专利名称：嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台的制作方法
技术领域：
嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台
技术领域：
本实用新型发明涉及一种嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台，特别涉及一种便于扩展、易于移植，支持多种处理器、多种外围模块的嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台。
背景技术：
目前，没有较为完整的嵌入式硬件开发平台，取而代之的是，相关的嵌入式开发板。现有嵌入式开发板，大都是集成型开发板。顾名思义，这种开发板是将所有外围集成到一个板子上，有时甚至集成了显示设备。这样的开发板难以满足开发人员的开发需求，最为重要的原因是，它的大部分外围都集成到一个板子上，导致开放性非常差，难以实现扩展； 同时，开发板上的外围也难以移植到其它系统。除了集成型开发板外，还有另一类嵌入式开发板-实验仪型开发板。实验仪型开发板与集成型开发板相比，在扩展性、模块化方面有所提高，但依然有很多不足。实际上，它也是将外围集成到一个板子上，只是外围并不直接连接到处理器，而是通过连接线连接到处理器。这样做的好处是，开发人员可以从实验仪上选择相应的外围，组合成自己需要的系统，同时，分离的外围也可以接入其它系统。但这样做，不可避免的带来以下显著缺点 1.开发人员需要进行大量连线，不便开发；2.系统异常笨重，不便把相关外围使用到其它系统，因为这需要移动整个实验仪。为了让开发板具有扩展性，又不至于使整个板的连接出现过多的引线，出现了一些扩展性较强，同时兼容几种处理器的开发板。但这类开发板仅能支持几种处理器，而且只是将部分外围模块化，且扩展接口也比较有限。所以，整体上，这类开发板还是不能满足开发需求。
实用新型内容为克服现有开发板的诸多不足之处，本实用新型为嵌入式开发人员提供一种嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台，使用这种嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台的开发人员可以有效提高开发速度，降低开发成本。本实用新型解决技术问题的方案是提供一种嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台。该嵌入式主控板包括一处理器，一微控制器电路，一电源电路。该处理器，该微控制器电路，该电源电路集成于该嵌入式主控板；其进一步包括多个外围接口，该外围接口分别设置于该嵌入式主控板的四周，用于连接多个外围模块。优选地，该处理器可以是8位、16位、32位处理器。优选地，该微控制器电路包括晶振电路、复位电路、下载与调试接口。优选地，该电源电路包括USB电源输入接口、DC电源输入接口、电源保护电路、稳压电路和电源LED指示灯。优选地，进一步包括若干板载器件，其包括发光二极管、按键及摇杆中的一个或多个。优选地，该外围接口包括固定标准接口及非固定标准接口中的一个或多个。优选地，该固定标准接口包括单总线接口(I-WIRE)，I2C总线接口，串行外设接口 (SPI)，USART总线接口、USB接口，安全数字输入输出接口(SDIO)，控制器局域网络(CAN)， PS/2接口或以太网(Ethernet)接口中的一个或多个。优选地，该非固定标准接口包括非易失存储器接口，静态存储器(SRAM)读写接口，IXD显示接口，按键检测接口中的一个或多个。本实用新型提供一种嵌入式硬件开发平台，其包括前面所述的嵌入式主控板，进一步包括多个外围模块，该多个外围模块分别与该嵌入式主控板的外围接口连接。优选地，该外围模块包括通信模块、存储模块、采集模块、控制模块、输入模块、显示模块、时钟模块、扩展模块及音频模块中的一个或多个。相对于现有技术，本实用新型嵌入式主控板及嵌入式硬件开发平台是将传统上的嵌入式开发板分离，转变为两部分嵌入式主控板及外围模块。利用嵌入式主控板上设置的多种接口实现了一个开放式的嵌入式硬件开发平台；同时配合多种外围模块形成了一种嵌入式硬件开发平台。整个嵌入式硬件开发平台的优点是开放化，资源开放，便于使用；模块化，分块设计，持续更新；扩展性，接口丰富，利于扩展；移植性，支持移植，加速开发 ’易用性，资源丰富，易于学习；应用性，接口标准，直接应用。此外，在产品开发阶段，开发人员可以根据实际需要，选购嵌入式主控板、外围模块，搭建真正符合自己实际需求的系统；在产品生产阶段，研发公司可以直接采购适合的外围模块，直接用到自己的最终产品上，采购已经量产的模块可以省去部分研发费用及时间， 大大提高开发效率，有效降低生产成本。产品功能更改或升级，速度更快，成本更低。因为只需要根据实际情况，更换、升级产品的相应模块，即可以实现产品的升级。例如，将8051 处理器更改为ARM C0RTEX-M3，将IG内存更换为2G内存，并不需要将整个系统换掉，而是针对性的进行更换。
图1是本实用新型嵌入式硬件开发平台结构示意图。图2是本实用新型嵌入式主控板的结构示意图。
具体实施方式为了使本实用新型的目的，技术方案及优点让人更为清楚明了，
以下结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，以下内容仅举一种具体实施案例进行说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。参阅图1，嵌入式硬件开发平台100包括嵌入式主控板20及外围模块(未标号)。 嵌入式主控板20位于整个硬件开发平台100的中间部位；该嵌入式主控板20上布置有多种接口，每个外围模块在嵌入式主控板20上都有相对应的连接端，因此，可以直接将外围模块插在嵌入式主控板20上，实现整个平台100的可扩展性、可移植性。参阅图2，嵌入式主控板20包括处理器201、微控制器(micro control unit以下简称MCU，图未示)电路、电源电路202、板载器件203和外围接口(图未示)五部分。每部分都集成在整个嵌入式主控板20上。嵌入式主控板20以处理器201为核心，各嵌入式主控板20采用不同的处理器 201。按处理器201字长分，可以分为8位、16位、32位处理器201。从处理器201内核看， 可以是 8051、AVR、PIC、ARM7、ARMl 1、ARMC0RTEX-M 3 等处理器 201。嵌入式主控板20上的MCU电路为嵌入式主控板20的开发提供基础电路，其包括 晶振电路、复位电路、下载与调试接口、B00TL0AD设置端口(仅限带B00TL0AD功能的处理器)。晶振电路为MCU提供时钟源；复位电路为MCU提供上电复位和实现按键复位；下载与调试接口主要用来下载与调试程序；B00TL0ADER设置端口用于设置B00TL0AD模式。嵌入式主控板20上的电源电路202包括USB电源输入接口 2025、DC电源输入接口 2021、电源保护电路(图未示)、稳压电路(图未示)、电源LED指示灯(图未示)。每种接口的作用环境不同。当使用USB电源的时候，外接电源连接在USB电源输2025接口上； 当使用直流电源的时候，外接电源连接在DC电源输入接口 2021上。用户通过电源输入选择开关2023对不同电源的需求进行选择。电源保护电路主要作用是接反保护，过流、过压保护；稳压电路用来使系统的工作电压维持在一个实际需要的电压范围或电压值。嵌入式主控板20上的板载器件203包括发光二极管(LED) 2031、按键 (USERKEY) 2032、摇杆2033。需要说明的是，嵌入式主控板20仅内置这类最为基本的输入输出设备，这样可以有效避免嵌入式主控板20上的资源不符合开发人员的开发需求，造成浪费。发光二极管2031主要是用于I/O输出测试，程序状态指示；按键2032和摇杆2033主要用于I/O输入测试，程序运行状态设置。嵌入式主控板20上的外围接口主要有固定标准接口和非固定标准接口两种。固定标准接口包括单总线接口(1_WIRE)2051、I2C总线接口 2052、串行外设接口 (SPI) 2053, USART 总线接口 2054、USB接口 (图未示)、8BITI/0接口 2061、8BIT FSMC接口 2063，可用于接入通信模块、存储模块、采集模块、控制模块、输入模块、时钟模块、扩展模块、音频模块等一系列外围模块。安全数字输入输出接口(SDIO) 2056用于接入SD卡类存储模块；控制器局域网络(CAN)接口 2057用于接入通信模块；PS/2接口 2058用于接入输入模块；IXD显示接口 2059用于接入显示模块；以太网(Ethernet)接口(图未示)用于接入通信模块。非固定标准接口包括非易失存储器接口(图未示)用于接入存储模块；静态存储器(SRAM， 图未示)读写接口也用于接入存储模块。这些接口是彼此独立的，嵌入式主控板20通过这些接口与外围模块相连即可实现每个模块的相应功能。参阅图1，外围模块包括通信模块401、存储模块402、采集模块403、控制模块 404、输入模块405、显示模块406、时钟模块407、扩展模块408、音频模块409、其它模块。每种外围模块主要包括两部分模块相关电路(图未示)、接入嵌入式主控板20的插口(图未示)，模块相关电路为这些外围模块的内部连接电路，这些电路的作用是让模块得以正常工作；接入嵌入式主控板20的插口与嵌入式主控板20上的接口相对应，使每种模块在嵌入式主控板20上都有其相应的连接位置。外围模块中的通信模块401包括USB转UART模块(USB TO UART Module)、 USB 主机模块(USBHOSTModule)、USB 从机模块(USB DEVICE Module)、USBOTG 模块(USB OTG Module)、网络模 ±夬(Ethernet Module)、RS232 模 ±夬(RS232Module)、RS485 模土夬 (RS485Module)、CAN 模块(CAN Module)、NRF24L01 无线模块(NRF24L01Wireless Module)、Zigbee 模块(Zigbee Module)、蓝牙模块(Bluetooth Module)、WiFi 模块(WiFi Module)、 GSM 模块(GSM Module)、3G 模块(3G Module)、VGA 模块(VGA Module)等。这类模块的主要作用是实现数据通信；这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的通信模块401进行调用。外围模块中的存储模块402包括EEPR0M模块(EEPR0M Module)、DataFlash模块(DataFlash Mod-ule)、NorFlash 模块(NorFlash Module)、SRAM 模块(SRAM Module)、 NandFlash (NandFlash Module)、Micro SD +牛莫Ife (Micro SD Storage Module)、 SD 卡模块(Mandard SD Storage Module)等。这类模块的主要作用是对输入以及运算所得的数据进行存储与读取，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的存储模块402进行调用。外围模块中的采集模块403包括摄像头模块(Camera Module)、PCF859IADDA 模块(PCF8591AD DA Module)、模拟测试模块(Analog Test Module)、颜色识别模块 (Color-Charact Module)、红外线模块(Infrared Module)、转速测量模块(RVelocity Module)、角速测量模块(AVelocity Module)、加速度测量模块(Acceleration Module)、磁力测量模块(Magnetic Module) ^Distance Measure Module (距离测量模块)、湿度测量模块(Humidity Module)、温度测量模块(Temperature Module)、GPS 模块(GPS Module)等。 这类模块的主要作用是对数据进行实时采集，然后通过嵌入式主控板20对采集到的数据进行处理，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的采集模块403进行调用。外围模块中的控制模块404包括步进电机模块(St印Motor Module)、直流电机模块(DC Motor Module)等。这类模块的主要作用是输出控制外部设备，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的控制模块404进行调用。外围模块中的输入模块405包括1路AD16个按键模块(IAD 16Keys Keypad)、8 个 1/08 个按键模块(8I0s8Keys Keypad)、8 个 1/016 个按键模块(8I0s 16Keys Keypad)、 3个1/021个按键模块(3I0s 21Keys Keypad)等。这类模块的主要作用是提供开关量信号给主控板，让系统进行相应处理，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的输入模块405进行调用。外围模块中的显示模块406包括IXD (可选带不带触屏，屏幕尺寸有多种可选)、 数码管模块G位、8位可选)等。这类模块的主要作用是对运算所得结果进行显示，显示系统的运行状态，指示用户进行相应操作等，从而实现系统的可视化，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的显示模块406进行连接。外围模块中的时钟模块407包括PCF8563实时时钟(PCF8563RTC Module)、 DS1302实时时钟(DS1302RTC Module)等。这类模块的主要作用是提供计时功能，包括提供日历等功能(整个计时过程不需要MCU参与，系统掉电，也可进行计时，就像电脑关机，时间不会丢失一样，因为时钟模块上有后备电池供电)，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的时钟模块407进行连接。[0036]外围模块中的扩展模块408包括PCF8574I/0扩展模块(PCF8574I/0 Expansion Module)、74HC164 串入转并出(74HC164Sin To Pout Module)、74HC165 串出转并入 (74HC165Sout To Pin Module)等。这类模块的主要作用是在原有的开发系统基础上，对外围进行再次扩展，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的扩展模块408进行连接。外围模块中的音频模块409为VSlOOiBB MP3 Mod-ule、录音模块(Record Module)、 音频放大模块(Audio Amplifier Module)等。这类模块的主要作用是进行音频采集与输出，这些模块的插口在嵌入式主控板20上皆有与其相对应的接口，因此，用户可根据具体需要，对自己所需要的音频模块409进行连接。需要说明的是，某些模块在这里只进行了简要说明，例如，USB转UART模块(USB TO UART Module)包括了 PL2303USB转UART 模块(PL2303 USB TO UART Module)、FT232USB 转 UART 模块(FT232USB TO UART Module)、CP2102USB 转 UART 模块(CP2102USB TO UART Module)等。又如，录音模块包括了 10秒录音模块(10S Record Module)、60秒录音模块 (60S Record Module)、8分钟录音模块(8Minutes Record Module)等。对于具体使用什么模块，开发人员在开发的时候可根据需要进行选择。作为嵌入式硬件开发平台100，本实用新型支持的嵌入式主控板20及外围模块不受限制，因为整个平台100可以随时升级，加入新的嵌入式主控板20及外围模块，从而支持新的处理器201及外围模块。在使用过程中，用户可以根据需要选用自己所需的嵌入式主控板20和外围模块。 嵌入式主控板20与外围模块各有多种型号。每个嵌入式主控板20与外围模块都可以看成是一个独立的单元，开发人员可以根据实际需要，选择不同的嵌入式主控板20及外围模块，进行系统开发。将嵌入式主控板20、外围模块单元化，对它们都进行接口化，这样的设计思想与软件工程的设计思想相同。同样，它带来了软件工程的一些优点，例如，对于各个单位来说，它们是“一次设计，到处使用”。嵌入式主控板20的开放性设计及外围的模块化设计实现了整个平台的可扩展性、可移植性。开发人员在需要的时候对嵌入式主控板20及外围模块进行“调用”，即可进行相关开发。另外，对于已开发完成的系统，如果想对它进行升级，也只需将需要升级的模块进行简单更换，即可实现系统升级，整个过程操作非常简便。需要说明的是，嵌入式主控板20的外围接口与外围模块的接口做到了兼容(包括电气特性兼容，端口排序顺序相同)，所以能保证1)嵌入式主控板20可以直接插入相应外围模块；幻外围模块可以直接接入任一可能使用到它的嵌入式主控板20。相对于现有技术，本实用新型嵌入式主控板20及嵌入式硬件开发平台100是将传统上的开发板分离，转变为两部分嵌入式主控板20及外围模块。利用嵌入式主控板20 上设置的多种接口与多种外围模块进行配合，从而形成一种开放式的嵌入式硬件开发平台 100。整个嵌入式硬件开发平台100的优点是开放化，资源开放，便于使用；模块化，分块设计，持续更新；扩展性，接口丰富，利于扩展；移植性，支持移植，加速开发；易用性，资源丰富，易于学习；应用性，接口标准，直接应用。[0046]此外，在产品开发阶段，开发人员可以根据实际需要，选购嵌入式主控板20、外围模块，搭建真正符合自己实际需求的系统；在产品生产阶段，研发公司可以直接采购适合的外围模块，直接用到自己的最终产品上，采购已经量产的模块可以省去部分研发费用及时间，大大提高开发效率，有效降低生产成本。产品功能更改或升级，速度更快，成本更低。因为只需要根据实际情况，更换、升级产品的相应模块，即可以实现产品的升级。例如，将8051 处理器更改为ARM C0RTEX-M3，将IG内存更换为2G内存，并不需要将整个系统换掉，而是针对性的进行更换。为了进一步使该行业技术人员对该实用新型做更加详细的了解，试举下述一开发实例以供参考。若一开发人员基于嵌入式硬件开发平台100开发一款MP3播放器，他只需要选择一嵌入式主控板20，再选择所需的外围模块，如MP3解码模块，按键模块，LCD模块，SD卡模块，音频放大模块。然后将MP3解码模块、按键模块、LCD模块、SD卡模块、音频放大模块，插入嵌入式主控板20上与其相对应的接口。接入后，通过下载与调试接口将“MP3解码程序”烧入到嵌入式主控板20，即可完成初步的开发。开发人员还可以基于此示例进行改动，比如进行一些个性化设置IXD上显示的内容是显示播放进度还是变化的音频信号，或者显示日期；同时按多个按键形成组合键会实现什么功能；按住快进3秒钟以上会实现什么功能等，这些都可以在此开发过程中根据实际需要进行改动，最终做出相应的个性化的MP3播放器。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种嵌入式主控板，其包括一处理器，一微控制器电路，一电源电路，该处理器，该微控制器电路，该电源电路集成于该嵌入式主控板，其特征在于其进一步包括多个外围接口，该外围接口分别设置于该嵌入式主控板的四周，用于连接多个外围模块。
2.一种如权利要求1所述的嵌入式主控板，其特征在于该处理器可以是8位、16位、 32位处理器。
3.—种如权利要求1所述的嵌入式主控板，其特征在于该微控制器电路包括晶振电路、复位电路、下载与调试接口。
4.一种如权利要求1所述的嵌入式主控板，其特征在于该电源电路包括USB电源输入接口、DC电源输入接口、电源保护电路、稳压电路和电源LED指示灯。
5.一种如权利要求1所述的嵌入式主控板，其特征在于进一步包括若干板载器件，其包括发光二极管、按键及摇杆中的一个或多个。
6.一种如权利要求1所述的嵌入式主控板，其特征在于该外围接口包括固定标准接口及非固定标准接口中的一个或多个。
7.—种如权利要求6所述的嵌入式主控板，其特征在于该固定标准接口包括单总线接口 (I-WIRE)，I2C总线接口，串行外设接口 (SPI)，US ART总线接口、USB接口，安全数字输入输出接口(SDIO)，控制器局域网络(CAN) ,PS/2接口或以太网(Ethernet)接口中的一个或多个。
8.—种如权利要求6所述的嵌入式主控板，其特征在于该非固定标准接口包括非易失存储器接口，静态存储器(SRAM)读写接口，LCD显示接口，按键检测接口中的一个或多个。
9.一种嵌入式硬件开发平台，其特征在于包括如权利要求1-8之任一项所述的嵌入式主控板，进一步包括多个外围模块，该多个外围模块分别与该嵌入式主控板的外围接口连接。
10.一种如权利要求9所述的嵌入式硬件开发平台，其特征在于该外围模块包括通信模块、存储模块、采集模块、控制模块、输入模块、显示模块、时钟模块、扩展模块及音频模块中的一个或多个。
专利摘要一种嵌入式硬件开发平台，其包括一个嵌入式主控板和多个外围模块。嵌入式主控板包括一处理器，一微控制器电路，一电源电路。该处理器，该微控制器电路，该电源电路集成于该嵌入式主控板，其进一步还包括多个外围接口，该外围接口分别设置于该嵌入式主控板的四周，用于连接多个外围模块。本实用新型充分实现开放化、模块化，并且同时具备扩展性、移植性、易用性和应用性。在产品开发阶段，开发人员可以根据实际需要，选购主控板、外围模块，搭建真正符合自己实际需求的系统。在产品生产阶段，可以直接采购适合的外围模块，直接用到自己的最终产品上，从而大大提高开发效率，有效降低生产成本。
文档编号G05B19/042GK202306232SQ20112044652
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者叶子豪 申请人:深圳市微雪电子有限公司