[發明專利]一種嵌入式實驗教學系統、教學方法

在審

• 申請號: 202010929186.4
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112053615A
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 陳家林;劉蘭軍;牛炯;陳震;周亞濤;李龍;薛文萌
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發明屬于嵌入式控制技術領域，公開了一種基于SOC FPGA的嵌入式實驗教學系統、教學方法，實現FPGA和ARM兩個方面的嵌入式系統課程教學，學生能夠針對嵌入式不同的應用背景實現軟硬件的靈活定制裁剪及協同設計，能夠支持不同的嵌入式課程建設并有效銜接各門課程；實驗功能擴展板，與SOC核心板通過HSMC總線實現互聯，用于實現嵌入式設計，并提供設計系統的驗證。本發明豐富了教學功能、教學案例，滿足學生進行不同應用的嵌入式開發需求，提高學生嵌入式開發的積極性。該嵌入式平臺可以輕松集成或自定義外圍設備；有效覆蓋計算機、電子類專業嵌入式課程群的各個課程。此外，可以擴展該體系結構，以培訓學生在復雜應用背景下的嵌入式系統設計能力。

技術領域

本發明屬于嵌入式控制技術領域，尤其涉及一種嵌入式實驗教學系統、教學。

背景技術

目前：在后PC時代，嵌入式技術在社會生產與生活領域應用十分廣泛。隨著市場需求的增長，嵌入式系統已逐漸滲透到日常生活的各個領域。目前高校普遍開設了針對嵌入式的設計和實驗課程。這些課程中的大多數教學平臺都是基于ARM處理器。國內外高校針對不同的教學需求開發了不同的嵌入式教學系統。杭州電子科技大學設計了一種基于FPGA與ARM的遠程實驗系統及設計，實現了遠程嵌入式實驗，利用FPGA和ARM技術完成軟硬件實驗的雙向交互。浙江工業大學設計了基于嵌入式智能在線系統的返混實驗教學系統及實驗方法，該發明具有遠程操控反混實驗裝置、實驗安全報警、實時教學互動、數據查詢下載、視頻觀看、分析計算歷史數據等功能，適用于智能教學控制等領域。開發了一套分層次的基于Cortex-M3的虛擬實驗教學平臺，拓展了嵌入式系統課程的學習范圍，激發學生的學習興趣，提高了教學質量。

嵌入式技術在社會生產與生活領域應用十分廣泛，是計算機、電子、通信等多學科的交叉領域，是高校計算機體系結構教育中的重要環節。嵌入式系統從一誕生就伴隨著電子系統的架構更迭和換代，在使用和開發技術上也在不斷創新。不論是器件架構、資源、開發環境還是應用需求的更新發展，都對嵌入式實驗教學系統的設計提出了更高的要求。隨著設計工具、設計方法的不斷發展，嵌入式系統中軟件和硬件的界限已經很模糊。然而，傳統的以CPU為核心的嵌入式系統課程理論高度分散，結構不斷更新，難以適應數據高速處理的需求，學生學習起來難度較大，并且難以在短時間內形成一個簡單明確的知識體系。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：傳統的以CPU為核心的嵌入式系統課程理論高度分散，結構不斷更新，難以適應數據高速處理的需求，學生學習起來難度較大，并且難以在短時間內形成一個簡單明確的知識體系。

解決以上問題及缺陷的難度為：隨著高校對嵌入式應用能力需求的提高，嵌入式平臺需要滿足更低功耗、更快處理速度、更加智能化的方向發展、更高的靈活性，但是這也意味著更高的成本、更大的體積、更復雜的設計。難以適應學生需求，并且難以在短時間內形成一個簡單明確的知識體系。解決以上問題及缺陷的意義為：利用SOC FPGA技術實現了ARM和FPGA的異構集成，擺脫了PCB布線線寬對信號帶寬的限制，彌補了FPGA軟核處理器速度慢、功耗大的缺陷。提供了將FPGA和ARM硬核通過片內總線互聯的SOC解決方案。同時，能夠根據實際需求進行優化和裁剪，靈活地改變系統功能，并在不更換外部設備、不提高成本的情況下完成軟件和硬件升級。學生可以在這個平臺上實現FPGA和ARM兩個方面的嵌入式系統課程教學，學生對于系統的理解和領悟也會更加深刻。通過設計合適的教學實驗，針對性地設計教學實驗，可以有效覆蓋計算機、電子類專業嵌入式課程群的各個課程。學生在課堂上可以更深入的理解和掌握最新型混合式嵌入式系統的設計方法，有利于幫助學生建立完整的嵌入式技術知識體系，有利于培養學生的工程實踐能力和創新能力。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種嵌入式實驗教學系統、教學方法。

本發明是這樣實現的，一種嵌入式實驗教學系統，所述嵌入式教學控制系統包括：

SOC核心板，用于實現軟硬件的靈活定制裁剪及協同設計。