可编程系统级芯片嵌入式系统教学仪器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种可编程系统级芯片嵌入式系统教学仪器，它由核心板和主板组成；核心板包括含有多种处理器软核以及配套ＩＰ的可编程系统级芯片及分别与其连接的存储器、通信及多媒体接口和人机交互设备。所述存储器包括一组大容量存储器，通信及多媒体接口主要包括以太网接口、ＵＳＢ接口、音频接口、ＲＳ２３２串口电路、ＶＧＡ接口电路，人机交互设备主要包括键盘阵列、按键、拨挡开关输入、８段码管、大屏幕ＴＦＴ彩色ＬＣＤ显示和ＶＧＡ控制器；主板主要包括液晶显示器、Ａ／Ｄ转换模块、Ｄ／Ａ转换模块、步进电机、直流电机、标准键盘等。本实用新型专利技术可以解决嵌入式系统在教学领域的推广与应用的技术问题。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种适用于计算机软件和硬件系统的教学设备，具体 地说是指一种嵌入式系统教学仪器。
技术介绍
嵌入式系统课程的体系结构大致分为实时嵌入式系统导论、嵌入式 系统设计和嵌入式系统工程培训三门课程。课程目标是学习嵌入式系统是 如何设计和开发的，其基本内容从一个系统的细节入手，然后了解微处 理器、编辑器、操作系统和调试工具的选择；接下来，将会研究实际使用 的处理器结构与软件实现的功能是如何应用到系统的硬件和软件部分中 去。这些对于还没有过应用经验的学生来说是较为困难的，因此，在高校 中开展嵌入式系统教学是非常有必要的。嵌入式系统是一门实践性很强的 学科，需要相应的开发平台。由于现有的嵌入式系统所涉及的基本理论比 较复杂，学生很难入手，很难在其基础上开发出自己的应用程序；再者， 一些嵌入式操作系统和相应的软件开发环境价格比较昂贵，因此限制了嵌 入式系统的推广与发展。嵌入式技术具有非常广阔的应用前景，其应用领 域涉及工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、POS网络及 电子商务、环境监测、机器人等。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种可编程系统级芯片嵌入式系统的教学 仪器，以解决嵌入式系统在教学领域的推广与应用的技术问题。本技术所述的可编程系统级芯片嵌入式系统教学仪器是由核心板 和主板组成；核心板包括含有多种处理器软核以及配套IP的可编程系统级 芯片及分别与其连接的存储器、通信及多媒体接口和人机交互设备，所述 存储器包括一组大容量存储器，通信及多媒体接口主要包括以太网控制器 及以太网接口、 USB控制器及USB接口、音频控制器及音频接口、 RS232 串口电路、VGA接口电路，人机交互设备主要包括键盘阵列、按键、拨挡 开关输入、8段码管、大屏幕TFT彩色LCD显示和VGA控制器，所述可 编程系统级芯片还连接一个多重配置控制器；主板主要包括液晶显示器、 多通道八位A/D转换模块、单通道八位D/A转换模块、步进电机、直流电机、标准键盘、八位扫描LED数码管、两位静态LED数码管、十六位按 键输入模块、十六位拨码开发输入模块、八位LED和多种时钟选择输入； 主板上的上述器件分别通过扩展槽与核心板的可编程系统级芯片的I/O端in连接。如上所述的可编程系统级芯片嵌入式系统教学仪器，核心板的可编程系统级芯片采用Altera公司Cyclone II系列FPGA EP2C35F672或FPGA EP2C20F484芯片。本技术的优点在于-1、 通过该教学仪器与配套的课程能够使学生了解和掌握从最简单的 EDA电路设计到组成SOPC系统的基本模块，如NiosII处理器、调试单元、 存储器、通信接口等的设计与仿真，再到芯片级、板级的功能仿真与验证 和操作系统、驱动程序运行的全套方法。学生在完成了完整的课程以后， 可以独立的进行SoC的前端设计与功能验证工作。2、 除了提供基于商业的NiosII处理器及配套的uC/OS2、 ixClinux 操作系统的教程以外，还提供基于完全开源的32位处理器OpenRISC1200 及配套的Linux操作系统的教程以及另外一款开源的32位SPARC V8兼容 处理器LEON2/LEON3及配套的RTEMS、 Linux操作系统的教程。由于后 两套教程使用的处理器、配套IP和操作系统、驱动程序都是完全开源的， 学生可以接触每一行RTL级代码和C语言、汇编语言代码，可以有机会真 正了解32位RISC处理器以及其他片内控制器的工作原理以及操作系统、 驱动程序的实现方法，而不必像面对NIOS2时那样只能面对功能级仿真。 而且，由于学生掌握了以上两套系统的RTL级代码和操作系统、驱动程序 代码，就可以自由的修改代码，实现处理器的定制功能。甚至，由于以上 两套系统都经过了多次ASIC流片验证，学生可以以此为基础设计真正的 属于自己的ASIC SoC。附图说明图l是本技术的教学仪器的主视图。 图2是核心板的主要器件和接口的电路框图。具体实施方式本技术的核心板的结构参见图2，核心板可以采用Altera公司 Cyclone II系列FPGAEP2C35F672为核心或FPGAEP2C20F484为核心。核心板上配备了多种类型的存储器和通信、多媒体接口。开发实验平台 提供键盘阵列、按键、拨挡开关输入、8段码管、大屏幕TFT彩色LCD显 示、VGA等多种人机交互方式，以及RS232串口、 PS/2、 USB 2.0、以太网等通信接口和SDRAM、 FLASH、 SRAM等大容量存储器。同时，提供 NIOS2、 OpenRISC1200、 LEON2/LEON3等多种处理器软核以及配套IP， 可运行uC/OS2、 uCLinux、 Linux等多种操作系统。本技术的核心板的主要器件和接口如下EP2C35F672, 200万门， 35,000个逻辑单元，FBGA封装，FPGA JTAG接口 1个；EPCS16配置 存储器，FPGA AS JTAG接口 1个；CPLD多重配置控制器，EPM7256， CPLDJTAG接口 1个；NOR FLASH两片，AM29LV256,共64MB; NAND FLASH—片，K9F1208U0B， 64MB; SRAM—片，CY7C1380C， 2MB; SDRAM两片，HY57V561620，共64MB; RS232串口 2个；PS2接口 2 个；10M/100M自适应以太网PHY， LXT971ALC;以太网MAC/PHY控制 器，LAN91C111; USB2.0控制器，ISP1161; USB2.0PHY ， CY7C68000; VGA控制器，ADV7123; AC97 Codec, LM4550VH; 2个8段数码管； 24个LED; 7个按钮；8位拨码开关；通用GP JTAG接口 1个。本技术的主板主要器件和接口如下8寸640*480 TFT真彩LCD; 128x64图形点阵液晶显示器；8通道8位AD转换模块；单通道8位DA 转换模块；步进电机；直流电机；17标准键盘；8位扫描LED数码管；2 位静态LED数码管；16位按键输入模块；16位拨码开发输入模块；8位LED;多种时钟选择输入。主板上的上述器件分别通过扩展槽与核心板的 可编程系统级芯片的1/0端口连接本技术是一种SOPC嵌入式系统教学仪器，由PC机和教学仪器组 成，教学仪器与PC机通过JTAG相连，实现两者间的数据上传和下载，将 PC机的程序通过JTAG下载到核心板中，实现教学仪器的应用程序的开发。 教学仪器的串口通过RS232接口同PC机相连，实现教学仪器同PC机之间 的通讯，PC机接收教学仪器输入的信息，同时，教学仪器接收PC机的信 息，并将信息实时的显示在PC显示器上，教学仪器的另一个串口用于扩 展功能。教学仪器的JTAG调试口通过JTAG电缆同PC机的并口相连，实 现软件程序调试和对由该教学仪器控制的下位机进行调试处理。教学仪器 的网口通过TCP/IP协议同PC机的网口相连，实现PC机与教学仪器的通 信。教学仪器扩展了大量的内外存储器，64M线性FLASH、 64MSDRAM、 64M非线性FLASH,实现了快速存储以及处理速度快的功能，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程系统级芯片嵌入式系统教学仪器，其特征在于：它由核心板和主板组成；核心板包括含有多种处理器软核以及配套ＩＰ的可编程系统级芯片及分别与其连接的存储器、通信及多媒体接口和人机交互设备，所述存储器包括一组大容量存储器，通信及多媒体接口主要包括以太网控制器及以太网接口、ＵＳＢ控制器及ＵＳＢ接口、音频控制器及音频接口、ＲＳ２３２串口电路、ＶＧＡ接口电路，人机交互设备主要包括键盘阵列、按键、拨挡开关输入、８段码管、大屏幕ＴＦＴ彩色ＬＣＤ显示和ＶＧＡ控制器，所述可编程系统级芯片还连接一个多重配置控制器；主板主要包括液晶显示器、多通道八位Ａ／Ｄ转换模块、单通道八位Ｄ／Ａ转换模块、步进电机、直流电机、标准键盘、八位扫描ＬＥＤ数码管、两位静态ＬＥＤ数码管、十六位按键输入模块、十六位拨码开发输入模块、八位ＬＥＤ和多种时钟选择输入；主板上的上述器件分别通过扩展槽与核心板的可编程系统级芯片的Ｉ／Ｏ端口连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄伦学，陆海军，
申请(专利权)人：北京博创兴业科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]