【多功能嵌入式實驗開發平臺】
功能/作用介紹
簡介
性能指標：
一、實驗臺部分
ARM Cortex-A9(四核)+Cortex-M3(開源Arduino)+板載FPGA模塊化及一體化組織架構：
擴展I/O 40PIN排針
Cortex-M3與ARM Cortex-A9 可通過多種方式進行通信(UART，DEGUG，USB-OTG等)
FPGA 與Cortex-M3 相互通信連接(SPI,I2C，UART等)
FPGA 與ARM Cortex-A9 I/O相互通信連接(SPI,I2C，UART等)
(一)ARM Cortex-A9部分：
處理核心：Cortex-A9四核處理器
內存：DDR3 SDRAM，要求構成64位雙通道2GB超大內存，滿足Android Linux最新系統運行資源要求
存儲器：不小于16GB的固態硬盤 EMMC存儲器
電源管理：要求架構優良，高效穩定
網口：不少于一個10M/100M高性能以太網RJ45接口
無線WIFI: 802.11b/g,802.11n(1x1)
藍牙：2.1+EDR/Bluetooth 3.0
3G模塊：高性能3G模組，下行速率不低于21M/s
GPS模塊：新一代SIRF III低功耗GPS模塊
HDMI接口：標準HDMI V1.4,1080p高清分辨率輸出
串口：不少于兩路的標準RS232接口
工業接口：RS485接口、CAN接口
USB接口：不少于三個USB 2.0高速Host接口
OTG USB：不少于一個USB 2.0高速OTG接口，支持Android程序開發在線調試
音頻接口：一路 3.5mm音頻輸出接口、一路3.5mm音頻輸入接口、一個板載麥克風、可外接左右聲道1W8歐姆喇叭
攝像頭：板載不低于200萬象素攝像頭
顯示屏：不小于9.7寸的IPS屏幕，分辨率不低于1024x768，可視角度達到178度，觸摸屏為十點觸控電容屏，觸摸反應靈敏、定位精確
擴展存儲接口：MMC/SD/SDIO/SDHC/TF標準卡槽，最高支持32GB容量
用戶可編程LED: 提供四個GPIO控制的高亮LED
按鍵：五個用戶自定義按鍵(三個GPIO按鍵，兩個矩陣按鍵)
JTAG：2x 10Pin標準JTAG接口
(二)Cortex-M3(開源Arduino)：
板載16MHz晶振，主頻84MHz
Flash： 512KB
SRAM: 96KB
片內資源：以太網MAC， CAN，HS的USB MiniHost、設備的片上PHY、高速SD / SDIO / MMC、三個UART、兩個SPI接口、I2S、The SAM3X8E also features a 12-bit ADC/DAC, temperature sensor, 32-bit timers, PWM timer and RTC. 12位ADC / DAC、溫度傳感、32位定時器、PWM定時器和RTC。
引出接口：Arduino標準接口，Google ADK2012標準接口
兩個GPIO控制LED
兩個通用GPIO按鍵
一個個復位按鍵、一個個燒寫擦除按鍵
板載一個RS232接口
板載一個TF卡接口
一個USB-DEBUG接口
一個USB-OTG接口
要求Cortex-M3(Arduino模塊)既可固定在底板上，與Cortex-A9進行多種方式通信(UART，DEGUG，USB-OTG等)，也可以支持攜帶式開發。
(三)擴展FPGA模塊:
板載40MHz晶振
板載SPI Flash 不低于16Mb
提供2x 7Pin標準JTAG接口
板載不少于四個用戶可編程LED(可由FPGA,Cortex-A9,Arduino控制)
板載不少于兩個用戶可編程按鍵
板載一個復位按鍵
FPGA邏輯資源：
System Gates：不低于100K
Slices：不低于960
Logic Cells：不低于2160
CLB Flip-Flops：不低于240
FPGA內部存儲資源：
Maximum Distributed RAM (Kbits)：不低于15k
Block RAM Blocks：不低于72k
Digital Clock Managers (DCMs) ：不低于2
FPGA內嵌的專用乘法器：
Dedicated Multipliers：不低于4
應提供不少于6個Zigbee節點和至少6個傳感器
(一)ZigBee節點參數
核心器件： TI CC2530F256
工作頻段：2.4GHz
16個傳輸信道，根據環境進行切換可靠通信信道
無線傳輸速率不低于250kbps
適應2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收發器
高性能、低功耗的增強型8051微控制器內核
高級加密標準(AES)協處理器
看門狗、電池監視器和溫度傳感器
接口類型：板載UART轉USB接口
標準傳感器擴展I/O接口(支持UART,SPI,IIC,GPIO,ADC等)
板載高亮7段數碼管
供電方式：支持5號電池供電、USB供電以及板載4.2V鋁電池供電(支持板載充電)。
(二)傳感器規格參數：
(1)溫濕度傳感器
傳感器型號：SHT10
工作電壓：DC 3.3V
通訊協議：I2C協議
濕度測量范圍：0%RH～100%RH
濕度測量精度： ±4.5%RH
濕度測量響應時間：8s(τ63%)
溫度測量范圍：-40℃～123.8℃
溫度測量精度： ±0.5℃
溫度測量響應時間：5s～30s(τ63%)
(2)人體紅外傳感器
傳感器型號：HC-SR501
工作電壓：DC 5V
靜態功耗：65uA
電平輸出：高電平3.3V，低電平0V
延時時間：可調(0.3s～18s)
封鎖時間：0.2s
觸發方式：L不可重復，H可重復，默認值為H
感應范圍：小于120°錐角，7米以內
工作溫度：-15℃～70℃
(3)振動傳感器
傳感器型號：SW-420
工作電壓：DC 5V
輸出形式：DO數字開關量輸出(0和1)
(4)光照傳感器
工作電壓：3.3V~5.0V;
檢測范圍：0~65535 lx;
精度：16bit ADC
靈敏度：1lx(勒克斯);
輸出：I2C接口
(5)聲音傳感器
工作電壓：4~6V;
傳感器：駐極體話筒;
輸出：輸出有效信號為低電平;
靈敏度：靈敏度可調
(6)紅外測距傳感器
工作電壓：4.5V~5.5V;
測量范圍：10~80cm;
輸出：模擬量輸出
臺套數：60
三、作用
用于開展嵌入式系統課程設計。嵌入式系統課程設計是重要的實踐課程，可以讓學生初步學會綜合運用大學三年來所學的有關嵌入式系統方面的專業知識，設計完成一個小規模的課題。通過此過程增強學生應用知識能力、綜合設計能力、獨立分析和解決問題的科研工作能力，培養學生樹立良好的團結協作的科研工作作風。實驗臺針對本科計算機專業的嵌入式系統課程教學特點，結合嵌入式系統基本理論，使學生對嵌入式系統的原理，方法和特性有更加深刻的理解，進一步提高學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力。
四、功能、特色優勢
本實驗臺是基于智能手機和平板電腦所采用的主流處理器構建的多核嵌入式實驗臺，采用三星Exynos 4412 四核高速ARM Cortex-A9處理器+FPGA +Arduino(ARM Cortex-M 系列高性能單片機)的架構，是一款基于開源軟件和開源硬件思想構建的嵌入式教學實驗箱，不但能夠滿足目前物聯網、傳感網、嵌入式軟件和硬件設計的教學實驗要求，還能夠用于智能手機、平板電腦、物聯網系統、及其它智能終端的開發需求。
五、應用、推廣情況
作為課程教學儀器已經開始小范圍組織學生試用，以期獲得更多的實驗經驗，預計在明年或者后年正式進入實驗課堂。
作品名稱：多功能嵌入式實驗開發平臺
完成單位：哈爾濱工程大學
