國產化ARM實驗室建設背景

實驗室建設必要性

近年來，我國著力打造世界一流科技期刊、建成一批大國重器，基礎研究支撐平臺建設取得長足進步，但是從根本上破解“兩頭在外”問題還任重道遠。要協同構建中國特色國家實驗室體系，科學規劃布局前瞻引領型、戰略導向型、應用支撐型重大科技基礎設施，打好科技儀器設備、操作系統和基礎軟件國產化攻堅戰。
根據教育部發展規劃司發布《關于教育領域擴大投資工作有關事項的通知》，明確專項貸款重點支持范圍包括：高校教學科研條件及儀器設備更新升級、學校數字化建設，包括校園網絡及信息管理系統提檔升級，高性能計算系統，信息中心建設，智慧校園，智慧教室，數據中心的國產代替、實驗實訓等資金的投入建設。
核心技術和設備受制于人是最大的隱患。只有發展自主可控技術，推進國產化替代進程，才能促進國家安全問題的解決。國內科技企業經過多年的自主研發、技術積累，創新能力、產品質量大幅提升，整體產業呈現出由大向強轉變的趨勢，實現了從無到有，從可用到好用的發展，與國際水平差距逐漸縮小，自主自強能力進一步提升。近年來在國家大力引領下，國產操作系統得到了蓬勃發展，桌面服務器和嵌入式操作系統等為代表的國產軟件推動了我國基礎軟件自主發展的步伐，實現了補短板、國產化替代的目的。目前國產嵌入式操作系統已快速成長與壯大，在軍事、通信和安全等領域實現了規模化應用。
因此，不論從教學還是學生的實際需求等方面來說都很有必要建立國產化嵌入式ARM實驗室。嵌入式系統已經普遍應用于國防電子、數字家庭、工業自動化、醫療機械、無線通訊等行業。高校建設滿足國產化要求的嵌入式ARM實驗室，有助于推動當今形式下教學的改革，有助于提高學生的專業技能與專業素養，培養出符合地方經濟和社會發展的應用型和實用型人才；此外，實驗平臺的建設，也為教師提供了教學平臺和科研平臺，推動教學和科研工作的開展。

ARM技術概述

ARM處理器全稱為Advanced RISC Machine，因小尺寸、低功耗、性能強的特點而聞名。ARM架構是小端(little-endian)即低位字節排在內存的低地址端（至少在iOS平臺是這樣），和x86一樣。它和MIPS、PowerPC等一樣用的都是RISC，并且很長時間都是32位，但是后來有了叫做ARM64的64位擴展。
ARM7：ARMv4架構
ARM9：ARMv5架構
ARM11：ARMv6架構
ARM-Cortex 系列：ARMv7架構
ARM7沒有MMU(內存管理單元)，只能叫做MCU（微控制器），不能運行諸如Linux、WinCE等這些現代的多用戶多進程操作系統，因為運行這些系統需要MMU，才能給每個用戶進程分配進程自己獨立的地址空間。ucOS、ucLinux這些精簡實時的RTOS不需要MMU，當然可以在ARM7上運行。
ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（處理器），帶有MMU，可以運行諸如Linux等多用戶多進程的操作系統，應用場合也不同于ARM7。
到了ARMv7架構的時候開始以Cortex來命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三個系列。三大系列分工明確：
“A”系列面向尖端的基于虛擬內存的操作系統和用戶應用；
“R”系列針對實時系統；
“M”系列對微控制器。
簡單的說Cortex-A系列是用于移動領域的CPU，Cortex-R和Cortex-M系列是用于實時控制領域的MCU。
瑞芯微電子有限公司是國內獨資的專業集成電路設計公司和經國家認定的集成電路設計企業，專注于數字音視頻、移動多媒體芯片級的研究和開發。瑞芯微以市場為導向，技術創新為核心，致力于為客戶提供多層次、多平臺、多場景的專業解決方案，賦能消費電子、智能硬件、機器視覺、行業應用等多元領域。

ARM教學需求

嵌入式系統是一門綜合性非常強的課程，對于嵌入式系統的學習，不僅僅是對理論知識的掌握，更多的是實際開發能力提升，這就需要通過學校建立支撐專業需要的嵌入式ARM實驗室，可以對學生基礎知識的掌握、綜合素質的提高和應用創新能力培養起到較為重要的作用。
目前，許多院校先后建立了不同規模的實驗室，目前大部分嵌入式ARM實驗室都存在以下問題：
1、學校實驗室現有的軟硬件環境無法覆蓋全面，無法實現準確高效實現項目開發。
2、目前大部分的指導教學都缺乏零基礎入門的指導。
3、基礎的教學案例無法滿足高校科研的需求。
針對以上問題，創龍為高校提供了豐富的教學實驗和開發例程，以及相應的視頻教程，讓高校能夠輕松教學和科研。
產品設計及使用上具有以下特點：
1、創龍的嵌入式實驗箱在硬件上引出 CPU 全部資源信號引腳，二次開發極其容易，用戶只需要專注上層運用，降低了開發難度和時間成本。
2、創龍的嵌入式實驗箱配備了開發過程中所需的所有配件和完整的平臺開發包，節省軟件整理時間，同時提供軟件安裝教程，上手容易。
3、提供的入門教程實驗指導手冊包括實驗目的、原理、步驟及源碼解析等，注重實驗的過程，內容詳實且豐富，可以幫助學生打好專業基礎，快速入門上手，也有利于教師教學計劃的開展。

建設目標

適用課程

Cortex-A55 ARM嵌入式實驗箱主要用于《ARM 系統開發》、《ARM 應用開發》《物聯網通信技術》、《嵌入式系統設計》、《移動互聯網技術》、《無線傳感器網絡》、《物聯網設計方法與應用》、《人工智能》等課程。

適用專業

Cortex-A55 ARM嵌入式實驗箱主要面向電子信息工程專業方向，同時也可適用于通信工程、電子科學與技術、光電信息工程、計算機科學與技術、自動化、人工智能等相關專業教學。Cortex-A55系列的ARM可以滿足自動化、通信等領域的應用需求，可應用于工控，電力，通訊，醫療，媒體，安防，車載，金融，消費電子等領域。

預期目標

ARM嵌入式實驗室建設擬達成的預期教學培養目標如下：
學生理解嵌入式ARM系統的基本原理；
學生了解嵌入式ARM微處理器的結構和組成；
學生掌握嵌入式ARM系統開發的過程和基本方法；
學生掌握學會Linux開發的基本知識、程序架構、開發流程；
培養學生嵌入式系統設計能力、實踐動手能力、嵌入式系統分析與調試能力。

Cortex-A55 國產化ARM教學平臺

產品特點

TL3568-PlusTEB是創龍是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設計的四核 ARM Cortex-A55 全國產嵌入式教學實驗箱，提供了豐富的教學實驗，適合高校以及研究所等實驗機構。

其中， SOM-TL3568 是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設計的四核 ARM Cortex-A55 全國產工業核心板，主頻高達 1.8GHz。核心板 CPU、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等所有器件均采用國產工業級方案，國產化率 100%。RK3568J是一款采用ARM架構的通用型SoC，主要應用于智能硬件和工業應用。CPU采用四核A55架構處理器，集成Mali G52圖形處理器和獨立的人工智能NPU處理器。RK3568J支持三屏異顯，支持CAN、UART、SPI、IIC、IIS.SATA等接口，適合工控類應用，支持鴻蒙OS、安卓、Linux、Ubuntu、 Debian等操作系統，非常適合二次開發。

TL3568-PlusTEB的產品特點如下：
基于瑞芯微 RK3568J，四核 ARM Cortex-A55處理器，主頻1.8GHz。
實驗箱含實驗板、7寸觸摸屏、7寸全鍵盤，可選多種拓展模塊。
實驗箱支持：音頻輸入輸出接口、攝像頭接口、4G、NVMe接口、ADC、波形發生器、Ethernet、RS232、RTC、LCD、HDMI、USB HOST、USB OTG、SPI、IIC、GPIO、PWM、SD等外設與接口。
實驗箱支持翼輝操作系統顯示界面。
適用于嵌入式系統、物聯網、無線傳感器、人工智能等教學領域。