實(shí)驗(yàn)室建設(shè)計(jì)劃建議new

1、關(guān)于在電類專業(yè)開展嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)的建議一、概述技術(shù)與應(yīng)用可以說是一對(duì)雙生兄弟。技術(shù)的發(fā)展，使其在應(yīng)用領(lǐng)域的更廣泛使用成為可能，并不斷的被新的領(lǐng)域所接受；應(yīng)用與在新領(lǐng)域的應(yīng)用被拓展又對(duì)技術(shù)的發(fā)展不斷提出更高的需求。如此，社會(huì)生產(chǎn)力才能不斷的提高。在人類歷史的發(fā)展過程中，新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)或發(fā)明，是強(qiáng)大的原動(dòng)力。正如我們所知，蒸汽機(jī)的發(fā)明，使我們進(jìn)入了工業(yè)大生產(chǎn)的時(shí)代；電的發(fā)現(xiàn)，使我們進(jìn)入電氣化時(shí)代；而計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使我們進(jìn)入了信息化的時(shí)代。我們?cè)谟?jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的短短不到40年的時(shí)間，取得的成就是驚人的。而計(jì)算機(jī)技術(shù)被各領(lǐng)域的使用，目前正如火如荼的發(fā)展著。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，處理

2、機(jī)的功能更強(qiáng)大了，應(yīng)用的需求也更高了。在通訊、控制、圖象處理、智能儀表等領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，對(duì)軟件技術(shù)的存儲(chǔ)、通訊通道與協(xié)議棧、友好的人機(jī)界面、實(shí)時(shí)性處理等方面提出新的挑戰(zhàn)。把在PC領(lǐng)域的軟件技術(shù)，拓展到面向?qū)Ｒ粦?yīng)用對(duì)象的（控制、通信、顯示）終端上，成為一種迫切的需求。上世紀(jì)九十年代中晚期，嵌入式的設(shè)計(jì)理論被提出來，并被廣大從事終端設(shè)計(jì)的人員所接受。2002年前后，隨著ARM核處理機(jī)的被推廣，此類綜合應(yīng)用體現(xiàn)更為明顯，嵌入式的設(shè)計(jì)與應(yīng)用的概念被各高校所接受與推廣。在如此背景下，我們-南京海脈科技有限責(zé)任公司，采用ARM7TDMI核，推出了HM701ESP嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。二、HM701ESP嵌入

3、式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)“HM701ESP嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)” 是專用于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。平臺(tái)以主流的ARM內(nèi)核微處理機(jī)三星S3C44B0X為基礎(chǔ)，擴(kuò)展了多種應(yīng)用接口，并在開放源代碼uCOSII與ucLinux嵌入式操作系統(tǒng)下，為讓學(xué)生使用與掌握此類接口配備了豐富的實(shí)驗(yàn)程序。1“HM701ESP嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”特點(diǎn)：A、教學(xué)理念新我們根據(jù)與南京大學(xué)和東南大學(xué)的密切合作，整理出一套符合當(dāng)前現(xiàn)狀的教學(xué)思路與方法，描述如下：教學(xué)目的：通過教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生把微機(jī)原理、C語言、單片機(jī)接口與原理等課程有機(jī)的結(jié)合起來，并補(bǔ)充嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立、裸機(jī)程序開發(fā)、嵌入式操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)下的中間件

4、（GUI、FILE SYSTEM、TCP/IP）等內(nèi)容，通過在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的各種應(yīng)用，由淺入深的掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的一般過程與嵌入式系統(tǒng)的組成要素。教學(xué)方法：提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，推薦教材，整套的教學(xué)計(jì)劃與教學(xué)課件，并與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目的。B、產(chǎn)品配套完善硬件：平臺(tái)自帶一個(gè)實(shí)時(shí)在線仿真器（HMICEV40），通過仿真器，可完成檢查，修改目標(biāo)處理機(jī)的寄存器與存儲(chǔ)器的值，可設(shè)置斷點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)，可代碼下載，實(shí)時(shí)跟蹤，F(xiàn)LASH編程等，極大方便了老師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)。平臺(tái)本身接口豐富，包含：通訊類（RS23、485、10BASE-T、USB），總線類（IIC、IIS、SPI）,控制類（開關(guān)量、模

5、擬量、PWM），人機(jī)交互接口類（LED、LCD、TOUCH、PS2KEY、MOUSE、MATRIX KEY）等，同時(shí)我們考慮培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提供擴(kuò)展接口，可實(shí)現(xiàn)各種其他功能接口的擴(kuò)展應(yīng)用。軟件：多達(dá)40多個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的源代碼和九個(gè)綜合應(yīng)用實(shí)例，并提供uCOS-II與ucLinux的移植源碼，F(xiàn)LASH燒寫工具，豐富的中間件API接口函數(shù)。C、客戶代表性強(qiáng)“HM701ESP嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”已經(jīng)在南京大學(xué)，東南大學(xué)，南京師范大學(xué)，南京航空航天大學(xué)，南京理工大學(xué)，南京郵電學(xué)院，南京工業(yè)大學(xué)，河海大學(xué)，通院等學(xué)校的科研與教學(xué)中應(yīng)用。我們將致力于完善我們的平臺(tái)，促進(jìn)各學(xué)校之間的交流與合作，并建立一

6、個(gè)交流的平臺(tái)，推動(dòng)嵌入式教學(xué)與科研水平。2、 推薦的本科類教學(xué)方案2.1 嵌入式系統(tǒng)的基本概念2.1.1 處理機(jī)的發(fā)展史與當(dāng)前的主要應(yīng)用種類與應(yīng)用方向；（MCU、MPU、DSP、SOC、CPLD與FPGA）2.1.2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展史與概念以計(jì)算機(jī)技術(shù)與半導(dǎo)體技術(shù)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為中心的，軟硬件可裁減的對(duì)體積、功耗、成本、穩(wěn)定性與可靠性等有特殊要求的系統(tǒng)集成2.2、 嵌入式開發(fā)環(huán)境與仿真環(huán)境2.2.1 開發(fā)與仿真環(huán)境的概念流行的開發(fā)不同處理機(jī)的集成環(huán)境的種類，從高級(jí)開發(fā)語言到機(jī)器代碼產(chǎn)生的工作過程（編輯、編譯、連接）2.2.2 仿真的種類、仿真器的功能、仿真器的類型2.2.3 ADS1.2開發(fā)

7、環(huán)境與HMICEV40的仿真代理程序的安裝過程與使用方法2.3、裸機(jī)應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)下的應(yīng)用程序2.3.1 裸機(jī)程序設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：功能設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)2.3.2 裸機(jī)程序的可能功能模塊：自檢模塊、初始化模塊、監(jiān)控模塊、顯示輸出模塊、信息采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制決策模塊、信號(hào)輸出模塊、通訊模塊、時(shí)鐘模塊等2.3.3 通過幾個(gè)裸機(jī)程序的實(shí)例，強(qiáng)化單片機(jī)接口與原理、C語言、微機(jī)原理等課程的知識(shí)，使學(xué)生能盡快的在32位處理機(jī)平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)一些應(yīng)用。2.3.4 通過裸機(jī)程序，熟悉并使用ARM機(jī)的資源：鎖相環(huán)技術(shù)，DMA機(jī)理，存儲(chǔ)控制器，指令流水線，定時(shí)器，中斷控制器與中斷子程序；2.3.

8、5 熟悉并使用處理機(jī)片上集成或通過處理機(jī)擴(kuò)展的其他接口的擴(kuò)展與裸機(jī)的應(yīng)用程序:LCD控制器，IIC總線及器件，IIS總線及器件，GPIO及擴(kuò)展I/O,UART,網(wǎng)絡(luò)，USB等。2.3.6 通過上述的接口類型與不同的應(yīng)用結(jié)合起來：LCD顯示，LED顯示，音頻播放，觸摸屏，矩陣鍵盤2.4、嵌入式操作系統(tǒng)的引入2.4.1 一個(gè)完善的復(fù)雜的應(yīng)用設(shè)計(jì)，對(duì)人員駕御處理機(jī)的能力與需求的理解較高，在設(shè)計(jì)時(shí)，把對(duì)CPU及其擴(kuò)展資源的管理的工作交由操作系統(tǒng)做，此為引入操作系統(tǒng)的一個(gè)必要條件；對(duì)協(xié)議棧、GUI、文件系統(tǒng)等的要求越來越廣泛，讓此類復(fù)雜的應(yīng)用，穩(wěn)定可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，成為引入操作系統(tǒng)的另一必要條件。2.4.2

9、同時(shí)，對(duì)應(yīng)用采用多任務(wù)的劃分方式，抽象出任務(wù)間的內(nèi)在聯(lián)系，任務(wù)間互相獨(dú)立也互相依存，是程序設(shè)計(jì)的一種極大進(jìn)步，采用多任務(wù)的設(shè)計(jì)與管理方式，簡(jiǎn)化了做復(fù)雜應(yīng)用的設(shè)計(jì)難度；2.4.3 隨著自由軟件聯(lián)盟的發(fā)展與壯大，操作系統(tǒng)，包括相關(guān)的支持功能模塊的代碼開放性與實(shí)用性越來越高，引入成為一種可能。2.4.4 介紹一些主流的嵌入式操作系統(tǒng)，以及其當(dāng)前被主要應(yīng)用的領(lǐng)域；2.4.5 以COS 為重點(diǎn)，理解嵌入式操作系統(tǒng)的精髓，并掌握任務(wù)的創(chuàng)建、同步與互斥、信號(hào)量、消息隊(duì)列、內(nèi)存管理等操作系統(tǒng)的使用技巧；2.5在復(fù)雜嵌入式設(shè)計(jì)中，可能應(yīng)用的一些典型的中間件的介紹：2.5.1 TCP/IP協(xié)議棧；2.5.2 文件

10、系統(tǒng)；2.5.3 GUI等。2.5.4 建立在嵌入式設(shè)計(jì)中，軟件分層概念。理解以下結(jié)構(gòu)功能圖：2.6綜合范例推薦的幾種可能的：游戲類：游蛇吃豆，捉小雞，華容道，井子棋，漢諾塔等功能類：計(jì)算器，電子菜單，世界時(shí)鐘，交通燈等選學(xué)內(nèi)容： 2.7 ARM的體系結(jié)構(gòu)；2.8 ARM指令集、ARM存儲(chǔ)系統(tǒng)、異常中斷模式與中斷處理等；2.9 ARM C/C+編譯器與編譯，用ANSI C開發(fā)的程序，生成可執(zhí)行代碼的過程。2.10 ARM連接器。3 HM-701ESP硬件接口、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表HM701ESP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的硬件資源HM701ESP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容核心模塊處理器：32位ARM處理機(jī)(Samsung S

11、3C44B0X) ；程序存儲(chǔ)器：2/4MB Flash；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；8/32MB SDRAM； SSFD存儲(chǔ)器；16/32/64MB NAND Flash；仿真環(huán)境實(shí)驗(yàn)ARM ADS仿真環(huán)境概述建立工程項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)程序編譯、連接、下載、調(diào)試實(shí)驗(yàn)Flash 編程實(shí)驗(yàn)接口電路實(shí)驗(yàn)鍵盤接口實(shí)驗(yàn)LED接口實(shí)驗(yàn)LCD顯示實(shí)驗(yàn)觸摸屏接口實(shí)驗(yàn)GPIO操作實(shí)驗(yàn)外部中斷實(shí)驗(yàn)定時(shí)器實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)DMA實(shí)驗(yàn)I2C接口實(shí)驗(yàn)RS232接口實(shí)驗(yàn)USB接口實(shí)驗(yàn)D/A實(shí)驗(yàn)（聲音播放）嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）實(shí)驗(yàn)任務(wù)調(diào)度機(jī)制實(shí)驗(yàn)同步與互斥機(jī)制實(shí)驗(yàn)任務(wù)間通信機(jī)制實(shí)驗(yàn)內(nèi)存管理實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)移植實(shí)驗(yàn)文件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用戶接口與GUI實(shí)驗(yàn)本

12、地及遠(yuǎn)程字符終端實(shí)驗(yàn)繪圖API函數(shù)實(shí)驗(yàn)GUI窗口、消息循環(huán)機(jī)制實(shí)驗(yàn)對(duì)話框、常用窗口控件實(shí)驗(yàn)拼音輸入法實(shí)驗(yàn)TCP/IP協(xié)議棧實(shí)驗(yàn)UDP通訊實(shí)驗(yàn)TCP通訊實(shí)驗(yàn)嵌入式WEB頁實(shí)驗(yàn)LCD顯示：支持單色/彩色(STN) 320240 顯示；觸摸屏: 支持四線電阻式觸摸屏；網(wǎng)絡(luò)接口：支持10BaseT接口 ；串行接口：兩個(gè)RS232接口、紅外接口；PS2接口：標(biāo)準(zhǔn)鍵盤、鼠標(biāo)接口。音頻接口：音頻編譯碼、數(shù)字音頻播放。USB接口：1個(gè)USB1.1 DEVICE接口通用接口板鍵盤輸入：88矩陣 ；LED顯示：8位數(shù)碼；SPI接口：外接SPI總線，提供CAN總線擴(kuò)展等功能；I2C接口：外接I2C總線，提供I2C擴(kuò)展24個(gè)擴(kuò)展GPIO：可選擇輸入輸出IO端子；打印機(jī)接口：并行微機(jī)；智能IC卡接口：符合國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（GB 7816）；總線底板總線模塊（BM Bus Module）提供系統(tǒng)各核心模塊、各種擴(kuò)展