嵌入式系统实验室建设项目申请报告

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嵌入式系统实验室建设项目申请报告

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嵌入式系统实验室建设项目申请报告

　　一、嵌入式技术发展及人才需求概述

　　嵌入式产业现已成为中国it产业中的一个重要的新兴产业和经济增长点，嵌入式技术正在越来越广泛地被应用在通信、电子、工业、交通等各个领域，大到石油提炼和相关的贮运设施、建筑设备、计算机辅助制造系统、能源控制系统、核电站硬件机器人系统，小到我们日常使用的智能手机、电话交换系统，以及数字电视、掌上电脑、dvd、mp4、数码相机、网络冰箱、网络空调、可视电话等，嵌入式技术正在我们的生活中占据着越来越重要的地位，如下图所示，但随着国内嵌入式系统的飞速发展，嵌入式软件人才的缺乏已经成为了国内嵌入式产业可持续发展的瓶颈之一，据统计，每年的嵌入式人才缺口约有50万人。

　　目前，我国嵌入式软件复合型人才基数小、队伍不稳定，缺口较大。一方面，是因为这一领域入门门槛较高，不仅要懂较底层软件，对软件专业水平要求较高，而且必须懂得硬件的工作原理，所以非专业it人员很难切入这一领域;另一方面，是因为这一领域较新，目前发展太快，很多软硬件技术出现时间不长或正在出现，掌握这些新技术的人当然很找。嵌入式人才稀缺，身价自然就高，越有经验价格就越高。其实嵌入式人才稀少，根本原因可能是大多数人无条件接触，这需要相应的嵌入式开发板和软件，另外需要有经验的人进行指导开发流程。

　　因此，为了适应当前社会对嵌入式人才的需求，我们应该尽快建立起“嵌入式系统实验室”，为培养嵌入式人才搭建起坚实的软硬件平台。

　　二、嵌入式系统实验室的功能

　　由于要将该实验室建设为标准型实验室，因此要采用较高的配置标准，以适应10—XX年技术发展和使用的要求，且具有开放性、灵活性和可扩展性。

　　该实验室建成之后，除了满足日常嵌入式学科教学之外，还要实现如下功能：

　　学生学期课题设计;

　　全国嵌入式大学生电子竞赛实训基地;

　　学生相关课题的毕业设计;

　　本校教师科研开发基地;

　　社会嵌入式系统工程师培训基地。

　　三、嵌入式系统实验室的建设

　　实验室的建设包括嵌入式实验室环境、嵌入式实验室硬件环境建设，软件环境的建几个方面内容。

　　3.1嵌入式实验室环境

　　容纳40人左右的实验室机房，建议使用面积80m2以上;实验桌椅40套，每个学生实验桌面140×60(mm)以上，方便学生在桌面上放置实验箱等设备。

　　windows客户机+linux服务器的方式，对实验室而言，应该是最适合的方案了。只需多一台linux服务器就可以了。

　　3.2嵌入式实验室硬件环境配置清单

　　嵌入式实验室设备清单，如下表所示：

　　2、嵌入式实验箱的技术参数指标要求

　　嵌入式实验箱是嵌入式系统实验室的关键组成部分，具体参数指标要求如下：

　　intelxscalepxa270嵌入式实验箱

　　硬件要求：pxa270实验箱由核心板+教学底板组成

　　核心板硬件参数

　　处理器:intelxscalepxa270520mhz

　　sdram:64mbyte

　　flash:32mbyte

　　底板硬件参数

　　lcd接口:配tft8”(640*480)屏。

　　vga输出接口:可接模拟crt显示器或液晶显示器

　　触摸屏:ucb1400be，四线电阻式

　　以太网接口:10m/100m自适应接口1个

　　audio:ac97标准音频输入/输出

　　usbhost:1个

　　usbclient:1个

　　摄像头接口:1个

　　红外通信接口:1个

　　串口:5个rs232(其中3个为全功能)

　　485通信接口:1个

　　jtag接口:20pin

　　pcmcia接口:1个

　　ide接口:可接笔记本硬盘

　　sd/mmc卡接口:可接sd卡或mmc卡

　　smc卡:可扩展nandflash

　　led阵列:8×8发光二极管阵列

　　七段数码管:4个7段数码管

　　ad:1个电位器电压输入，一个温度传感器输入

　　rtc:实时钟

　　键盘:4×5键盘矩阵

　　扩展接口:2×96pin欧式座，引出所有总线信号：可扩展以下模块：

　　dsp6713&usb2.0高速数据采集板

　　fpga扩展板

　　gps&gprs扩展板

　　can&485通信扩展板

　　电机扩展模块

　　射频卡&ic卡扩展板

　　热敏滑动指纹传感模块

　　802.15.4扩展模块

　　3.3嵌入式实验室软件资源清单

　　1、提供嵌入式linux2.4以及windowsce5.0操作系统。

　　⑴windowsce.net5.0bsp

　　bootloader源代码;以太网驱动源代码;音频驱动：提供音频ac’97驱动程序源代码;lcd驱动源代码;触摸屏驱动源代码;usbhost驱动源代码;usbslave驱动源代码;摄像头驱动源代码;irda红外接口驱动源代码;rs232串口驱动源代码;rs485驱动源代码;pcmcia接口驱动源代码;sd/mmc接口驱动源代码;led数码管驱动源代码;keypad驱动源代码。

　　⑵linux2.4内核

　　bootloader源代码;linux内核源代码;文件系统，提供基于日志的文件系统jffs2;支持图形用户界面：qt;以太网驱动源代码;音频驱动：提供音频ac’97驱动程序源代码;lcd驱动源代码;触摸屏驱动源代码;usbhost驱动源代码;摄像头驱动源代码;rs232串口驱动源代码;rs485驱动源代码;pcmcia接口驱动源代码;sd/mmc接口驱动源代码;led数码管驱动源代码;keypad驱动源代码。

　　2、必须提供硬件测试程序，可以快速验证实验平台的硬件接口，方便产品验收和日常维护。

　　3、嵌入式教学开发平台的实验内容：

　　基础实验：boot实验;7段数码管实验;串口传输实验;中断处理实验;触摸屏实验;lcd控制器实验。

　　windowce实验：platformbuilder使用;platformbuilder调试;文件添加实验;线程调试实验;evc程序开发实验;注册表集成实验;hiv注册表保存实验;串口通讯实验;音频录放实验;usb鼠标添加实验;can总线实验;gprs应用实验;蓝牙通信实验;webserver实验;采用提供windowsce以及visualstidoXX结合的方式。

　　linux实验：嵌入式linux入门实验;linux常用工具;bootloader实验;内核编译实验;驱动程序结构实验;keypad_led驱动程序实验;音频驱动实验;usb驱动实验;lcd实验;ide接口实验;gui实验;构建文件系统实验;qt实验;webserver实验。

　　特色实验内容：windowsce下gprs上网;linux下媒体播放器的移植;windowsce下媒体播放器的移植;

　　4、嵌入式教学课程内容，及配套的教学幻灯片。

　　5、有成熟并多样化的嵌入式系统工程师培养方案可供学校选择。

　　6、为学校教师提供定期的嵌入式教学培训。

　　multi-radio嵌入式wifi开发平台

　　multi-radio嵌入式wifi开发平台采用两个嵌入式wifi模块(g2m5477)，以arm9(pxa270)为核心，平台具有完全开放特性，可以开发嵌入式wifi的mac协议、路由协议、应用层协议等，同时平台具有3个独立的功耗测试电路，电路可以自行连续测量功率消耗。

　　一）multi-radio开发平台主要特点如下：

　　1.采用了目前世界上最先进的嵌入式wifi模块g2m5477。g2m5477由美国g2microsystems研发，该模块在38mm×20mm的面积上实现了嵌入式wifi的全部功能，不需外接计算机或cpu就可以直接完成从物理层到应用层的全部操作。

　　2.目前传感器网络的一个发展趋势为高速率传输，经过以cc1000系列和cc2420系列为代表的两代传感器网络节点的发展，传感器网络节点进入高速嵌入式wifi阶段。g2m5477的小体积、超低功耗(电池更换周期可达3-4年以上)、高速率、高性能(模块内包含44mhzrisccpu)，为无线传感器网络下一代节点的研究和应用提供了良好的研究平台。

　　3.平台以pxa270cpu为核心，包含两个嵌入式wifi模块，wifi模块与pxa270之间采用spi高速接口(44mhz)，可以完成高速multi-radio的研究工作。也可以利用一套开发平台上的两个嵌入式wifi模块完成嵌入式wifi的研究工作。

　　4.平台的代码全部开放，包括嵌入式wifi的mac层、网络层、传输层，pxa270操作系统的代码。

　　5.平台可以通过串口连接计算机直接进行开发工作，不需另购在线编程器或调试器。

　　6.支持多种传感器。平台依靠高性能pxa270cpu可以连接麦克风、摄像头等传感器，完成多媒体无线传输的研究工作。同时，平台的g2m5477模块高精度ad接口可以直接连接温度、湿度、加速度等传感器，完成基于嵌入式wifi无线传感器网络节点的研发工作。

　　multi-radio嵌入式wifi开发平台结构如图1所示，图2为平台照片。平台采用两个g2m5477模块允许利用开源固件同时进行发送端/发送端，发送端/接收端，接收端/接收端的操作。每个g2m5477模块可以设置为采用2.4ghz的1到11和14信道。为了尽量减少干扰，可以同时使用非重叠的信道1，信道6和信道11。cpu是带有ram，rom，sd卡接口和以太网接口的xscalepxa270。ram和rom用于嵌入式linux，sd卡接口可用于提供大容量的文件存储。以太网接口连接到有线网络用于传输测试和控制信息。节点还拥有用于连接各种应用的不同种类的传感器的接口。功耗测量电路被用于分别监测两个g2m5477模块和整个节

　　二)multi-radio开发平台的主要性能指标：

　　1.同时支持2个嵌入式wifi模块，每个模块的特性如下：

　　1)802.11b/g2.4ghz，信道1-11和14，数据速率6-54mbps;

　　2)iso24730-22.4ghz收发器以及125khz低频接收器;

　　3)802.11射频发射功率+18dbm(802.11g)，+20dbm(802.11b);

　　4)32位risccpu，时钟频率44mhz;

　　5)sdio，数据速率可达100mbps;

　　6)spi接口，最高44mbps;

　　7)uart接口，最高2.7mbps;

　　8)tcp/ip吞吐量可达4mbps(包含wpa2加密);

　　9)ram128kb;

　　10)flashrom8mbit。

　　2.高性能的cpu(arm9);

　　3.两个wifi模块以及整个平台的电压、电流、功率、温度的连续自动测量;

　　4.大容量存储(u盘或sd卡);

　　5.支持音频和视频接口(可以直接连接摄像头);

　　6.以太网、usb接口。

　　三）multi-radio平台的开发目的主要如下：

　　1.面向目前广泛使用的p2p应用(如网上电影播放、大文件下载等，特点为多点同时下载，增加速率，如常用的迅雷、快车、电驴等服务)，将现有的有线网络扩展到无线网络中，研究无线网络的p2p问题。

　　2.由于无线带宽和网络特性(无线一般是广播方式的，不像有线网络是交换方式的，广播方式有同信道干扰问题)的限制，采用多个无线模块(即多个radio)在同一时间进行传输，每个模块工作在不同的信道上，多个链路的同时传输增加了网络传输的吞吐量。

　　3.可以进行嵌入式wifi的研究，嵌入式wifi是下一代传感器网络节点的发展方向之一，利用此平台代码开放的特点和强劲的cpu，可以进行多种多样的开发工作，包括传感器网络多媒体的研究。

　　4.由于g2m5477的开放特点，当应用多个radio同时进行传输时，需要用新的mac协议替代已有的协议(当然也可以在高层来完成此功能，效率会低一些)，利用g2m5477的mac协议的开放性，可以研发multi-radio的mac协议。

　　无线多通道异构网络通用试验床

　　1.1综述

　　此无线多通道异构网络通用试验床试验床是异构对等网络(peer-to-peer)研究的基础设备。我们可以利用此试验床在异构的有线/无线环境中进行新的资源发现和内容分发协议的研究。首先，我们描述了试验床的需求、试验床的结构、多功能无线节点以及系统软件结构。然后说明了试验床的基本测试结果。

　　1.2试验床需求

　　我们在异构网络中研究peer-to-peer应用。对异构对等网络的两个方面进行了研究：一方面是新的资源发现服务的研究，包括处理同种节点的动态加入/离开和有线和无线网络目录信息的设置;另一方面是新型内容分发服务的研究，侧重于异构对等网络中无线介质的广播特性和差错特性的研究。为了便于对所提协议进行开发和测试，试验床必须符合以下设计标准：

　　a)异构性

　　试验床必须由有线和无线部分组成。有线部分的数据传输速率大于100mbps，但无线部分的传输速率可以大大低于有线部分。

　　b)支持资源发现服务

　　资源发现是对等网络(peer-to-peernetwork)的主要功能。试验床必须提供的功能有(i)动态追踪同种节点的加入/离开，(ii)保持有线和无线节点的目录信息，(iii)允许实时流量分析，(iv)便于缓存节点的目录信息。

　　c)在动态信道条件下支持内容分发服务

　　内容分发服务是对等网应用的另外一项重要功能。试验床中的每个节点需要(i)能够认识到无线介质的差错特点以使能随机调度协议，同时(ii)利用无线介质的广播特性来提高性能。

　　d)支持自定义多接口协议

　　试验床需要支持多接口，多信道结构来增强节点执行不同应用程序的灵活性。

　　e)系统服务

　　具有友好用户界面的系统软件服务，用来监测、控制试验床并存储数据与事件日志。

　　1.3试验床结构

　　试验床包括两个主要部分，分别是异构对等网络和监控部分。试验床的体系结构如图1所示。网络部分由多功能便携式无线节点，无线笔记本计算机，台式计算机，服务器，有线和无线网关，交换机等构成。监控部分通过以太网链接到网络，控制操作网络运行和分析数据。数据库服务器存储数据和事件日志。

　　1.4多功能便携式无线节点

　　多功能便携式无线节点是试验床的重要组成部分。为了匹配无线网络的数据传输速率，无线节点应该支持尽可能高的数据传输速率。我们部署一个至少包括30个节点的试验床。我们也考虑过以软件无线电为基础的试验床，但是发现适当规模的试验床费用非常高。经过对数据传输速率，可用性，可靠性和费用这些因素的综合考虑，我们将方案定于嵌入式wifi解决方案。我们发现市场上的大多数wifi模块都整合了射频、wifi协议以及天线，而且不允许改变介质访问控制(mac)协议。因为我们的目标是开发新的基于机会主义的调度协议，我们必须访问和修改mac协议。经过调查，我们的试验床采用了g2microsystems公司的g2c547wifi模块。g2c547芯片支持在tcp/ip传输层上4mbps的吞吐量。点的功耗。

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