专利名称：一种嵌入式可扩展教学实验平台设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种教学实验平台，尤其是涉及一种嵌入式可扩展教学实验平台 设备。
背景技术：
关于嵌入式系统实验平台的专利主要有[1] 2007年4月18日公开，专利申请号为200620096811. 7的嵌入式电子设计自动 化多功能创新性实验平台。该实有新型专利有FPGA核心板、实验箱主板，以及高速模拟信 号采集与回放、高速大容量数字信号采集与回放和ARM最小系统三个功能扩展板。[2]
公开日为2008年7月2日，申请号为200710164609. 2由浙江大学申请的一 种面向嵌入式系统的单片机集成实验平台。包括基本系统单元、系统扩展单元、人机交互单 元、数字输入单元、模拟输入单元、数字输出单元、模拟输出单元、系统接口单元、伟福SP51 仿真器相连接。该发明开发全流程与仿真器配合使用，又可独立运行；在常规的单片机验证 功能基础上，重点关注用计算机工程设计方法构建嵌入式系统架构的能力。[3]
公开日为2007年5月16日由武汉大学申请的申请号为200620096810. 2的嵌 入式微机原理与应用综合实验箱。本实用新型设有微处理器和实验箱主板；微处理器彩用 PC104核心控制模块，其总线和外设接口与实验箱主板的连接是通过上层PC104核心控制 模块的针和下层实验箱主板的孔互相咬和相连；实验箱设有接口区、第一工具区、第二工具 区、第三工具区其与开放实验区所有插座芯片或模块的输入、输出管脚以插孔的形式引出。[4]
公开日为2007年12月26日，申请号为200720105545. 4由宁波大学申请的 一种新型数字电路与系统实验平台，该实用新型包括CPLD、FPGA、CPLD核心目标板、CPLD与 FPGA/CPLD核心目标板连接，CPLD分别与MCU和分立元件自助实验区连接，CPLD输出端与 第二显示模块输入端电连接，键盘输出端与CPLD的输入端连接，MCU的输出端与第一显示 模块输入端连接，FPGA/CPLD核心目标板输出端与高速DA转换器输入端电端连接。[5]
公开日为2009年12月23日，申请号为200920300768. X，的嵌入式计算机网 络教学平台，该平台是一种帮助学生理解计算机网络原理，提高教学效率的教学实验平台， 该平台中计算机和交换机分别有若干台，计算机、路由器、交换机等连接。[6]
公开日为2008年5月7日，申请号为200710018798. 2，由西安交通大学申请 的发明专利机器视觉教学创新实验平台，该发明包括机箱、电源按钮、调速旋钮、光电传感 器、电机、传动机构、检验台底座、环形光源、摄像机、摄像机支架和图像处理单元组成，图像 处理软件可以提供20个难易不同的创新实验，5个模式识别类实验与5个机器视觉领域的 研究热点问题。但是嵌入式系统的实验教学，尤其是创新探索型的实验教学对实验平台至少还有 以下几个需求上述专利没有解决1、实验平台要具有良好的扩展性，即既要满足初学时比较简单的要求，又要满足 后期高级的实验要求，还要能支持学生创新开发的要求。上述的专利[1]与[3]虽然有功能扩展板，但功能扩展板的功能实际是功能固定的，即与FPGA核心板相配合的高速模拟信 号采集与回放、高速大容量数字信号采集与回放和ARM最小系统。由于与实验箱上原来的 FPGA相配合，若要求学生在课程项目中采用自己创新设计的模块则很大难度。2、实验平台要有良好的测试功能，嵌入式系统最重要的技能就是能够在开发测试 过程中迅速地发现问题，要培养学生这方面的技能，实验平台必须支持这一点。上述的实验 平台虽然有核心模块等各个部分，但是并没有关于测试的辅助功能。3、实验平台还要具有良好的组装性，一方面每个部分能象汽车零件一样能拆下来 装上去，以便让学生对硬件了解清楚；另一方面学生课余做的部分要能非常方便地放到实 验平台上组装起来。上述提到的实验系统虽然都划分了模块，但这些模块都是固定地集成 在平台上，难以拆装。4、实验平台还要具有良好的跨课程重构性，即能够根据课程的不同通过选用不同 的模块重新组成一个实验平台，例如组成原理注重于处理器的使用，以及一些接口器件的 使用，如果在同一个实验平台上能够采用更换模块顺利过渡到嵌入式系统课程，那么学生 就可以减少重新熟悉平台的过程，从而将时间更加集中到核心技术上。同时，如果一个平台 可以应用于多个相关课程对于实验配备来说也更为经济。而上述平台都没有论及这一点。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大大节省 了研发和教学的资金投入的嵌入式可扩展教学实验平台设备。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，包括外围模块、核心模块、显 示模块、主板，其特征在于，所述的主板包括核心模块插槽、外围模块插槽、显示模块插槽、 测试孔组、电源模块、数据总线、地址总线、控制总线、外围通信总线、显标模块总线、板载外 部接口，所述核心模块插槽分别与数据总线、地址总线、控制总线、显标模块总线连接，所述 的外围模块插槽分别与数据总线、地址总线、控制总线、外围通信总线连接，所述的显示模 块插槽与显标模块总线连接，所述的板载外部接口与外围通信总线连接，所述的外围模块 插在外围模块插槽中，所述的核心模块插在核心模块插槽中，所述的显示模块插在显示模 块插槽中。所述的数据总线包括32根数据线、数据读使能信号线、写使能信号线、外围总线 请求信号线、外围总线请求应答信号线、外围总线等待信号线。所述的外围通信总线包括两组IIS总线、一组IIC总线、两组SPI总线、三组UART 通信线。所述的地址总线包括32根地址线、地址选择信号线。所述的控制总线包括32根外部中断与GPIO线、RESET0UT复位输出信号线。所述的显标模块总线包括24根显示数据线、行同步信号线、帧同步信号线、时钟 信号线、触摸屏模拟控制信号线。所述的板载外部接口包括JTAG接口、RS232接口、RS485接口、USB HOST接口、USB DEVICE接口、SD存储卡接口。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点
4[0024]1、能够支持多种嵌入式系统课程之间的衔接，使学生学习的技术在实际操作上也 能很好的衔接，在做的实验上，以及课程项目上进行增量式的积累，省去了需要重新熟悉另 外一种实验平台的时间，可以更为集中精力于关键知识上，并提高学生的创新能力以及开 发新产品的能力。由于系统提供的可插拔多模块结构，使得学生既可以通过学习现有的成 熟模块以获取知识与技能，又能创新性地开发出新的模块插入实验平台做成自己感兴趣的 嵌入式系统原型，通过适当的学生分组还可进而创新性开发出新的产品原型，因而这种扩 展式的发展能够提高学生的创新能力以及开发新产品的能力，进而为我们国家在嵌入式产 品方面进一步增强国际竞争力；2、因具有在嵌入式系统课程下跨课程重组的能力，所以不同的课程只要更换适当 的模块即可，不用更换实验平台，这样就不用为每一个课程采购实验设备。同时，由于模块 可更换，对于部分嵌入式系统的项目可以在该实验平台的基础上利用原来实验平台的软件 与硬件以及学生已经完成的课程项目，开发新的模块，更新软件，从而大大节省了研发和教 学的资金投入，并节省了时间。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例如图1所示，一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，包括外围模块、核心模块、显 示模块、主板，其特征在于，所述的主板包括核心模块插槽1、外围模块插槽2、显示模块插 槽10、测试孔组11、电源模块7、数据总线3、地址总线4、控制总线5、外围通信总线6、显标 模块总线9、板载外部接口 8，所述核心模块插槽1分别与数据总线3、地址总线4、控制总线 5、显标模块总线9连接，所述的外围模块插槽2分别与数据总线3、地址总线4、控制总线5、 外围通信总线6连接，所述的显示模块插槽10与显标模块总线9连接，所述的板载外部接 口 8与外围通信总线6连接，所述的外围模块插在外围模块插槽2中，所述的核心模块插在 核心模块插槽1中，所述的显示模块插在显示模块插槽10中。所述的数据总线3包括32根数据线、数据读使能信号线、写使能信号线、外围总线 请求信号线、外围总线请求应答信号线、外围总线等待信号线。所述的外围通信总线6包括 两组IIS总线、一组IIC总线、两组SPI总线、三组UART通信线。所述的地址总线4包括32 根地址线、地址选择信号线。所述的控制总线5包括32根外部中断与GPIO线、RESET0UT复 位输出信号线。所述的显标模块总线9包括24根显示数据线、行同步信号线、帧同步信号 线、时钟信号线、触摸屏模拟控制信号线。所述的板载外部接口 8包括JTAG接口、RS232接 口、RS485 接口、USB HOST 接口、USB DEVICE 接口、SD 存储卡接 口。用户可根据不同实验或需要开发符合核心模块接口各种核心模块，或开发符合外 围模块接口的外围接口模块，以及开发符合显示模块接口的显示模块。所述的外围模块包括三组初级外围模块组、中级外围模块组、高级外围模块组。初级外围模块组包括门电路实验模块、存储原理实验模块、数模\模数转换模块、8279中断实验模块、8255并口实验模块、8253定时/计数实验模块、P8535实时时钟模块、 总线FPGA/CPLD实验模块、测试模块。中级外围模块组包括音视频输入输出模块、网络接入模块、中级输入输出控制模 块、FPGA/CPLD实验模块、DSP数据处理模块、测试模块。高级外围模块包括DSP数据处理模块模块、高级输入输出控制模块、CAN总线控制 模块、总线FPGA/CPLD实验模块、存储接入模块、、传感器接口测试模块。所述的显示模块包括LED显示模块、IXD/VGA/触摸屏模块两种。所述的核心模块分为初级核心模块，中级核心模块与高级核心模块。各核心模块 集成嵌入式处理器并兼容核心模块接口与外围接口模块接口。初级核心模块、初级外围模块组、显示模块组、主板构成初级实验系统，主要面向 嵌入式系统导论、汇编语言、计算机组成原理等基础课程。中级核心模块、中级外围模块组、显示模块组、主板构成中级实验系统，主要面向 嵌入式WindowsCE、嵌入式Linux、数字图像处理等嵌入式中级课程。高极核心模块、高级外围模块组、显示模块组、主板构成高级实验系统，主要面向 高级嵌入式系统应用与创新开发。核心模块的插槽兼容外围模块的接口，较低级的实验系统通过作为较高级实验系 统的外围模块而复用。外围模块、核心模块、显示模块均可通过主板插槽进行插拔，教师可向学生方便展 示硬件的设计，学生亦可在实验过程中方便地检查硬件。在使用中，低年级学生学习嵌入式系统导论、汇编语言、计算机组成等基础课程 时，可选用初级核心模块、初级外围模块组、显示模块组配合主板进行实验。将初级核心模 块与核心模块插槽1相联，将初级外围模块与外围模块插槽相联接，将LED显示模块、LCD/ VGA显示模块分别与显示模块插槽10，经通过板载外部接口 8中的RS232联接到计算机进 行调试。测试孔组11联接到示波器或万用表进行测试分析。高年级学生学习嵌入式Linux、WindowsCE等课程时，可选用中级核心模块组与中 级外围模块组，并配合所述主板进行学习。将初级核心模块更换成所述中级核心模块，通过 板载外部接口 8中的JTAG接口更新系统软件，通过板载外部接口 8中的RS232接口从计算 机下载程序或进行调试。学生可选用音视频输入输出模块、DSP数据处理模块、传感器接口 模块、网络接入模块、测试模块、中级输入输出控制模块，复用初级学习过程中使用的模块 或创新开发的模块进行学习，学习过程中逐渐由单模块向多模块学习过渡。随着专业能力的提高，学生还可选用DSP数据处理模块、传感器接口模块、高级输 入输出控制模块等高级外围模块、高级核心模块，复用初级学习过程或中级学习过程中使 用的模块或创新开发的模块组成复杂的嵌入式系统进行学习。处于初不同学习阶段的学生都可在课程项目中创新地开发出符合外围模块接口 的外围模块，且低年级时开发的模块到高年级时仍然能够插入外围模块插槽2中使用。例 如，在低年级时用51开发的接口控制模块到高年级时可以在高年级时插入外围模块槽中 作为新的系统的一部分使用。高年级的学生通过不断深入地学习，通过各学习阶段的创新 与积累可进一步开发部分外围模块，创新性地组成新的系统原型。核心模块的接口兼容外围模块的接口，较低级的实验系统可通过作为较高级实验系统的外围模块而复用。外围模块、核心模块、显示模块均可通过主板插槽进行插拔，教师可向学生方便展 示硬件的设计，学生亦可在实验过程中方便地检查硬件。用户通过所述测试孔组与实验仪器相连接进行测试。用户通过多个外围模块或核心模块进行交叉测试，从而判断创新设计的模块是否 能成功运行。
权利要求一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，包括外围模块、核心模块、显示模块、主板，其特征在于，所述的主板包括核心模块插槽(1)、外围模块插槽(2)、显示模块插槽(10)、测试孔组(11)、电源模块(7)、数据总线(3)、地址总线(4)、控制总线(5)、外围通信总线(6)、显标模块总线(9)、板载外部接口(8)，所述核心模块插槽(1)分别与数据总线(3)、地址总线(4)、控制总线(5)、显标模块总线(9)连接，所述的外围模块插槽(2)分别与数据总线(3)、地址总线(4)、控制总线(5)、外围通信总线(6)连接，所述的显示模块插槽(10)与显标模块总线(9)连接，所述的板载外部接口(8)与外围通信总线(6)连接，所述的外围模块插在外围模块插槽(2)中，所述的核心模块插在核心模块插槽(1)中，所述的显示模块插在显示模块插槽(10)中。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 数据总线(3)包括32根数据线、数据读使能信号线、写使能信号线、外围总线请求信号线、 外围总线请求应答信号线、外围总线等待信号线。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 外围通信总线(6)包括两组IIS总线、一组IIC总线、两组SPI总线、三组UART通信线。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 地址总线(4)包括32根地址线、地址选择信号线。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 控制总线(5)包括32根外部中断与GPIO线、RESET0UT复位输出信号线。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 显标模块总线(9)包括24根显示数据线、行同步信号线、帧同步信号线、时钟信号线、触摸 屏模拟控制信号线。
7.根据权利要求1所述的一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，其特征在于，所述的 板载外部接口(8)包括 JTAG 接口、RS232 接口、RS485 接口、USB HOST 接口、USB DEVICE 接 口、SD存储卡接口。
专利摘要本实用新型涉及一种嵌入式可扩展教学实验平台设备，包括外围模块、核心模块、显示模块、主板，所述的主板包括核心模块插槽、外围模块插槽、显示模块插槽、测试孔组、电源模块、数据总线、地址总线、控制总线、外围通信总线、显标模块总线、板载外部接口，所述核心模块插槽分别与数据总线、地址总线、控制总线、显标模块总线连接，所述的外围模块插槽分别与数据总线、地址总线、控制总线、外围通信总线连接，所述的显示模块插槽与显标模块总线连接，所述的板载外部接口与外围通信总线连接。与现有技术相比，本实用新型具有大大节省了研发和教学的资金投入，并节省了时间等优点。
文档编号G09B19/00GK201655080SQ20102016585
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者何宗健, 张惠娟, 张晨曦, 罗怡桂 申请人:同济大学