng)時(shí)間縮短至25s以內(nèi)。
3 實(shí)驗(yàn)
時(shí)間：2003．9．5～9．27
接收機(jī)狀態(tài)：靜止，接收機(jī)預(yù)先輸入接收機(jī)本地概略地址和時(shí)間，有歷書(shū)推算：
星號(hào) 15 26 21 29
接收機(jī)測(cè)得的多普勒頻移值 7320 2579 4120 2381
推算得到的多普勒頻移值 7201 2566 4356 2210
程序設(shè)置的多普勒頻移值 7201 2566 4356 2210
4顆星達(dá)到載波跟蹤狀態(tài)所需時(shí)間：21s
不考慮接收機(jī)時(shí)鐘漂移的冷啟動(dòng)時(shí)間：82s
考慮接收機(jī)時(shí)鐘漂移后的冷啟動(dòng)時(shí)間：21s 相關(guān)的型號(hào)資料 TOP223Y DB-9 BT136-600E TOP223Y]]>