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來源：Digikey 作者：Kenton Williston 在工業(yè)自動化和醫(yī)療保健等應用領域，大部分現(xiàn)有基礎設施都以 Windows 為基礎。開發(fā)人員若要為這些領域開發(fā)低功耗、低成本邊緣設備，Windows onArm® 就是一個顯而易見的選擇，原因是該系統(tǒng)可將 Windows 平臺引入高效的 Arm 架構(gòu)。 然而，在 Arm 系統(tǒng)上創(chuàng)建 Windows 時，一個主要挑戰(zhàn)是缺乏合適的開發(fā)套件。盡管操作系統(tǒng) (OS) 早已應用于各種板級物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和嵌入式計算系統(tǒng)，但在開始編碼之前，這些產(chǎn)品通常需要大量的硬件工程。 開發(fā)人員需要一種盒式 PC 型解決方案，其中預裝了 Windows on Arm 并集成了應用程序開發(fā)工作所需的全部組件。這樣將減少設置時間和復雜性，讓開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹贸绦蜷_發(fā)和測試，而不必擔心初始軟件安裝和配置。 本文說明了促使采用 Windows for Arm 的操作系統(tǒng)選擇標準，并回顧了可供考慮的不同 Windows 版本。文中隨后介紹了 Advantech 的 EPC-R3720IQ-AWA12 Windows on Arm 開發(fā)套件，并說明其如何提供無縫環(huán)境來加速開發(fā)。其中包括入門提示并指出可與該套件配合使用的 Microsoft 工具。 為什么使用 Windows 而不是 Linux 或 RTOS？ 在選擇操作系統(tǒng)時，開發(fā)人員有很多選擇，包括 Linux 和各種實時操作系統(tǒng) (RTOS)。至于為何選擇 Windows 而不是這些替代方案，一個常見原因是 Windows 提供了大量的軟件和庫。對于使用傳統(tǒng) Windows 基礎設施的環(huán)境來說，這是一個至關重要的考慮因素。 此外，Windows 還提供了一個成熟的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，以及 Visual Studio 和 .NET 框架等全面的工具和應用程序編程接口 (API)。程序員可以從 C++、Python 和 Node.js 等廣泛的編程語言中進行選擇，還可以訪問 Microsoft Azure 的各種服務，快速構(gòu)建復雜的功能。 Linux 也提供一些上述優(yōu)勢，但配置和維護 Linux 構(gòu)建版本可能需要付出巨大努力。此外，Linux 發(fā)行版本可能存在很大差異，從而給開發(fā)過程帶來了挑戰(zhàn)。 與 Windows 和 Linux 不同，實時操作系統(tǒng) (RTOS) 則強調(diào)效率。它們通常缺少高級功能，例如全功能操作系統(tǒng)提供的豐富圖形用戶界面 (GUI) 和廣泛的生態(tài)系統(tǒng)。 歸根結(jié)底，如果開發(fā)人員需要的是一個穩(wěn)健、功能豐富、安全且擁有成熟開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，那么 Windows 就是一個極具吸引力的選擇。不過，Windows 提供多種形式，了解個中差異至關重要。 了解 Windows 選項 Microsoft 提供多種不同的 Windows 系統(tǒng)。表 1 顯示了不同版本之間的一些主要區(qū)別。對于 EPC-R3720IQ-AWA12，Advantech 選擇了 Windows IoT Enterprise。Windows IoT Enterprise 的優(yōu)勢之一是兼容觸摸屏友好的通用 Windows 平臺 (UWP) 和傳統(tǒng)的 Win32 應用程序。有了這種靈活性，開發(fā)人員便可以選擇最適合其需求的應用程序模型。 
表 1：不同版本的 Windows 支持獨特用例。（表格來源：Kenton Williston，基于 Microsoft 信息提供） 此外，Windows IoT Enterprise 還提供了高級安全功能來提高可靠性： · 設備鎖定功能允許管理員限制設備只能運行授權的應用程序。 · 安全啟動可確保設備僅使用受信任的軟件啟動。 · BitLocker 加密技術有助于保護敏感數(shù)據(jù)。 該操作系統(tǒng)還提供企業(yè)級管理工具，可為部署的設備提供集中化支持。這些工具簡化了大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的維護工作和安全性。 上述許多功能在更緊湊的 Windows IoT Core 中并不受支持。該版本適用于資源有限的輕型單用途設備。其中取消了圖形用戶界面等功能，也不支持傳統(tǒng) Win32 應用程序，因此更適合作為復雜設備的配套操作系統(tǒng)。 相反，標準 Windows Pro 提供豐富的功能集，但無法針對物聯(lián)網(wǎng)部署進行定制。此外，標準版也不對長壽命設備提供 LTSC 支持。 為何要使用 Windows on Arm？ 過去，Windows 操作系統(tǒng)依附于 x86 架構(gòu)。如今，該操作系統(tǒng)也可以在 Arm 處理器上運行，而這種選擇開辟了新的設計可能性。 Windows on Arm 的主要優(yōu)勢在于效率。Arm 處理器以低功耗著稱，因此非常適合電池供電設備和熱管理要求較高的應用。基于 Arm 的系統(tǒng)還傾向于強調(diào)成本效益，使其成為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的一個極具吸引力的選擇。 Windows on Arm 開發(fā)套件快速入門 如上所述，Windows on Arm 的缺點之一是缺少現(xiàn)成可用的硬件。EPC-R3720IQ-AWA12 通過提供預裝 Windows 10 IoT 的盒式 PC 解決了這一問題。 如圖 1 所示，該開發(fā)套件封裝在一個 174 x 108 x 25 mm 的堅固外殼中。這個外殼可容納安裝支架，并且能根據(jù)需要進行現(xiàn)場部署。
圖 1：EPC-R3720IQ-AWA12 是一款由 Arm 處理器驅(qū)動的緊湊型盒式 PC，該處理器可運行 Windows 10 IoT。（圖片來源：Advantech） 該開發(fā)套件的核心是 NXP Semiconductors 的 MIMX8ML8DVNLZAB 片上系統(tǒng) (SoC)，這個系統(tǒng)基于四核 Arm Cortex-A53 處理器，運行頻率為 1.8 Ghz（在 EPC-R3720IQ-AWA12 上的運行頻率為 1.6 GHz）。該 SoC 配備了 2.3 TOPS 的神經(jīng)處理單元 (NPU)，非常適合邊緣的人工智能 (AI) 和機器學習 (ML) 工作負載。 該開發(fā)套件具有 6 GB 內(nèi)存和 16 GB 存儲空間，并可通過 Mini-PCIe、M.2、Micro SD 和 Nano SIM 卡插槽進行擴展。在連接性方面，該開發(fā)套件提供雙千兆位以太網(wǎng) (GbE) 端口、一個 USB 2.0 端口、一個 USB 3.2 Gen 1 端口、一個 HDMI 端口和一個支持 CAN FD 的串行端口。 設置開發(fā)套件 EPC-R3720IQ-AWA12 開發(fā)套件的設置過程非常簡單。下面將從基本設置開始羅列出關鍵步驟： 1、顯示器、鍵盤和網(wǎng)絡應分別通過 HDMI、USB 和以太網(wǎng)端口進行連接。 2、該開發(fā)套件會在首次啟動時自動啟動 Windows 10 IoT 設置流程。此操作完成后，用戶將看到 Windows 桌面環(huán)境。 3、用戶必須從 Microsoft 網(wǎng)站下載并安裝 Visual Studio，以設置開發(fā)環(huán)境。在安裝過程中，用戶必須選擇開發(fā) Windows IoT 應用程序和任何其他必要工作負載（如 .NET 或 UWP）所需的組件。 4、任何所需的軟件開發(fā)套件 (SDK) 和運行時均應進行安裝。例如，如果需要 .NET 6 或 .NET 7，應從 Microsoft 開發(fā)人員門戶網(wǎng)站或通過 Visual Studio 的安裝程序下載相應的運行時。 5、安裝必要的工具后，應針對 Windows IoT 開發(fā)配置 Visual Studio，確保安裝了正確版本的 Windows SDK 和工具。 根據(jù)應用需要，可能還需要其他配置： 1、如果需要無線網(wǎng)絡，應將天線連接到開發(fā)套件的內(nèi)置連接器上。為實現(xiàn)蜂窩連接，應配置并安裝 SIM 卡。 2、通過 M.2 插槽或其他 I/O 端口連接的任何外設均應進行測試，確保為這些外設安裝了必要的驅(qū)動程序和軟件。 3、如果應用程序涉及云連接，則必須配置相應的 Azure IoT Hub 或其他云服務。這包括設置 Azure 賬戶、使用 Azure 創(chuàng)建資源以及配置開發(fā)套件以與這些資源通信。 現(xiàn)在，用戶可以繼續(xù)進行應用程序開發(fā)和部署。若要進行開發(fā)，首先可以通過在 Visual Studio 中創(chuàng)建一個新項目或打開一個現(xiàn)有項目。應用程序可以直接在設備上進行開發(fā)、運行和測試。 如果用戶計劃從開發(fā) PC 遠程調(diào)試應用程序，則應設置遠程調(diào)試。這包括在開發(fā)套件和 PC 上配置遠程調(diào)試工具。 總結(jié) Windows on Arm 為復雜的物聯(lián)網(wǎng)設備提供了許多引人注目的優(yōu)勢。EPC-R3720IQ-AWA12 開發(fā)套件為開發(fā)人員提供了一種為該操作系統(tǒng)創(chuàng)建應用程序的快速途徑，并且在某些情況下，硬件還可以直接用于部署。如本文所述，開發(fā)套件的入門過程非常簡單，開發(fā)人員只需進行最少的設置，即可開始應用程序開發(fā)。 |
