2022年嵌入式系統(tǒng)實驗室建設(shè)項目申請報告

1、高品質(zhì)文檔2022年嵌入式系統(tǒng)實驗室建設(shè)項目申請報告一、嵌入式技術(shù)發(fā)展及人才需求概述嵌入式產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已成為中國IT產(chǎn)業(yè)中的一個重要的新興產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟增長點，嵌入式技術(shù)正在越來越廣泛地被應(yīng)用在通信、電子、工業(yè)、交通等各個領(lǐng)域，大到石油提煉和相關(guān)的貯運設(shè)施、建筑設(shè)備、計算機輔助制造系統(tǒng)、能源控制系統(tǒng)、核電站硬件機器人系統(tǒng)，小到我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄苁謾C、電話交換系統(tǒng)，以及數(shù)字電視、掌上電腦、DVD、MP4、數(shù)碼相機、網(wǎng)絡(luò)冰箱、網(wǎng)絡(luò)空調(diào)、可視電話等，嵌入式技術(shù)正在我們的生活中占據(jù)著越來越重要的地位，如下圖所示，但隨著國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)的飛速發(fā)展，嵌入式軟件人才的缺乏已經(jīng)成為了國內(nèi)嵌入式產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一，據(jù)

2、統(tǒng)計，每年的嵌入式人才缺口約有50萬人。目前，我國嵌入式軟件復(fù)合型人才基數(shù)小、隊伍不穩(wěn)定，缺口較大。一方面，是因為這一領(lǐng)域入門門檻較高，不僅要懂較底層軟件，對軟件專業(yè)水平要求較高，而且必須懂得硬件的工作原理，所以非專業(yè)IT人員很難切入這一領(lǐng)域;另一方面，是因為這一領(lǐng)域較新，目前發(fā)展太快，很多軟硬件技術(shù)出現(xiàn)時間不長或正在出現(xiàn)，掌握這些新技術(shù)的人當(dāng)然很找。嵌入式人才稀缺，身價自然就高，越有經(jīng)驗價格就越高。其實嵌入式人才稀少，根本原因可能是大多數(shù)人無條件接觸，這需要相應(yīng)的嵌入式開發(fā)板和軟件，另外需要有經(jīng)驗的人進行指導(dǎo)開發(fā)流程。因此，為了適應(yīng)當(dāng)前社會對嵌入式人才的需求，我們應(yīng)該盡快建立起“嵌入式系統(tǒng)實

3、驗室”，為培養(yǎng)嵌入式人才搭建起堅實的軟硬件平臺。二、嵌入式系統(tǒng)實驗室的功能由于要將該實驗室建設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)型實驗室，因此要采用較高的配置標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)102022年技術(shù)發(fā)展和使用的要求，且具有開放性、靈活性和可擴展性。該實驗室建成之后，除了滿足日常嵌入式學(xué)科教學(xué)之外，還要實現(xiàn)如下功能：學(xué)生學(xué)期課題設(shè)計;全國嵌入式大學(xué)生電子競賽實訓(xùn)基地;學(xué)生相關(guān)課題的畢業(yè)設(shè)計;本校教師科研開發(fā)基地;社會嵌入式系統(tǒng)工程師培訓(xùn)基地。三、嵌入式系統(tǒng)實驗室的建設(shè)實驗室的建設(shè)包括嵌入式實驗室環(huán)境、嵌入式實驗室硬件環(huán)境建設(shè)，軟件環(huán)境的建幾個方面內(nèi)容。3.1嵌入式實驗室環(huán)境容納40人左右的實驗室機房，建議使用面積80m2以上;實驗桌

4、椅40套，每個學(xué)生實驗桌面14060(mm)以上，方便學(xué)生在桌面上放置實驗箱等設(shè)備。Windows客戶機+Linux服務(wù)器的方式，對實驗室而言，應(yīng)該是最適合的方案了。只需多一臺Linux服務(wù)器就可以了。3.2嵌入式實驗室硬件環(huán)境配置清單嵌入式實驗室設(shè)備清單，如下表所示：(。)2、嵌入式實驗箱的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)要求嵌入式實驗箱是嵌入式系統(tǒng)實驗室的關(guān)鍵組成部分，具體參數(shù)指標(biāo)要求如下：IntelXscalePXA270嵌入式實驗箱硬件要求：PXA270實驗箱由核心板+教學(xué)底板組成核心板硬件參數(shù)處理器:IntelXScalePXA270520MHzSDRAM:64MbyteFLASH:32Mbyte底板硬

5、件參數(shù)LCD接口:配TFT8”(640*480)屏。VGA輸出接口:可接模擬CRT顯示器或液晶顯示器觸摸屏:UCB1400BE，四線電阻式以太網(wǎng)接口:10M/100M自適應(yīng)接口1個Audio:AC97標(biāo)準(zhǔn)音頻輸入/輸出USBHOST:1個USBCLIENT:1個攝像頭接口:1個紅外通信接口:1個串口:5個RS232(其中3個為全功能)485通信接口:1個JTAG接口:20pinPCMCIA接口:1個IDE接口:可接筆記本硬盤SD/MMC卡接口:可接SD卡或MMC卡SMC卡:可擴展NANDFLASHLED陣列:88發(fā)光二極管陣列七段數(shù)碼管:4個7段數(shù)碼管AD:1個電位器電壓輸入，一個溫度傳感器輸

6、入RTC:實時鐘鍵盤:45鍵盤矩陣擴展接口:296pin歐式座，引出所有總線信號：可擴展以下模塊：DSP6713USB2.0高速數(shù)據(jù)采集板FPGA擴展板GPSGPRS擴展板CAN485通信擴展板電機擴展模塊射頻卡IC卡擴展板熱敏滑動指紋傳感模塊802.15.4擴展模塊3.3嵌入式實驗室軟件資源清單1、提供嵌入式Linux2.4以及WindowsCE5.0操作系統(tǒng)。WindowsCE.NET5.0BSPBootLoader源代碼;以太網(wǎng)驅(qū)動源代碼;音頻驅(qū)動：提供音頻AC97驅(qū)動程序源代碼;LCD驅(qū)動源代碼;觸摸屏驅(qū)動源代碼;USBHost驅(qū)動源代碼;USBSlave驅(qū)動源代碼;攝像頭驅(qū)動源代碼;

7、IrDA紅外接口驅(qū)動源代碼;RS232串口驅(qū)動源代碼;RS485驅(qū)動源代碼;PCMCIA接口驅(qū)動源代碼;SD/MMC接口驅(qū)動源代碼;LED數(shù)碼管驅(qū)動源代碼;Keypad驅(qū)動源代碼。Linux2.4內(nèi)核BootLoader源代碼;Linux內(nèi)核源代碼;文件系統(tǒng)，提供基于日志的文件系統(tǒng)Jffs2;支持圖形用戶界面：QT;以太網(wǎng)驅(qū)動源代碼;音頻驅(qū)動：提供音頻AC97驅(qū)動程序源代碼;LCD驅(qū)動源代碼;觸摸屏驅(qū)動源代碼;USBHost驅(qū)動源代碼;攝像頭驅(qū)動源代碼;RS232串口驅(qū)動源代碼;RS485驅(qū)動源代碼;PCMCIA接口驅(qū)動源代碼;SD/MMC接口驅(qū)動源代碼;LED數(shù)碼管驅(qū)動源代碼;Keypad驅(qū)

8、動源代碼。2、必須提供硬件測試程序，可以快速驗證實驗平臺的硬件接口，方便產(chǎn)品驗收和日常維護。3、嵌入式教學(xué)開發(fā)平臺的實驗內(nèi)容：基礎(chǔ)實驗：Boot實驗;7段數(shù)碼管實驗;串口傳輸實驗;中斷處理實驗;觸摸屏實驗;LCD控制器實驗。WindowCE實驗：PlatformBuilder使用;PlatformBuilder調(diào)試;文件添加實驗;線程調(diào)試實驗;EVC程序開發(fā)實驗;注冊表集成實驗;Hiv注冊表保存實驗;串口通訊實驗;音頻錄放實驗;USB鼠標(biāo)添加實驗;CAN總線實驗;GPRS應(yīng)用實驗;藍(lán)牙通信實驗;WebServer實驗;采用提供WindowsCE以及VisualStido2022結(jié)合的方式。Li

9、nux實驗：嵌入式Linux入門實驗;Linux常用工具;BootLoader實驗;內(nèi)核編譯實驗;驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)實驗;KEYPAD_LED驅(qū)動程序?qū)嶒?音頻驅(qū)動實驗;USB驅(qū)動實驗;LCD實驗;IDE接口實驗;GUI實驗;構(gòu)建文件系統(tǒng)實驗;QT實驗;WebServer實驗。特色實驗內(nèi)容：WindowsCE下GPRS上網(wǎng);Linux下媒體播放器的移植;WindowsCE下媒體播放器的移植;4、嵌入式教學(xué)課程內(nèi)容，及配套的教學(xué)幻燈片。5、有成熟并多樣化的嵌入式系統(tǒng)工程師培養(yǎng)方案可供學(xué)校選擇。6、為學(xué)校教師提供定期的嵌入式教學(xué)培訓(xùn)。Multi-Radio嵌入式WiFi開發(fā)平臺Multi-Radio嵌入

10、式WiFi開發(fā)平臺采用兩個嵌入式WiFi模塊(G2M5477)，以ARM9(PXA270)為核心，平臺具有完全開放特性，可以開發(fā)嵌入式WiFi的MAC協(xié)議、路由協(xié)議、應(yīng)用層協(xié)議等，同時平臺具有3個獨立的功耗測試電路，電路可以自行連續(xù)測量功率消耗。一、Multi-Radio開發(fā)平臺主要特點如下：1.采用了目前世界上最先進的嵌入式WiFi模塊G2M5477。G2M5477由美國G2Microsystems研發(fā)，該模塊在38mm20mm的面積上實現(xiàn)了嵌入式WiFi的全部功能，不需外接計算機或CPU就可以直接完成從物理層到應(yīng)用層的全部操作。2.目前傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個發(fā)展趨勢為高速率傳輸，經(jīng)過以CC100

11、0系列和CC2420系列為代表的兩代傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進入高速嵌入式WiFi階段。G2M5477的小體積、超低功耗(電池更換周期可達3-4年以上)、高速率、高性能(模塊內(nèi)包含44MHzRISCCPU)，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下一代節(jié)點的研究和應(yīng)用提供了良好的研究平臺。3.平臺以PXA270CPU為核心，包含兩個嵌入式WiFi模塊，WiFi模塊與PXA270之間采用SPI高速接口(44MHz)，可以完成高速Multi-Radio的研究工作。也可以利用一套開發(fā)平臺上的兩個嵌入式WiFi模塊完成嵌入式WiFi的研究工作。4.平臺的代碼全部開放，包括嵌入式WiFi的MAC層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層

12、，PXA270操作系統(tǒng)的代碼。5.平臺可以通過串口連接計算機直接進行開發(fā)工作，不需另購在線編程器或調(diào)試器。6.支持多種傳感器。平臺依靠高性能PXA270CPU可以連接麥克風(fēng)、攝像頭等傳感器,完成多媒體無線傳輸?shù)难芯抗ぷ鳌Ｍ瑫r，平臺的G2M5477模塊高精度AD接口可以直接連接溫度、濕度、加速度等傳感器，完成基于嵌入式WiFi無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的研發(fā)工作。Multi-Radio嵌入式WiFi開發(fā)平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2為平臺照片。平臺采用兩個G2M5477模塊允許利用開源固件同時進行發(fā)送端/發(fā)送端，發(fā)送端/接收端，接收端/接收端的操作。每個G2M5477模塊可以設(shè)置為采用2.4GHz的1到11和

13、14信道。為了盡量減少干擾，可以同時使用非重疊的信道1，信道6和信道11。CPU是帶有RAM，ROM，SD卡接口和以太網(wǎng)接口的XScalePXA270。RAM和ROM用于嵌入式linux，SD卡接口可用于提供大容量的文件存儲。以太網(wǎng)接口連接到有線網(wǎng)絡(luò)用于傳輸測試和控制信息。節(jié)點還擁有用于連接各種應(yīng)用的不同種類的傳感器的接口。功耗測量電路被用于分別監(jiān)測兩個G2M5477模塊和整個節(jié)二.Multi-Radio開發(fā)平臺的主要性能指標(biāo)：1.同時支持2個嵌入式WiFi模塊，每個模塊的特性如下：1)802.11b/g2.4GHz,信道1-11和14，數(shù)據(jù)速率6-54Mbps;2)ISO24730-22.4

14、GHz收發(fā)器以及125kHz低頻接收器;3)802.11射頻發(fā)射功率+18dBm(802.11g)，+20dBm(802.11b);4)32位RISCCPU,時鐘頻率44MHz;5)SDIO，數(shù)據(jù)速率可達100Mbps;6)SPI接口，最高44Mbps;7)UART接口，最高2.7Mbps;8)TCP/IP吞吐量可達4Mbps(包含WPA2加密);9)RAM128KB;10)FlashROM8Mbit。2.高性能的CPU(ARM9);3.兩個WiFi模塊以及整個平臺的電壓、電流、功率、溫度的連續(xù)自動測量;4.大容量存儲(U盤或SD卡);5.支持音頻和視頻接口(可以直接連接攝像頭);6.以太網(wǎng)、

15、USB接口。三、Multi-Radio平臺的開發(fā)目的主要如下：1.面向目前廣泛使用的P2P應(yīng)用(如網(wǎng)上電影播放、大文件下載等，特點為多點同時下載，增加速率，如常用的迅雷、快車、電驢等服務(wù))，將現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)擴展到無線網(wǎng)絡(luò)中，研究無線網(wǎng)絡(luò)的P2P問題。2.由于無線帶寬和網(wǎng)絡(luò)特性(無線一般是廣播方式的，不像有線網(wǎng)絡(luò)是交換方式的，廣播方式有同信道干擾問題)的限制，采用多個無線模塊(即多個Radio)在同一時間進行傳輸，每個模塊工作在不同的信道上，多個鏈路的同時傳輸增加了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)耐掏铝俊?.可以進行嵌入式WiFi的研究，嵌入式WiFi是下一代傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的發(fā)展方向之一，利用此平臺代碼開放的特點和強

16、勁的CPU，可以進行多種多樣的開發(fā)工作，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)多媒體的研究。4.由于G2M5477的開放特點，當(dāng)應(yīng)用多個Radio同時進行傳輸時，需要用新的MAC協(xié)議替代已有的協(xié)議(當(dāng)然也可以在高層來完成此功能，效率會低一些)，利用G2M5477的MAC協(xié)議的開放性，可以研發(fā)Multi-Radio的MAC協(xié)議。無線多通道異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通用試驗床1.1綜述此無線多通道異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通用試驗床試驗床是異構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)(Peer-to-Peer)研究的基礎(chǔ)設(shè)備。我們可以利用此試驗床在異構(gòu)的有線/無線環(huán)境中進行新的資源發(fā)現(xiàn)和內(nèi)容分發(fā)協(xié)議的研究。首先，我們描述了試驗床的需求、試驗床的結(jié)構(gòu)、多功能無線節(jié)點以及系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。然后說

17、明了試驗床的基本測試結(jié)果。1.2試驗床需求a)異構(gòu)性試驗床必須由有線和無線部分組成。有線部分的數(shù)據(jù)傳輸速率大于100Mbps，但無線部分的傳輸速率可以大大低于有線部分。b)支持資源發(fā)現(xiàn)服務(wù)資源發(fā)現(xiàn)是對等網(wǎng)絡(luò)(Peer-to-PeerNetwork)的主要功能。試驗床必須提供的功能有(i)動態(tài)追蹤同種節(jié)點的加入/離開，(ii)保持有線和無線節(jié)點的目錄信息，(iii)允許實時流量分析，(iv)便于緩存節(jié)點的目錄信息。c)在動態(tài)信道條件下支持內(nèi)容分發(fā)服務(wù)內(nèi)容分發(fā)服務(wù)是對等網(wǎng)應(yīng)用的另外一項重要功能。試驗床中的每個節(jié)點需要(i)能夠認(rèn)識到無線介質(zhì)的差錯特點以使能隨機調(diào)度協(xié)議，同時(ii)利用無線介質(zhì)的廣

18、播特性來提高性能。d)支持自定義多接口協(xié)議試驗床需要支持多接口，多信道結(jié)構(gòu)來增強節(jié)點執(zhí)行不同應(yīng)用程序的靈活性。e)系統(tǒng)服務(wù)具有友好用戶界面的系統(tǒng)軟件服務(wù)，用來監(jiān)測、控制試驗床并存儲數(shù)據(jù)與事件日志。1.3試驗床結(jié)構(gòu)試驗床包括兩個主要部分，分別是異構(gòu)對等網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控部分。試驗床的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)絡(luò)部分由多功能便攜式無線節(jié)點，無線筆記本計算機，臺式計算機，服務(wù)器，有線和無線網(wǎng)關(guān)，交換機等構(gòu)成。監(jiān)控部分通過以太網(wǎng)鏈接到網(wǎng)絡(luò)，控制操作網(wǎng)絡(luò)運行和分析數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)和事件日志。1.4多功能便攜式無線節(jié)點多功能便攜式無線節(jié)點是試驗床的重要組成部分。為了匹配無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率，無線節(jié)點應(yīng)該支持盡可能高的數(shù)據(jù)傳輸速率。我們部