【多功能嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)】

　　功能/作用介紹

　　簡(jiǎn)介

　　性能指標(biāo)：

　　一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)部分

　　ARM Cortex-A9(四核)+Cortex-M3(開源Arduino)+板載FPGA模塊化及一體化組織架構(gòu)：

　　擴(kuò)展I/O 40PIN排針

　　Cortex-M3與ARM Cortex-A9 可通過多種方式進(jìn)行通信(UART，DEGUG，USB-OTG等)

　　FPGA 與Cortex-M3 相互通信連接(SPI,I2C，UART等)

　　FPGA 與ARM Cortex-A9 I/O相互通信連接(SPI,I2C，UART等)

　　(一)ARM Cortex-A9部分：

　　處理核心：Cortex-A9四核處理器

　　內(nèi)存：DDR3 SDRAM，要求構(gòu)成64位雙通道2GB超大內(nèi)存，滿足Android Linux最新系統(tǒng)運(yùn)行資源要求

　　存儲(chǔ)器：不小于16GB的固態(tài)硬盤 EMMC存儲(chǔ)器

　　電源管理：要求架構(gòu)優(yōu)良，高效穩(wěn)定

　　網(wǎng)口：不少于一個(gè)10M/100M高性能以太網(wǎng)RJ45接口

　　無(wú)線WIFI: 802.11b/g,802.11n(1x1)

　　藍(lán)牙：2.1+EDR/Bluetooth 3.0

　　3G模塊：高性能3G模組，下行速率不低于21M/s

　　GPS模塊：新一代SIRF III低功耗GPS模塊

　　HDMI接口：標(biāo)準(zhǔn)HDMI V1.4,1080p高清分辨率輸出

　　串口：不少于兩路的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口

　　工業(yè)接口：RS485接口、CAN接口

　　USB接口：不少于三個(gè)USB 2.0高速Host接口

　　OTG USB：不少于一個(gè)USB 2.0高速OTG接口，支持Android程序開發(fā)在線調(diào)試

　　音頻接口：一路 3.5mm音頻輸出接口、一路3.5mm音頻輸入接口、一個(gè)板載麥克風(fēng)、可外接左右聲道1W8歐姆喇叭

　　攝像頭：板載不低于200萬(wàn)象素?cái)z像頭

　　顯示屏：不小于9.7寸的IPS屏幕，分辨率不低于1024x768，可視角度達(dá)到178度，觸摸屏為十點(diǎn)觸控電容屏，觸摸反應(yīng)靈敏、定位精確

　　擴(kuò)展存儲(chǔ)接口：MMC/SD/SDIO/SDHC/TF標(biāo)準(zhǔn)卡槽，最高支持32GB容量

　　用戶可編程LED: 提供四個(gè)GPIO控制的高亮LED

　　按鍵：五個(gè)用戶自定義按鍵(三個(gè)GPIO按鍵，兩個(gè)矩陣按鍵)

　　JTAG：2x 10Pin標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口

　　(二)Cortex-M3(開源Arduino)：

　　板載16MHz晶振，主頻84MHz

　　Flash： 512KB

　　SRAM: 96KB

　　片內(nèi)資源：以太網(wǎng)MAC， CAN，HS的USB MiniHost、設(shè)備的片上PHY、高速SD / SDIO / MMC、三個(gè)UART、兩個(gè)SPI接口、I2S、The SAM3X8E also features a 12-bit ADC/DAC, temperature sensor, 32-bit timers, PWM timer and RTC. 12位ADC / DAC、溫度傳感、32位定時(shí)器、PWM定時(shí)器和RTC。

　　引出接口：Arduino標(biāo)準(zhǔn)接口，Google ADK2012標(biāo)準(zhǔn)接口

　　兩個(gè)GPIO控制LED

　　兩個(gè)通用GPIO按鍵

　　一個(gè)個(gè)復(fù)位按鍵、一個(gè)個(gè)燒寫擦除按鍵

　　板載一個(gè)RS232接口

　　板載一個(gè)TF卡接口

　　一個(gè)USB-DEBUG接口

　　一個(gè)USB-OTG接口

　　要求Cortex-M3(Arduino模塊)既可固定在底板上，與Cortex-A9進(jìn)行多種方式通信(UART，DEGUG，USB-OTG等)，也可以支持?jǐn)y帶式開發(fā)。

　　(三)擴(kuò)展FPGA模塊:

　　板載40MHz晶振

　　板載SPI Flash 不低于16Mb

　　提供2x 7Pin標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口

　　板載不少于四個(gè)用戶可編程LED(可由FPGA,Cortex-A9,Arduino控制)

　　板載不少于兩個(gè)用戶可編程按鍵

　　板載一個(gè)復(fù)位按鍵

　　FPGA邏輯資源：

　　System Gates：不低于100K

　　Slices：不低于960

　　Logic Cells：不低于2160

　　CLB Flip-Flops：不低于240

　　FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)資源：

　　Maximum Distributed RAM (Kbits)：不低于15k

　　Block RAM Blocks：不低于72k

　　Digital Clock Managers (DCMs) ：不低于2

　　FPGA內(nèi)嵌的專用乘法器：

　　Dedicated Multipliers：不低于4

　　二、傳感器網(wǎng)絡(luò)部分

　　應(yīng)提供不少于6個(gè)Zigbee節(jié)點(diǎn)和至少6個(gè)傳感器

　　(一)ZigBee節(jié)點(diǎn)參數(shù)

　　核心器件： TI CC2530F256

　　工作頻段：2.4GHz

　　16個(gè)傳輸信道，根據(jù)環(huán)境進(jìn)行切換可靠通信信道

　　無(wú)線傳輸速率不低于250kbps

　　適應(yīng)2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收發(fā)器

　　高性能、低功耗的增強(qiáng)型8051微控制器內(nèi)核

　　高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)協(xié)處理器

　　看門狗、電池監(jiān)視器和溫度傳感器

　　接口類型：板載UART轉(zhuǎn)USB接口

　　標(biāo)準(zhǔn)傳感器擴(kuò)展I/O接口(支持UART,SPI,IIC,GPIO,ADC等)

　　板載高亮7段數(shù)碼管

　　供電方式：支持5號(hào)電池供電、USB供電以及板載4.2V鋁電池供電(支持板載充電)。

　　(二)傳感器規(guī)格參數(shù)：

　　(1)溫濕度傳感器

　　傳感器型號(hào)：SHT10

　　工作電壓：DC 3.3V

　　通訊協(xié)議：I2C協(xié)議

　　濕度測(cè)量范圍：0%RH～100%RH

　　濕度測(cè)量精度： ±4.5%RH

　　濕度測(cè)量響應(yīng)時(shí)間：8s(τ63%)

　　溫度測(cè)量范圍：-40℃～123.8℃

　　溫度測(cè)量精度： ±0.5℃

　　溫度測(cè)量響應(yīng)時(shí)間：5s～30s(τ63%)

　　(2)人體紅外傳感器

　　傳感器型號(hào)：HC-SR501

　　工作電壓：DC 5V

　　靜態(tài)功耗：65uA

　　電平輸出：高電平3.3V，低電平0V

　　延時(shí)時(shí)間：可調(diào)(0.3s～18s)

　　封鎖時(shí)間：0.2s

　　觸發(fā)方式：L不可重復(fù)，H可重復(fù)，默認(rèn)值為H

　　感應(yīng)范圍：小于120°錐角，7米以內(nèi)

　　工作溫度：-15℃～70℃

　　(3)振動(dòng)傳感器

　　傳感器型號(hào)：SW-420

　　工作電壓：DC 5V

　　輸出形式：DO數(shù)字開關(guān)量輸出(0和1)

　　(4)光照傳感器

　　工作電壓：3.3V~5.0V;

　　檢測(cè)范圍：0~65535 lx;

　　精度：16bit ADC

　　靈敏度：1lx(勒克斯);

　　輸出：I2C接口

　　(5)聲音傳感器

　　工作電壓：4~6V;

　　傳感器：駐極體話筒;

　　輸出：輸出有效信號(hào)為低電平;

　　靈敏度：靈敏度可調(diào)

　　(6)紅外測(cè)距傳感器

　　工作電壓：4.5V~5.5V;

　　測(cè)量范圍：10~80cm;

　　輸出：模擬量輸出

　　臺(tái)套數(shù)：60

　　三、作用

　　用于開展嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是重要的實(shí)踐課程，可以讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用大學(xué)三年來(lái)所學(xué)的有關(guān)嵌入式系統(tǒng)方面的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)完成一個(gè)小規(guī)模的課題。通過此過程增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)能力、綜合設(shè)計(jì)能力、獨(dú)立分析和解決問題的科研工作能力，培養(yǎng)學(xué)生樹立良好的團(tuán)結(jié)協(xié)作的科研工作作風(fēng)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)針對(duì)本科計(jì)算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)基本理論，使學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的原理，方法和特性有更加深刻的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析問題和解決問題的能力。

　　四、功能、特色優(yōu)勢(shì)

　　本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是基于智能手機(jī)和平板電腦所采用的主流處理器構(gòu)建的多核嵌入式實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采用三星Exynos 4412 四核高速ARM Cortex-A9處理器+FPGA +Arduino(ARM Cortex-M 系列高性能單片機(jī))的架構(gòu)，是一款基于開源軟件和開源硬件思想構(gòu)建的嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，不但能夠滿足目前物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)、嵌入式軟件和硬件設(shè)計(jì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，還能夠用于智能手機(jī)、平板電腦、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、及其它智能終端的開發(fā)需求。

　　五、應(yīng)用、推廣情況

　　作為課程教學(xué)儀器已經(jīng)開始小范圍組織學(xué)生試用，以期獲得更多的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)計(jì)在明年或者后年正式進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課堂。

　　作品名稱：多功能嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)

　　完成單位：哈爾濱工程大學(xué)