[发明专利]一种嵌入式实验教学系统、教学方法

说明书

本发明属于嵌入式控制技术领域，公开了一种基于SOC FPGA的嵌入式实验教学系统、教学方法，实现FPGA和ARM两个方面的嵌入式系统课程教学，学生能够针对嵌入式不同的应用背景实现软硬件的灵活定制裁剪及协同设计，能够支持不同的嵌入式课程建设并有效衔接各门课程；实验功能扩展板，与SOC核心板通过HSMC总线实现互联，用于实现嵌入式设计，并提供设计系统的验证。本发明丰富了教学功能、教学案例，满足学生进行不同应用的嵌入式开发需求，提高学生嵌入式开发的积极性。该嵌入式平台可以轻松集成或自定义外围设备；有效覆盖计算机、电子类专业嵌入式课程群的各个课程。此外，可以扩展该体系结构，以培训学生在复杂应用背景下的嵌入式系统设计能力。

技术领域

本发明属于嵌入式控制技术领域，尤其涉及一种嵌入式实验教学系统、教学。

背景技术

目前：在后PC时代，嵌入式技术在社会生产与生活领域应用十分广泛。随着市场需求的增长，嵌入式系统已逐渐渗透到日常生活的各个领域。目前高校普遍开设了针对嵌入式的设计和实验课程。这些课程中的大多数教学平台都是基于ARM处理器。国内外高校针对不同的教学需求开发了不同的嵌入式教学系统。杭州电子科技大学设计了一种基于FPGA与ARM的远程实验系统及设计，实现了远程嵌入式实验，利用FPGA和ARM技术完成软硬件实验的双向交互。浙江工业大学设计了基于嵌入式智能在线系统的返混实验教学系统及实验方法，该发明具有远程操控反混实验装置、实验安全报警、实时教学互动、数据查询下载、视频观看、分析计算历史数据等功能，适用于智能教学控制等领域。开发了一套分层次的基于Cortex-M3的虚拟实验教学平台，拓展了嵌入式系统课程的学习范围，激发学生的学习兴趣，提高了教学质量。

嵌入式技术在社会生产与生活领域应用十分广泛，是计算机、电子、通信等多学科的交叉领域，是高校计算机体系结构教育中的重要环节。嵌入式系统从一诞生就伴随着电子系统的架构更迭和换代，在使用和开发技术上也在不断创新。不论是器件架构、资源、开发环境还是应用需求的更新发展，都对嵌入式实验教学系统的设计提出了更高的要求。随着设计工具、设计方法的不断发展，嵌入式系统中软件和硬件的界限已经很模糊。然而，传统的以CPU为核心的嵌入式系统课程理论高度分散，结构不断更新，难以适应数据高速处理的需求，学生学习起来难度较大，并且难以在短时间内形成一个简单明确的知识体系。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的以CPU为核心的嵌入式系统课程理论高度分散，结构不断更新，难以适应数据高速处理的需求，学生学习起来难度较大，并且难以在短时间内形成一个简单明确的知识体系。

解决以上问题及缺陷的难度为：随着高校对嵌入式应用能力需求的提高，嵌入式平台需要满足更低功耗、更快处理速度、更加智能化的方向发展、更高的灵活性，但是这也意味着更高的成本、更大的体积、更复杂的设计。难以适应学生需求，并且难以在短时间内形成一个简单明确的知识体系。解决以上问题及缺陷的意义为：利用SOC FPGA技术实现了ARM和FPGA的异构集成，摆脱了PCB布线线宽对信号带宽的限制，弥补了FPGA软核处理器速度慢、功耗大的缺陷。提供了将FPGA和ARM硬核通过片内总线互联的SOC解决方案。同时，能够根据实际需求进行优化和裁剪，灵活地改变系统功能，并在不更换外部设备、不提高成本的情况下完成软件和硬件升级。学生可以在这个平台上实现FPGA和ARM两个方面的嵌入式系统课程教学，学生对于系统的理解和领悟也会更加深刻。通过设计合适的教学实验，针对性地设计教学实验，可以有效覆盖计算机、电子类专业嵌入式课程群的各个课程。学生在课堂上可以更深入的理解和掌握最新型混合式嵌入式系统的设计方法，有利于帮助学生建立完整的嵌入式技术知识体系，有利于培养学生的工程实践能力和创新能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种嵌入式实验教学系统、教学方法。

本发明是这样实现的，一种嵌入式实验教学系统，所述嵌入式教学控制系统包括：

SOC核心板，用于实现软硬件的灵活定制裁剪及协同设计。