針對目前嵌入式教學實驗平臺資源的不足，為了使理論與實踐相結合、軟硬件聯系更緊密，設計提出了一套Cortex—A8內核的嵌入式系統實驗平臺方案，采用主流硬件構成，闡述了各實驗設計流程，最后給出了嵌入式實驗開發的關鍵問題。該實驗系統模塊豐富，具有可移植、可擴展的特點，實驗設計層次鮮明，可滿足教師科研工作與實驗教學的需求。

隨著市場需求的增長，嵌入式技術已經滲透到生活的各個方面，面對嵌入式領域日益旺盛的人才缺口，很多高校的相關專業都開設了嵌入式系統相關課程。以往嵌入式教學平臺已很難滿足電子通信行業高速發展，同時企業急需高素質的，具有產品經驗的畢業生加入團隊。而嵌入式技術具有很強的綜合性，要求設計人員同時具備軟硬件知識，需要了解特定任務對微處理器、存儲器，外圍設備和接口的要求，能夠根據任務需求選擇性能指標合適的元器件，并且能夠設計電子電路（包括畫元器件圖，原理圖，和PCB板圖）。同時嵌入式又是一門實踐性很強的技術，而傳統的嵌入式系統的開發實驗平臺不是過于簡單，就是結構過于復雜冗余。

本文設計了一套嵌入式系統實驗平臺，為嵌入式系統教學提供了實驗環境，學生可以通過本平臺了解嵌入式系統軟硬件設計的一般思路和步驟，熟悉嵌入式操作系統和嵌入式圖形用戶界面的移植過程。經過深入的學習研究，還可以在該平臺的基礎上連接外設，進行多種功能的擴展，為嵌入式控制器的設計和技能大賽作很多有益的準備工作。該平臺對于培訓學生的嵌入式系統軟硬件設計能力有很大幫助。同時該平臺在設計與實現中也兼顧了實際應用的需要，在該平臺基礎上可以很方便地進行二次開發，實現包括電子書、視頻采集、GPS等在內的多類產品的設計，因而該平臺也可作為一套嵌入式產品解決方案。

1 嵌入式系統實驗裝置的開發

結合科研教學及嵌入式趨勢的發展，本實驗平臺總體設計思想是要構建一個具有代表性的嵌入式系統，同時兼顧教學與科研兩方面的要求，因而在元器件選擇上采用了主流且實用的型號。

1.1 實驗裝置硬件設計

實驗平臺的硬件是采用CortexTM—A8內核的S5PC110處理器、以太網接口、串行接口、GPS模塊、SD卡、觸摸屏、無線模塊、音頻模塊等設備構成，通過JTAG調試接口進行程序的燒錄、調試。其片上資源豐富，通過各外設接口，學生可以進行基本硬件實驗、軟件實驗、操作系統實驗、嵌入式產品二次開發實驗。

實驗平臺硬件均選取當前主流器件，各功能模塊如圖1所示。

1）ARM處理器選擇CortexTM—A8內核的S5PC110設計而成。該處理器采用了32位的ARM精簡指令集的一種處理器，能達到1 GHz的運算速度，其視頻編解碼能力達到1080p，支持電視輸出（NTSC/PAL/IHDMI），LCD的分辨率典型支持1 024x768。本處理器應用從智能手機到導航設備，都有完善的解決方案。并且集成了很多所需要的組件，比如無線通訊，個人導航，攝像，移動游戲，移動音樂和視頻的播放，移動電視和PDA功能。

2）GPS模塊：GPS器件是采用SiRF公司的Prima系列芯片，其支持各種外圍設備，例如CMMB，視頻輸入等功能，具有靈敏度高，便攜，功耗低等特點。

3）串口模塊：軟件調試、與外設的連接以實現串口通信。

4）USB接口：可擴展多組外設模塊，如WiFi模塊、移動硬盤、攝像頭等應用模塊。

5）觸摸屏液晶TTL接口：采用TFT7寸（800*480）屏，分辨率可達1366x768，支持觸摸功能，提供人機交互模式，顯示重要信息。

6）SD卡接口：嵌入式實驗平臺數據的存儲及擴展。

7）電源模塊：產生實驗平臺中各部分電路的電源。

8）以太網模塊：實現有線網絡數據通信，下載μClinux內核及文件系統。

1.2 實驗平臺軟件設計

嵌入式實驗裝置軟件平臺的關鍵就是各個實驗功能模塊的開發，結合嵌入式系統理論課程的內容，實驗平臺開發了以下實驗內容（圖2）。

1）基本硬件實驗。目的是讓學生結合理論知識了解嵌入式系統的硬件環境，理解基本的程序代碼，熟悉軟件編譯環境和基本操作流程。結合實際教學目標，實驗平臺提供了6個基本實驗，分別是跑馬燈控制實驗、數碼管控制實驗、鍵盤控制實驗、PWM控制實驗、串行通信實驗、電機控制實驗。根據任務指導書的內容進行實驗調試后，可使初學者熟悉實驗目的及原理、實驗流程，掌握基本的嵌入式程序開發的能力。

2）嵌入式軟件實驗。通過以太網通信實驗、無線通信實驗、USB接口實驗、鍵盤控制實驗、觸摸屏控制實驗、GPS導航實驗等環節，加深學生對嵌入式軟硬件結構和編程的認識。

3）嵌入式操作系統實驗。設計了嵌入式操作系統的移植和裁剪任務，包括服務功能的裁剪和數據結構的裁剪。可使學生熟悉和μC/OC-II和μCLinux的軟件編譯環境，進而掌握作系統的移植、文件系統和人機交互界面的開發等，然后可更深入的進行綜合實驗、相關課程設計的學習及項目的開發，加強學生對嵌入式系統的理解和應用能力的培養，提高學生鉆研的主動性，最終具備嵌入式系統軟、硬件獨立開發能力。

4）嵌入式產品二次開發。結合實際應用，通過典型案例培養學生獨立開發的能力。

2 關鍵問題及性能測試

2.1 以太網模塊

以太網模塊是建立下載內核鏡像以及文件系統鏡像的通道，為用戶的提供有線網絡服務。確保系統的硬件電路正常工作后，系統啟動后，使用IPCONFIG配置網卡地址信息，保證嵌入式實驗開發平臺與PC機的IP地址在相同的網段內，即實驗開發平臺的IP地址為192.168. 1.xx，嵌入式實驗開發平臺通過交叉線與PC機相連，運行ping網絡命令，可進行網絡連接測試。

2.2 無線網絡

選用RT3070作為無線網卡芯片，在內核配置中添加無線網絡選項，使μCLinux內核驅動程序支持RT3070無線網卡，然后對配置結束的μCLinux內核進行編譯。還要必須移植無線網卡測試工具wirelesstools，在宿主機上交叉編譯兩個無線網絡工具后，并把得到的測試工具安裝到文件系統相應目錄下面。系統啟動結束后，把RTLS187無線網卡插入到嵌入式實驗開發平臺后，系統成功驅動RT3070無線網卡后，使用無線網絡工具iwlist掃描附近網絡中的熱點AP，然后使用無線網絡工具iwconfig連接實驗室無線網絡熱點，添加相應的路由，系統可以識別無線網卡，并搜索WiFi熱點AP，實現無線上網功能。

2.3 系統性能參數

通過實驗測試，嵌入式實驗開發平臺的性能參數如表1。

3 結論

嵌入式技術作為一門綜合程度高、發展勢頭迅猛的交叉性學科，要求學習人員在知識儲備上需保持前沿性，且具有較強的實踐能力。對于嵌入式系統的學習，加強和提高實驗教學是培養創新能力的關鍵。筆者設計了適合嵌入式系統實驗教學的實驗裝置，包括了基礎軟硬件實驗、操作系統移植實驗、產品的二次開發。實驗裝置配置高，配套實驗齊全，內容軟硬件結合緊密、循序漸進，層次清晰，使學生明確了學習任務，更快地培養學生嵌入式軟硬件開發能力，為其從事嵌入式行業打下堅實的基礎。