嵌入式系统实验室建设方案

一、引言
1.1、嵌入式系统的发展概况
随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。所谓嵌入式设备，是指具有计算机功能，但又不称为计算机的设备或器材，几乎包括了我们周围的所有电器设备：PDA、手机、机顶盒、汽车、微波炉、电梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、立体音响、自动取款机等。 "越简单越是高科技"，嵌入式系统工业是专用计算机工业，其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更 适用；
通用计算机的发展变为功能电脑，普遍进入社会，嵌入式计算机发展的目标是专用电脑，实现"普遍化计算"，因 此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的"数字基因"。并引用了沈绪榜院士的预言，"未来十年将会产生针头大小、 具有超过一亿次运算能力的嵌入式智能芯片"，将为我们提供无限的创造空间，嵌入式系统的重要组成部分－－嵌入式 单片机的重要性由此可见一斑。
1.2、实验室建设的基本思路是"二化三层次"
二化：中心化、一体化
中心化：面向全校的基础课程实验教学和相同相近实验课程归并整合为校级实验中心，可以挂靠某个系运行管理； 一体化：有条件的系要根据实际情况将现有的教研室与实验室合并于一体，二块牌子一套班子。
三层次
第一层次：面向全校开放的公共服务体系：跨院跨学科的基础课或专业基础课校级实验教学中心；第二层次：原 则上为一个或几个学院开设专业基础课实验教学的院级中心实验室；第三层次：专业实验室。专业实验室分为教 学与科研两个体系；
在体制上要力求做到：四位一体、模块组织、因人设所。 四位一体：专业建设、课程建设、学科建设、实验室建设。 模块组织：按研究方向(长期、稳定、特色明显)、学术带头人、梯队、研究生构建模块，进行项目论证和建设。 因人设所：以引进的国家级高层次人才(院士、学科带头人)设置研究院所，创出新的科研增长点。
1.3、高校嵌入式单片机实验室组建的迫切性
高校是培养科研人才的重要基地，是创造高科技产品的重要基地，是推动社会科技发展的重要力量，在嵌入式产 品日渐普及和迅速发展的今天，有关方面的人才的紧缺就日渐突出，众多公司和科研院所不惜重金骋用嵌入式系 统开发方面的高层次人才，因而，高校培养嵌入式系统人才的任务已迫在眉睫，反其作用，其给高校带来的社会 效益和经济效益也同样是不可估量的! 既培养出高层次的适时性人才，又为自已带来可观的经济效益，这种双赢 做法正在为各高校所看重和采纳。
实验室就是培养人才的摇篮，组建一个能为学生提供充分的动脑，动手的场所， 提供一个充分锻炼的机会，实验室将是一个最有效的手段。
二、方案分析
单片机出现的历史比不是很长，但是它的发展速度确实非常得快，单片机系统又分为8位、16位、32位嵌入式系统。他们之间无论是从性能上、应用领域上还是体系结构上都存在较大的差异。而且，32位系统以其卓越的性能， 良好的性价比逐渐的取代了大部分8位、16位嵌入式系统在市场中所占的份额。
下面对8位、16位、32位嵌入式系 统从性能上和可用性上进行比较分析。
2.1、8位单片机系统分析
8位单片机系统是以MCS-51单片机为代表。51系列特性如下： 内部程序存储器（ROM）和内部数据存储器（RAM）容量 4k的掩模ROM、128k的RAM空间； 输入/输出（I/O）口： MCS-51单片机内的I/O口的数量和种类较多且齐全，尤其是它有一个全双工的串行口。 该串行口是利用两根I/O口线构成的。有四种工作方式。 外部存储器和外部数据存储器的寻址空间：MCS-51可对64KB的外部数据存储器寻址，而对程序存储器是内外总 空间为64KB。 中断与堆栈：MCS-51有5个中断源，分为2个优先级，每个中断源是可编程的。它的堆栈位置也是可编程的，堆 栈深度可达128字节。 定时器/计数器与寄存器区：MCS-51系列有2个16位定时/计数器，通过编程可以实现四种工作模式。
2.2、16位单片机系统分析
16位单片机系统是以凌阳公司（sunplus）的SPCE061A系列讲解。SPCE061A系列特性如下： 内部程序存储器（ROM）和内部数据存储器（RAM）容量2K字SRAM、32K FLASH。 7通道10位A/D转换器：在SPCE061A中单通道声音模-数转换器。 脉宽调制输出 全双工串行口；高速输入输出器 4个8位标准输入/输出口 14个中断源可来自定时器A / B，时基，2个外部时钟源输入；2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；CPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能。
2.3、32位单片机系统分析
32位系统的体系结构完全不同于8位、16位系统的体系结构,我们以凌阳公司(sunplus)的SPCE3200为例介绍如下： 基于S+CORE7核。 外SDR DRAM 和DRAM最大容量可达16M字节。具有32位/16位的SDRAM数据总线。硬件方式的MPEG-4/JPEG 编解码，MPEG-4帧率(frame rate)：CIF模式下30帧/秒。双通道16位高速DAC，确保立体声音质输出；两个通用目的定时器。 两个串行SPI。 两个UART和红外接口支持。 LCD控制器，支持65536色(RGB565格式) 图像分辨率：VGA模式为(640 x 480像素)；CIF模式为(320 x 240像素)。共6个16位CCP定时/计数器。ICE 仿真模式支持。 CPU工作频率：27 ~ 162 MHz。提供40个中断源：分别为定时器、时基、外部输入以及键唤醒等。
2.4、综述
从上面对三个系统的分析可以知道32位单片机系统从中断处理、寻址大小、处理器的速度等等性能上比8位和 16位系统强很多。32位系统的处理能力很强大，它相当于PC机386系列。随着32位单片机系统的日益广泛的应 用。对于大专院校的计算机、电子工程、通信工程、自动控制等专业的师生来说，快速的掌握32位单片机系统 是在激励的竞争中立足的根本。
三、嵌入式系统实验室的建设
3.1、硬件配置实验环境
可按实际情况，大小适中，以学生操作宽松，舒适为准。按标准班级每班30人，辅导教师1人 ，5人一组分成6组，可计：
 1、 实验桌：7 张，类型无特殊要求，大小为2＊1.5 平米为左右，高度0.75米左右，有PC机操作台最宜。
 2、 实验椅：31张，类型无特殊要求，单人学生椅，与实验桌的高度相配即可。
 3、 实验用PC机：7台，配置无需太高，以下为最低配置，向上为宜。 CPU：奔腾机系列，赛扬系列，AMD 系列 等CPU 均可，主频300M 。显示器：14 英寸彩显。硬盘：2G以上。内存：32M以上。主板：标准PC主板，应至少有两个串口。显存：4M 以上。键盘：标准PC键盘。鼠标：普通鼠标。网卡：10M 以上端口。
 4、 嵌入式实验系统：SP-32CEAM21A凌阳双核嵌入式实验系统15套，其每套标准配置包括： 直流稳压电源一个。 串口传输电缆一根。 系统开发平台一个。 320×240 LCD液晶显示器一块。 液晶显示器至系统开发平台并行电缆一根。 用户手册、实验手册一份。 开发环境及操作系统的资料光盘一张。 其中，系统开发平台配置及性能简介如下：彩色 LCD 及 TSP 触摸屏；NTSC/PAL 视频输出和Audio&Video输出接口；RS232标准接口；Joystick游戏手柄接口；10Mbps以太网接口，为标准RJ45插座；CMOS 图像传感器接口；立体声音频输入输出接口；输入4*4键盘；JTAG 接口；SPI标准接口；SIO标准接口；PS/2 接口；USB 主口，8 通道 12位 AD转换器接口，1路专用的MIC录音通道；USB 从口；SD卡接口；iPod-KEY 电容式非接触感应按键模组；数据扩展接口； 硬盘接口；8段数码管；包含GPRS模块、GPS模块、CMOS摄像头模块（30万像素）、ZIGBEE通讯模块、游戏手柄模块。
 5、网络集线器(16口)一个，网线14根(每组两根，其中接PC一根，接嵌入式开发平台一根)，长度由实际情况确定。以上即为嵌入式系统实验室所需的主要硬设备。
 3.2、软件安装
 3.2.1、软件需求ECOS操作系统； S+core开发环境；
 四、实验室效益
 1、 系统投资不大，提高了办学效益。
 2、 设备较为先进，提高了学校和师生的科研能力。

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