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基于Cortex-A8嵌入式实验平台的设计与实现

2018-02-04 17:23:43来源: eefocus 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

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mcu/article_2018020437679.html
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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。

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