基于Altium designer的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)研究

程慶 淮南師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院 張水鋒 淮南師范學(xué)院 電子工程學(xué)院

基于嵌入式芯片的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展，目前已經(jīng)有大量的8、16、32 位嵌入式微控制器在應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)化是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、減少人力資源主要途徑，如工業(yè)過(guò)程控制、數(shù)字機(jī)床、電力系統(tǒng)、電網(wǎng)安全、電網(wǎng)設(shè)備監(jiān)測(cè)、石油化工系統(tǒng)。就傳統(tǒng)的工業(yè)控制產(chǎn)品而言，低端型采用的往往是8位單片機(jī)。但是隨著技術(shù)的發(fā)展，32位、64位處理器逐漸成為工業(yè)控制設(shè)備的核心，在未來(lái)幾年內(nèi)必將獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。

在車(chē)輛導(dǎo)航、流量控制、信息監(jiān)測(cè)與汽車(chē)服務(wù)方面，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，內(nèi)嵌GPS模塊，GSM模塊的移動(dòng)定位終端已經(jīng)在各種運(yùn)輸行業(yè)獲得了成功的使用。目前GPS設(shè)備已經(jīng)從尖端產(chǎn)品進(jìn)入了普通百姓的家庭，只需要幾千元，就可以隨時(shí)隨地找到你的位置。水、電、煤氣表的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表，安全防火、防盜系統(tǒng)，其中嵌有的專(zhuān)用控制芯片將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢查，并實(shí)現(xiàn)更高，更準(zhǔn)確和更安全的性能。目前在服務(wù)領(lǐng)域，如遠(yuǎn)程點(diǎn)菜器等已經(jīng)體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

1 嵌入式系統(tǒng)原理

嵌入式系統(tǒng)是一種"完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)"，根據(jù)英國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)為控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或用于工廠運(yùn)作的設(shè)備。與個(gè)人計(jì)算機(jī)這樣的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預(yù)先定義的任務(wù)。由于嵌入式系統(tǒng)只針對(duì)一項(xiàng)特殊的任務(wù)，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)λM(jìn)行優(yōu)化，減小尺寸降低成本。嵌入式系統(tǒng)通常進(jìn)行大量生產(chǎn)，所以單個(gè)的成本節(jié)約，能夠隨著產(chǎn)量進(jìn)行成百上千的放大。嵌入式系統(tǒng)是用來(lái)控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)同的嵌入式系統(tǒng)定義為:以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的核心是由一個(gè)或幾個(gè)預(yù)先編程好以用來(lái)執(zhí)行少數(shù)幾項(xiàng)任務(wù)的微處理器或者單片機(jī)組成。與通用計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)行用戶(hù)選擇的軟件不同，嵌入式系統(tǒng)上的軟件通常是暫時(shí)不變的;所以經(jīng)常稱(chēng)為"固件"。

2 基于Altium designer軟件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)電路圖思路提出

《嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)》是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，講述嵌入式系統(tǒng)的基本理論、原理。本課程是一門(mén)既與硬件關(guān)系緊密，又與嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件關(guān)系十分緊密課程。它圍繞目前流行的32位ARM處理器和源碼開(kāi)放的Linux操作系統(tǒng)，講述嵌入式系統(tǒng)的概念，軟、硬件組成，開(kāi)發(fā)過(guò)程以及嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方法。本課程的知識(shí)將為學(xué)生今后從事嵌入式系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)基于ARM嵌入式芯片的系統(tǒng)的基本組織結(jié)構(gòu)與工作原理的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件部分有一個(gè)全面的了解，對(duì)嵌入式軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，通過(guò)對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的工作原理的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生在嵌入式軟件設(shè)計(jì)能力及解決實(shí)際問(wèn)題的動(dòng)手能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 。

可是教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，課本或者配套PPT的內(nèi)容都過(guò)于抽象，學(xué)生不能直觀的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)這門(mén)課，本文提出了運(yùn)用Altium designer軟件畫(huà)出教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的電路圖，使學(xué)生對(duì)本課程產(chǎn)生興趣。

3 基于Altium designer軟件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)電路圖示例

基于Altium designer軟件設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)電路圖，本文進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)果如下。

4 小結(jié)

從上面的電路圖可以看出，通過(guò)使用Altium designer軟件設(shè)計(jì)課本內(nèi)容，使抽象的理論更加直觀，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性。

[1]陳賾.《ARM9嵌入式技術(shù)及LINUX高級(jí)實(shí)踐教程》，北京航空航天大學(xué)出版社

[2]賈智平.《嵌入式原理與接口技術(shù)》，清華大學(xué)出版社