嵌入式系统实验室建设项目申请报告_申请报告

嵌入式系统实验室建设项目申请报告_申请报

告

一、嵌入式技术进展及人才需求概述

嵌入式产业现已成为中国IT产业中的一个重要的新兴产业和经济增长点，嵌入式技术正在越来越广泛地被应用在通信、电子、工业、交通等各个领域，大到石油提炼和相关的贮运设施、建筑设备、计算机帮助制造系统、能源掌握系统、核电站硬件机器人系统，小到我们日常用法的智能手机、电话交换系统，以及数字电视、掌上电脑、DVD、MP4、数码相机、网络冰箱、网络空调、可视电话等，嵌入式技术正在我们的生活中占据着越来越重要的地位，如下图所示，但随着国内嵌入式系统的飞速进展，嵌入式软件人才的缺乏已经成为了国内嵌入式产业可持续进展的瓶颈之一，据统计，每年的嵌入式人才缺口约有50万人。

目前，我国嵌入式软件复合型人才基数小、队伍不稳定，缺口较大。一方面，是由于这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件，对软件专业水平要求较高，而且必需懂得硬件的工作原理，所以非专业IT人员很难切入这一领域;另一方面，是由于这一领域较新，目前进展太快，许多软硬件技术消失时间不长或正在消失，把握这些新技术的人当然很找。嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有阅历价格就越高。其实嵌入式人才稀有，根本缘由可能是大多数人无条件接触，这需要相应的嵌入式开发板和软件，另外需要有阅历的人进行指导开发流程。

因此，为了适应当前社会对嵌入式人才的需求，我们应当尽快建立起\"嵌入式系统试验室'，为培育嵌入式人才搭建起坚实的软硬件平台。

二、嵌入式系统试验室的功能

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由于要将该试验室建设为标准型试验室，因此要采纳较高的配置标准，以适应102021年技术进展和用法的要求，且具有开放性、敏捷性和可扩展性。

三、嵌入式系统试验室的建设

该试验室建成之后，除了满足日常嵌入式学科教学之外，还要实现如下功能：

同学学期课题设计;

全国嵌入式高校生电子竞赛实训基地;

同学相关课题的毕业设计;

本校老师科研开发基地;

社会嵌入式系统工程师培训基地。

试验室的建设包括嵌入式试验室环境、嵌入式试验室硬件环境建设，软件环境的建几个方面内容。

3.1 嵌入式试验室环境

容纳40人左右的试验室机房，建议用法面积80m2以上;试验桌椅40套，每个同学试验桌面14060(mm)以上，便利同学在桌面上放置试验箱等设备。

Windows客户机+Linux服务器的方式，对试验室而言，应当是最适合的方案了。只需多一台Linux服务器就可以了。

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3.2 嵌入式试验室硬件环境配置清单

嵌入式试验室设备清单，如下表所示：(。。。。。) 处理器: Intel XScale PXA270 520MHz

SDRAM:64Mbyte

2、嵌入式试验箱的技术参数指标要求

嵌入式试验箱是嵌入式系统试验室的关键组成部分，具体参数指标要求如下：

Intel Xscale PXA270嵌入式试验箱

硬件要求：PXA270试验箱由核心板+教学底板组成

核心板硬件参数

FLASH: 32Mbyte

底板硬件参数

LCD接口: 配TFT 8' (640*480)屏。

VGA输出接口:可接模拟CRT显示器或液晶显示器

触摸屏: UCB1400BE，四线电阻式

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以太网接口:10M/100M 自适应接口1个

Audio: AC97标准音频输入/输出

USB HOST:1个

USB CLIENT:1个

摄像头接口:1个

红外通信接口:1个

串口:5个RS232(其中3个为全功能)

485通信接口:1个

JTAG接口:20pin

PCMCIA接口:1个

IDE接口:可接笔记本硬盘

SD/MMC卡接口:可接SD卡或MMC卡

SMC卡:可扩展NAND FLASH

LED阵列:88发光二极管阵列

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七段数码管: 4个7段数码管

AD:1个电位器电压输入，一个温度传感器输入 GPSGPRS扩展板

CAN485通信扩展板

RTC:实时钟

键盘:45键盘矩阵

扩展接口:296pin欧式座，引出全部总线信号：可扩展以下模块：

DSP6713USB2.0高速数据采集板

FPGA扩展板

电机扩展模块

射频卡IC卡扩展板

热敏滑动指纹传感模块

802.15.4扩展模块

3.3 嵌入式试验室软件资源清单

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1、供应嵌入式Linux2.4以及Windows CE5.0操作系统。

⑴Windows CE.NET 5.0 BSP

BootLoader源代码;以太网驱动源代码;音频驱动：供应音频AC97驱动程序源代码;LCD驱动源代码;触摸屏驱动源代码;USB Host驱动源代码;USB Slave驱动源代码;摄像头驱动源代码;IrDA红外接口驱动源代码;RS232串口驱动源代码;RS485驱动源代码;PCMCIA 接口驱动源代码;SD/MMC 接口驱动源代码;LED数码管驱动源代码;Keypad驱动源代码。

⑵Linux 2.4内核

BootLoader源代码;Linux内核源代码;文件系统，供应基于日志的文件系统Jffs2;支持图形用户界面：QT;以太网驱动源代码;音频驱动：供应音频AC97驱动程序

源代码;LCD驱动源代码;触摸屏驱动源代码;USB Host驱动源代码;摄像头驱动源代码; RS232串口驱动源代码;RS485驱动源代码; PCMCIA接口驱动源代码;SD/MMC接口驱动源代码; LED数码管驱动源代码;Keypad驱动源代码。

2、必需供应硬件测试程序，可以快速验证明验平台的硬件接口，便利产品验收和日常维护。

3、嵌入式教学开发平台的试验内容：

基础试验：Boot试验;7段数码管试验;串口传输试验;中断处理试验;触摸屏试验;LCD掌握器试验。

Window CE试验： Platform Builder用法;Platform Builder调试;文件添加试验;线程调试试验;EVC程序开发试验;注册表集成试验;Hiv注册表保存试验;串

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口通讯试验;音频录放试验;USB鼠标添加试验;CAN总线试验;GPRS应用试验;蓝牙通信试验;Web Server试验;采纳供应Windows CE以及Visual Stido 2021结合的方式。

Linux试验：嵌入式Linux入门试验;Linux常用工具;BootLoader试验;内核编译试验;驱动程序结构试验;KEYPAD_LED驱动程序试验;音频驱动试验;USB驱动试验;LCD试验;IDE接口试验;GUI试验;构建文件系统试验;QT试验;WebServer试验。

特色试验内容：Windows CE下GPRS上网;Linux下媒体播放器的移植;Windows CE下媒体播放器的移植;

4、嵌入式教学课程内容，及配套的教学幻灯片。

5、有成熟并多样化的嵌入式系统工程师培育方案可供学校选择。

6、为学校老师供应定期的嵌入式教学培训。

Multi-Radio嵌入式WiFi开发平台

Multi-Radio嵌入式WiFi开发平台采纳两个嵌入式WiFi模块(G2M5477)，以ARM9(PXA270)为核心，平台具有完全开放特性，可以开发嵌入式WiFi的MAC协议、路由协议、应用层协议等，同时平台具有3个独立的功耗测试电路，电路可以自行连续测量功率消耗。

一、Multi-Radio开发平台主要特点如下：

1. 采纳了目前世界上最先进的嵌入式WiFi模块G2M5477。G2M5477由美国G2 Microsystems研发，该模块在38mm20mm的面积上实现了嵌入式WiFi的全部功

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能，不需外接计算机或CPU就可以挺直完成从物理层到应用层的全部操作。

2. 目前传感器网络的一个进展趋势为高速率传输，经过以CC1000系列和CC2420系列为代表的两代传感器网络节点的进展，传感器网络节点进入高速嵌入式WiFi阶段。G2M5477的小体积、超低功耗(电池更换周期可达3-4年以上)、高速率、高性能(模块内包含44MHz RISC CPU)，为无线传感器网络下一代节点的讨论和应用供应了良好的讨论平台。

3. 平台以PXA270 CPU为核心，包含两个嵌入式WiFi模块，WiFi模块与PXA270之间采纳SPI高速接口(44MHz)，可以完成高速Multi-Radio的讨论工作。也可以利用一套开发平台上的两个嵌入式WiFi模块完成嵌入式WiFi的讨论工作。

4. 平台的代码全部开放，包括嵌入式WiFi的MAC层、网络层、传输层，PXA270操作系统的代码。

5. 平台可以通过串口连接计算机挺直进行开发工作，不需另购在线编程器或调试器。

6. 支持多种传感器。平台依靠高性能PXA270 CPU可以连接麦克风、摄像头等传感器,完成多媒体无线传输的讨论工作。同时，平台的G2M5477模块高精度AD接口可以挺直连接温度、湿度、加速度等传感器，完成基于嵌入式WiFi无线传感器网络节点的研发工作。

Multi-Radio嵌入式WiFi开发平台结构如图1所示，图2为平台照片。平台采纳两个G2M5477模块允许利用开源固件同时进行发送端/发送端，发送端/接收端，接收端/接收端的操作。每个G2M5477模块可以设置为采纳2.4GHz的1到11和14信道。为了尽量削减干扰，可以同时用法非重叠的信道1，信道6和信道11。CPU是带有RAM，ROM，SD卡接口和以太网接口的XScale PXA270。RAM

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和ROM用于嵌入式linux，SD卡接口可用于供应大容量的文件存储。以太网接口连接到有线网络用于传输测试和掌握信息。节点还拥有用于连接各种应用的不同种类的传感器的接口。功耗测量电路被用于分别监测两个G2M5477模块和整个节 4) 32位 RISC CPU, 时钟频率44 MHz;

5) SDIO，数据速率可达100 Mbps;

二.Multi-Radio开发平台的主要性能指标：

1. 同时支持2个嵌入式WiFi模块，每个模块的特性如下：

1) 802.11b/g 2.4 GHz, 信道 1-11 和 14，数据速率6-54Mbps;

2) ISO 24730-2 2.4 GHz 收发器以及125 kHz 低频接收器;

3) 802.11 射频放射功率 +18 dBm(802.11g)，+20 dBm(802.11b);

6) SPI接口，最高44 Mbps;

7) UART接口，最高2.7 Mbps;

8) TCP/IP吞吐量可达 4 Mbps(包含WPA2加密);

9) RAM 128KB;

10) Flash ROM 8Mbit。

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2. 高性能的CPU(ARM9);

3. 两个WiFi模块以及整个平台的电压、电流、功率、温度的连续自动测量;

4. 大容量存储(U盘或SD卡);

5. 支持音频和视频接口(可以挺直连接摄像头);

6. 以太网、USB接口。

三、Multi-Radio平台的开发目的主要如下：

1.面对目前广泛用法的P2P应用(如网上电影播放、大文件下载等，特点为多点同时下载，增加速率，如常用的迅雷、快车、电驴等服务)，将现有的有线网络

扩展到无线网络中，讨论无线网络的P2P问题。

2.由于无线带宽和网络特性(无线一般是广播方式的，不像有线网络是交换方式的，广播方式有同信道干扰问题)的限制，采纳多个无线模块(即多个Radio)在同一时间进行传输，每个模块工作在不同的信道上，多个链路的同时传输增加了网络传输的吞吐量。

3.可以进行嵌入式WiFi的讨论，嵌入式WiFi是下一代传感器网络节点的进展方向之一，利用此平台代码开放的特点和强劲的CPU，可以进行多种多样的开发工作，包括传感器网络多媒体的讨论。

4.由于G2M5477的开放特点，当应用多个Radio同时进行传输时，需要用新的MAC协议替代已有的协议(当然也可以在高层来完成此功能，效率会低一些)，利用G2M5477的MAC协议的开放性，可以研发Multi-Radio的MAC协议。

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无线多通道异构网络通用试验床 1.1 综述

此无线多通道异构网络通用试验床试验床是异构对等网络(Peer-to-Peer)讨论的基础设备。我们可以利用此试验床在异构的有线/无线环境中进行新的资源发觉和内容分发协议的讨论。首先，我们描述了试验床的需求、试验床的结构、多功能无线节点以及系统软件结构。然后说明白试验床的基本测试结果。

1.2 试验床需求

a) 异构性

试验床必需由有线和无线部分组成。有线部分的数据传输速率大于100Mbps，但无线部分的传输速率可以大大低于有线部分。

b) 支持资源发觉服务

资源发觉是对等网络(Peer-to-Peer Network)的主要功能。试验床必需供应的功能有(i)动态追踪同种节点的加入/离开，(ii)保持有线和无线节点的名目信息，(iii)允许实时流量分析， (iv)便于缓存节点的名目信息。

c) 在动态信道条件下支持内容分发服务

内容分发服务是对等网应用的另外一项重要功能。试验床中的每个节点需要(i)能够认识到无线介质的差错特点以使能随机调度协议，同时(ii)利用无线介质的广播特性来提高性能。

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d) 支持自定义多接口协议

试验床需要支持多接口，多信道结构来增加节点执行不同应用程序的敏捷性。

e) 系统服务

具有友好用户界面的系统软件服务，用来监测、掌握试验床并存储数据与大事日志。

1.3 试验床结构

试验床包括两个主要部分，分别是异构对等网络和监控部分。试验床的体系结构如图1所示。网络部分由多功能便携式无线节点，无线笔记本计算机，台式计算

机，服务器，有线和无线网关，交换机等构成。监控部分通过以太网链接到网络，掌握操作网络运行和分析数据。数据库服务器存储数据和大事日志。

1.4 多功能便携式无线节点

多功能便携式无线节点是试验床的重要组成部分。为了匹配无线网络的数据传输速率，无线节点应当支持尽可能高的数据传输速率。我们部署一个至少包括30个节点的试验床。我们也考虑过以软件无线电为基础的试验床，但是发觉适当规模的试验床费用特别高。经过对数据传输速率，可用性，牢靠性和费用这些因素的综合考虑，我们将方案定于嵌入式WiFi解决方案。我们发觉市场上的大多数WiFi模块都整合了射频、WiFi协议以及天线，而且不允许转变介质访问掌握(MAC)协议。由于我们的目标是开发新的基于机会主义的调度协议，我们必需访问和修改MAC协议。经过调查，我们的试验床采纳了G2 Microsystems公司的 G2C547 WiFi模块。G2C547芯片支持在TCP/IP传输层上4Mbps的吞吐量。

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点的功耗。

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