基于Cortex-A8嵌入式实验平台的设计与实现

2018-02-04 17:23:43编辑:什么鱼 关键字:Cortex-A8  实验平台

内容摘要:针对目前嵌入式教学实验平台资源的不足,为了使理论与实践相结合、软硬件联系更紧密,设计提出了一套Cortex—A8内核的嵌入式系统实验平台方案,采用主流硬件构成,阐述了各实验设计流程,最后给出了嵌入式实验开发的关键问题。该实验系统模块丰富,具有可移植、可扩展的特点,实验设计层次鲜明,可满足教师科研工作与实验教学的需求。

    随着市场需求的增长,嵌入式技术已经渗透到生活的各个方面,面对嵌入式领域日益旺盛的人才缺口,很多高校的相关专业都开设了嵌入式系统相关课程。以往嵌入式教学平台已很难满足电子通信行业高速发展,同时企业急需高素质的,具有产品经验的毕业生加入团队。而嵌入式技术具有很强的综合性,要求设计人员同时具备软硬件知识,需要了解特定任务对微处理器、存储器,外围设备和接口的要求,能够根据任务需求选择性能指标合适的元器件,并且能够设计电子电路(包括画元器件图,原理图,和PCB板图)。同时嵌入式又是一门实践性很强的技术,而传统的嵌入式系统的开发实验平台不是过于简单,就是结构过于复杂冗余。

    本文设计了一套嵌入式系统实验平台,为嵌入式系统教学提供了实验环境,学生可以通过本平台了解嵌入式系统软硬件设计的一般思路和步骤,熟悉嵌入式操作系统和嵌入式图形用户界面的移植过程。经过深入的学习研究,还可以在该平台的基础上连接外设,进行多种功能的扩展,为嵌入式控制器的设计和技能大赛作很多有益的准备工作。该平台对于培训学生的嵌入式系统软硬件设计能力有很大帮助。同时该平台在设计与实现中也兼顾了实际应用的需要,在该平台基础上可以很方便地进行二次开发,实现包括电子书、视频采集、GPS等在内的多类产品的设计,因而该平台也可作为一套嵌入式产品解决方案。

    1 嵌入式系统实验装置的开发

    结合科研教学及嵌入式趋势的发展,本实验平台总体设计思想是要构建一个具有代表性的嵌入式系统,同时兼顾教学与科研两方面的要求,因而在元器件选择上采用了主流且实用的型号。

    1.1 实验装置硬件设计

    实验平台的硬件是采用CortexTM—A8内核的S5PC110处理器、以太网接口、串行接口、GPS模块、SD卡、触摸屏、无线模块、音频模块等设备构成,通过JTAG调试接口进行程序的烧录、调试。其片上资源丰富,通过各外设接口,学生可以进行基本硬件实验、软件实验、操作系统实验、嵌入式产品二次开发实验。

    实验平台硬件均选取当前主流器件,各功能模块如图1所示。

    1)ARM处理器选择CortexTM—A8内核的S5PC110设计而成。该处理器采用了32位的ARM精简指令集的一种处理器,能达到1 GHz的运算速度,其视频编解码能力达到1080p,支持电视输出(NTSC/PAL/IHDMI),LCD的分辨率典型支持1 024x768。本处理器应用从智能手机到导航设备,都有完善的解决方案。并且集成了很多所需要的组件,比如无线通讯,个人导航,摄像,移动游戏,移动音乐和视频的播放,移动电视和PDA功能。

    2)GPS模块:GPS器件是采用SiRF公司的Prima系列芯片,其支持各种外围设备,例如CMMB,视频输入等功能,具有灵敏度高,便携,功耗低等特点。

    3)串口模块:软件调试、与外设的连接以实现串口通信。

    4)USB接口:可扩展多组外设模块,如WiFi模块、移动硬盘、摄像头等应用模块。

    5)触摸屏液晶TTL接口:采用TFT7寸(800*480)屏,分辨率可达1366x768,支持触摸功能,提供人机交互模式,显示重要信息。

    6)SD卡接口:嵌入式实验平台数据的存储及扩展。

    7)电源模块:产生实验平台中各部分电路的电源。

    8)以太网模块:实现有线网络数据通信,下载μClinux内核及文件系统。

    1.2 实验平台软件设计

    嵌入式实验装置软件平台的关键就是各个实验功能模块的开发,结合嵌入式系统理论课程的内容,实验平台开发了以下实验内容(图2)。

    1)基本硬件实验。目的是让学生结合理论知识了解嵌入式系统的硬件环境,理解基本的程序代码,熟悉软件编译环境和基本操作流程。结合实际教学目标,实验平台提供了6个基本实验,分别是跑马灯控制实验、数码管控制实验、键盘控制实验、PWM控制实验、串行通信实验、电机控制实验。根据任务指导书的内容进行实验调试后,可使初学者熟悉实验目的及原理、实验流程,掌握基本的嵌入式程序开发的能力。

    2)嵌入式软件实验。通过以太网通信实验、无线通信实验、USB接口实验、键盘控制实验、触摸屏控制实验、GPS导航实验等环节,加深学生对嵌入式软硬件结构和编程的认识。

    3)嵌入式操作系统实验。设计了嵌入式操作系统的移植和裁剪任务,包括服务功能的裁剪和数据结构的裁剪。可使学生熟悉和μC/OC-II和μCLinux的软件编译环境,进而掌握作系统的移植、文件系统和人机交互界面的开发等,然后可更深入的进行综合实验、相关课程设计的学习及项目的开发,加强学生对嵌入式系统的理解和应用能力的培养,提高学生钻研的主动性,最终具备嵌入式系统软、硬件独立开发能力。

    4)嵌入式产品二次开发。结合实际应用,通过典型案例培养学生独立开发的能力。

    2 关键问题及性能测试

    2.1 以太网模块

    以太网模块是建立下载内核镜像以及文件系统镜像的通道,为用户的提供有线网络服务。确保系统的硬件电路正常工作后,系统启动后,使用IPCONFIG配置网卡地址信息,保证嵌入式实验开发平台与PC机的IP地址在相同的网段内,即实验开发平台的IP地址为192.168. 1.xx,嵌入式实验开发平台通过交叉线与PC机相连,运行PINg网络命令,可进行网络连接测试。

    2.2 无线网络

    选用RT3070作为无线网卡芯片,在内核配置中添加无线网络选项,使μCLinux内核驱动程序支持RT3070无线网卡,然后对配置结束的μCLinux内核进行编译。还要必须移植无线网卡测试工具wirelesstools,在宿主机上交叉编译两个无线网络工具后,并把得到的测试工具安装到文件系统相应目录下面。系统启动结束后,把RTLS187无线网卡插入到嵌入式实验开发平台后,系统成功驱动RT3070无线网卡后,使用无线网络工具iwlist扫描附近网络中的热点AP,然后使用无线网络工具iwconfig连接实验室无线网络热点,添加相应的路由,系统可以识别无线网卡,并搜索WiFi热点AP,实现无线上网功能。


    2.3 系统性能参数

    通过实验测试,嵌入式实验开发平台的性能参数如表1。



    3 结论

    嵌入式技术作为一门综合程度高、发展势头迅猛的交叉性学科,要求学习人员在知识储备上需保持前沿性,且具有较强的实践能力。对于嵌入式系统的学习,加强和提高实验教学是培养创新能力的关键。笔者设计了适合嵌入式系统实验教学的实验装置,包括了基础软硬件实验、操作系统移植实验、产品的二次开发。实验装置配置高,配套实验齐全,内容软硬件结合紧密、循序渐进,层次清晰,使学生明确了学习任务,更快地培养学生嵌入式软硬件开发能力,为其从事嵌入式行业打下坚实的基础。


关键字:Cortex-A8  实验平台

来源: eefocus 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/article_2018020437679.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:基于ARM7系列芯片嵌入式平台上实现的设计方案解析
下一篇:基于GPRS和嵌入式Linux的远程图像监控系统设计

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

载互联网T-BOX解决方案

Telematics BOX,简称车载T-BOX,车联网系统包含四部分,主机、车载T-BOX、手机APP及后台系统。主机主要用于的影音娱乐,以及车辆信息显示;车载T-BOX主要用于和后台系统/手机APP通信,实现手机APP的车辆信息显示与控制。当用户通过手机端APP发送控制命令后,TSP后台会发出监控请求指令到车载T-box,车辆在获取到控制命令后,通过CAN总线发送控制报文并实现对车辆的控制,最后反馈操作结果到用户的手机APP上,仅这个功能可以帮助用户远程启动车辆、打开空调、调整座椅至合适位置等。一、车载互联网系统介绍车载互联网以GPS、RFID、传感器、OBD、T-BOX为载体,实现车辆位置、速度、路线方面的信息采集,以实现车辆
发表于 2018-07-11 16:30:23
载互联网T-BOX解决方案

Cortex-A9与地铁闸机读卡器的融合

Cortex-A9 是十年前性能最高的 ARM 处理器,可实现受到广泛支持的 ARMv7 体系结构的丰富功能。Cortex-A9 处理器的设计旨在打造最先进的、高效率的、长度动态可变的、多指令执行超标量体系结构,提供采用乱序猜测方式执行的 8 阶段管道处理器,凭借范围广泛的消费类、网络、企业和移动应用中的前沿产品所需的功能,它可以提供史无前例的高性能和高能效。一、地铁闸机改造升级简介相比传统地铁闸机的NFC读卡方式,支持二维码扫码功能的地铁闸机不在需要支持NFC功能也能享受地铁乘车优惠。在支付宝和银联的大力推动下,主流一线城市已经在2017年全面展开升级改造。地铁闸机升级改造主要分为传统地铁闸机升级改造和新地铁线路闸机普及,传统
发表于 2018-07-04 16:24:27
Cortex-A9与地铁闸机读卡器的融合

Arm Cortex-A76的微架构改进了什么?

近日,在Arm Tech Day 2019上,Arm计算产品事业部高级技术副总裁及研究员Peter Greenhalgh详细讲述了最新推出的Cortex-A73处理器。Peter表示,采用该方案的笔记本性能水平相当于i5,实现了中档笔记本的性能,同时只需要移动设备水平的功耗。此前,有媒体报道,A76由Arm Austin团队设计,和A57/A72一脉相承。作为比较,A73/A75是Sophia团队,A53/A55是Cambridge团队。Peter表示:“Cortex-A76采用了全新的微架构,一方面突破了理论极限的性能瓶颈,同时利用更小的面积和功耗实现了更高的性能。”该产品是目前Arm处理器家族的最顶级产品,因此所面向的市场
发表于 2018-06-29 15:43:36
Arm Cortex-A76的微架构改进了什么?

ARM 高性能新品:Cortex A76 CPU和Mali-G76 GPU

ARM发布新的高性能CPU和GPU设计,分别是Cortex A76和Mali G76。A76由Austin团队设计,和A57/A72一脉相承。作为比较,A73/A75是Sophia团队,A53/A55是Cambridge团队。在发布会中,ARM一直强调新CPU的笔记本级性能,架构师Mike Filippo表示,Cortex A76相当于i5-7300,如果IP厂商缓存设计得更好,那么可以媲美i7。当然,演示中3.3GHz的A76功耗超过了5W,这对于手机来说肯定是不可接受的,笔记本倒还好。官标的数据方面,基于台积电7nm工艺的3GHz A76核心比10nm 2.8GHz的A75核心性能提升35%、省电40%、机器学习的负载能力提升
发表于 2018-06-04 20:10:28
ARM 高性能新品:Cortex A76 CPU和Mali-G76 GPU

基于ARM v7 Cortex A8的开发平台分析

下一代3D图形、游戏物理应用以及传统嵌入式控制应用的需求。此外,ARMv7还支持改良的运行环境,以迎合不断增加的JIT(Just In Time)和DAC(DynamICAdaptlve Compilation)技术的使用。  Cortex系列处理器是基于ARMv7架构的,分为Cortcx-M3、Cortex-R和Cortex-A三类。ARM Cortex-M3处理器是为存储器和处理器的尺寸对产品成本影响极大的各种应用专门开发设计的;ARM Cortex-R系列处理器目前包括ARM Cortex-R4和ARM Cortex-R4F两个型号,主要适用于实时系统的嵌入式处理器;而ARM Cortex-A8处理器是一款适用于复杂操作系统
发表于 2018-02-01 19:44:01
基于ARM v7 Cortex A8的开发平台分析

一款基于ARM7的嵌入式实验平台设计

;   现有的一些嵌入式系统实验平台已经非常成熟,产品也覆盖了ARM7至ARM9的各大公司芯片。这些平台在一块实验板上,不仅实现了ARM芯片的全部功能,而且进行了相关扩展,在实验板上提供了几乎所有的接口,使得学生能够充分接触到类型的接口的编程,能够很好的在实验板上进行各种软件的实验和开发。但是,这类平台也存在相当的不足。学生在其提供的实验平台上,只能完成软件部分的练习,对于硬件部分的分析和设计却不能得到很好的锻炼。ARM开发是一项软硬件相结合的技术,在ARM硬件设计方面,学生普遍还存在相当的不足,而在这方面的教育资源目前比较匮乏,需要一个合适的ARM实验平台来全面提高学生的软硬件水平。本设计关于ARM实验平台的构建提出一些参考意见
发表于 2018-02-18 22:13:51
一款基于ARM7的嵌入式实验平台设计

小广播

何立民专栏

单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved