國(guó)產(chǎn)化ARM實(shí)驗(yàn)室建設(shè)背景

實(shí)驗(yàn)室建設(shè)必要性

近年來(lái)，我國(guó)著力打造世界一流科技期刊、建成一批大國(guó)重器，基礎(chǔ)研究支撐平臺(tái)建設(shè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但是從根本上破解“兩頭在外”問(wèn)題還任重道遠(yuǎn)。要協(xié)同構(gòu)建中國(guó)特色國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體系，科學(xué)規(guī)劃布局前瞻引領(lǐng)型、戰(zhàn)略導(dǎo)向型、應(yīng)用支撐型重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，打好科技儀器設(shè)備、操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)軟件國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)戰(zhàn)。
根據(jù)教育部發(fā)展規(guī)劃司發(fā)布《關(guān)于教育領(lǐng)域擴(kuò)大投資工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》，明確專項(xiàng)貸款重點(diǎn)支持范圍包括：高校教學(xué)科研條件及儀器設(shè)備更新升級(jí)、學(xué)校數(shù)字化建設(shè)，包括校園網(wǎng)絡(luò)及信息管理系統(tǒng)提檔升級(jí)，高性能計(jì)算系統(tǒng)，信息中心建設(shè)，智慧校園，智慧教室，數(shù)據(jù)中心的國(guó)產(chǎn)代替、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)等資金的投入建設(shè)。
核心技術(shù)和設(shè)備受制于人是最大的隱患。只有發(fā)展自主可控技術(shù)，推進(jìn)國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，才能促進(jìn)國(guó)家安全問(wèn)題的解決。國(guó)內(nèi)科技企業(yè)經(jīng)過(guò)多年的自主研發(fā)、技術(shù)積累，創(chuàng)新能力、產(chǎn)品質(zhì)量大幅提升，整體產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出由大向強(qiáng)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有，從可用到好用的發(fā)展，與國(guó)際水平差距逐漸縮小，自主自強(qiáng)能力進(jìn)一步提升。近年來(lái)在國(guó)家大力引領(lǐng)下，國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)得到了蓬勃發(fā)展，桌面服務(wù)器和嵌入式操作系統(tǒng)等為代表的國(guó)產(chǎn)軟件推動(dòng)了我國(guó)基礎(chǔ)軟件自主發(fā)展的步伐，實(shí)現(xiàn)了補(bǔ)短板、國(guó)產(chǎn)化替代的目的。目前國(guó)產(chǎn)嵌入式操作系統(tǒng)已快速成長(zhǎng)與壯大，在軍事、通信和安全等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。
因此，不論從教學(xué)還是學(xué)生的實(shí)際需求等方面來(lái)說(shuō)都很有必要建立國(guó)產(chǎn)化嵌入式ARM實(shí)驗(yàn)室。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)普遍應(yīng)用于國(guó)防電子、數(shù)字家庭、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療機(jī)械、無(wú)線通訊等行業(yè)。高校建設(shè)滿足國(guó)產(chǎn)化要求的嵌入式ARM實(shí)驗(yàn)室，有助于推動(dòng)當(dāng)今形式下教學(xué)的改革，有助于提高學(xué)生的專業(yè)技能與專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)出符合地方經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的應(yīng)用型和實(shí)用型人才；此外，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，也為教師提供了教學(xué)平臺(tái)和科研平臺(tái)，推動(dòng)教學(xué)和科研工作的開(kāi)展。

ARM技術(shù)概述

ARM處理器全稱為Advanced RISC Machine，因小尺寸、低功耗、性能強(qiáng)的特點(diǎn)而聞名。ARM架構(gòu)是小端(little-endian)即低位字節(jié)排在內(nèi)存的低地址端（至少在iOS平臺(tái)是這樣），和x86一樣。它和MIPS、PowerPC等一樣用的都是RISC，并且很長(zhǎng)時(shí)間都是32位，但是后來(lái)有了叫做ARM64的64位擴(kuò)展。
ARM7：ARMv4架構(gòu)
ARM9：ARMv5架構(gòu)
ARM11：ARMv6架構(gòu)
ARM-Cortex 系列：ARMv7架構(gòu)
ARM7沒(méi)有MMU(內(nèi)存管理單元)，只能叫做MCU（微控制器），不能運(yùn)行諸如Linux、WinCE等這些現(xiàn)代的多用戶多進(jìn)程操作系統(tǒng)，因?yàn)檫\(yùn)行這些系統(tǒng)需要MMU，才能給每個(gè)用戶進(jìn)程分配進(jìn)程自己獨(dú)立的地址空間。ucOS、ucLinux這些精簡(jiǎn)實(shí)時(shí)的RTOS不需要MMU，當(dāng)然可以在ARM7上運(yùn)行。
ARM9、ARM11，是嵌入式CPU（處理器），帶有MMU，可以運(yùn)行諸如Linux等多用戶多進(jìn)程的操作系統(tǒng)，應(yīng)用場(chǎng)合也不同于ARM7。
到了ARMv7架構(gòu)的時(shí)候開(kāi)始以Cortex來(lái)命名，并分成Cortex-A、Cortex-R、Cortex-M三個(gè)系列。三大系列分工明確：
“A”系列面向尖端的基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用；
“R”系列針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)；
“M”系列對(duì)微控制器。
簡(jiǎn)單的說(shuō)Cortex-A系列是用于移動(dòng)領(lǐng)域的CPU，Cortex-R和Cortex-M系列是用于實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的MCU。
瑞芯微電子有限公司是國(guó)內(nèi)獨(dú)資的專業(yè)集成電路設(shè)計(jì)公司和經(jīng)國(guó)家認(rèn)定的集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)，專注于數(shù)字音視頻、移動(dòng)多媒體芯片級(jí)的研究和開(kāi)發(fā)。瑞芯微以市場(chǎng)為導(dǎo)向，技術(shù)創(chuàng)新為核心，致力于為客戶提供多層次、多平臺(tái)、多場(chǎng)景的專業(yè)解決方案，賦能消費(fèi)電子、智能硬件、機(jī)器視覺(jué)、行業(yè)應(yīng)用等多元領(lǐng)域。

ARM教學(xué)需求

嵌入式系統(tǒng)是一門(mén)綜合性非常強(qiáng)的課程，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，不僅僅是對(duì)理論知識(shí)的掌握，更多的是實(shí)際開(kāi)發(fā)能力提升，這就需要通過(guò)學(xué)校建立支撐專業(yè)需要的嵌入式ARM實(shí)驗(yàn)室，可以對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的掌握、綜合素質(zhì)的提高和應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到較為重要的作用。
目前，許多院校先后建立了不同規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室，目前大部分嵌入式ARM實(shí)驗(yàn)室都存在以下問(wèn)題：
1、學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境無(wú)法覆蓋全面，無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。
2、目前大部分的指導(dǎo)教學(xué)都缺乏零基礎(chǔ)入門(mén)的指導(dǎo)。
3、基礎(chǔ)的教學(xué)案例無(wú)法滿足高?？蒲械男枨蟆?br /> 針對(duì)以上問(wèn)題，創(chuàng)龍為高校提供了豐富的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)例程，以及相應(yīng)的視頻教程，讓高校能夠輕松教學(xué)和科研。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)及使用上具有以下特點(diǎn)：
1、創(chuàng)龍的嵌入式實(shí)驗(yàn)箱在硬件上引出 CPU 全部資源信號(hào)引腳，二次開(kāi)發(fā)極其容易，用戶只需要專注上層運(yùn)用，降低了開(kāi)發(fā)難度和時(shí)間成本。
2、創(chuàng)龍的嵌入式實(shí)驗(yàn)箱配備了開(kāi)發(fā)過(guò)程中所需的所有配件和完整的平臺(tái)開(kāi)發(fā)包，節(jié)省軟件整理時(shí)間，同時(shí)提供軟件安裝教程，上手容易。
3、提供的入門(mén)教程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、步驟及源碼解析等，注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，內(nèi)容詳實(shí)且豐富，可以幫助學(xué)生打好專業(yè)基礎(chǔ)，快速入門(mén)上手，也有利于教師教學(xué)計(jì)劃的開(kāi)展。

建設(shè)目標(biāo)

適用課程

Cortex-A55 ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)箱主要用于《ARM 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)》、《ARM 應(yīng)用開(kāi)發(fā)》《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》、《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》、《無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)》、《物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用》、《人工智能》等課程。

適用專業(yè)

Cortex-A55 ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)箱主要面向電子信息工程專業(yè)方向，同時(shí)也可適用于通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、光電信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、人工智能等相關(guān)專業(yè)教學(xué)。Cortex-A55系列的ARM可以滿足自動(dòng)化、通信等領(lǐng)域的應(yīng)用需求，可應(yīng)用于工控，電力，通訊，醫(yī)療，媒體，安防，車載，金融，消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

預(yù)期目標(biāo)

ARM嵌入式實(shí)驗(yàn)室建設(shè)擬達(dá)成的預(yù)期教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)如下：
學(xué)生理解嵌入式ARM系統(tǒng)的基本原理；
學(xué)生了解嵌入式ARM微處理器的結(jié)構(gòu)和組成；
學(xué)生掌握嵌入式ARM系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程和基本方法；
學(xué)生掌握學(xué)會(huì)Linux開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)、程序架構(gòu)、開(kāi)發(fā)流程；
培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力、嵌入式系統(tǒng)分析與調(diào)試能力。

Cortex-A55 國(guó)產(chǎn)化ARM教學(xué)平臺(tái)

產(chǎn)品特點(diǎn)

TL3568-PlusTEB是創(chuàng)龍是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設(shè)計(jì)的四核 ARM Cortex-A55 全國(guó)產(chǎn)嵌入式教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱，提供了豐富的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，適合高校以及研究所等實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)。

其中， SOM-TL3568 是一款基于瑞芯微 RK3568J處理器設(shè)計(jì)的四核 ARM Cortex-A55 全國(guó)產(chǎn)工業(yè)核心板，主頻高達(dá) 1.8GHz。核心板 CPU、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等所有器件均采用國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)方案，國(guó)產(chǎn)化率 100%。RK3568J是一款采用ARM架構(gòu)的通用型SoC，主要應(yīng)用于智能硬件和工業(yè)應(yīng)用。CPU采用四核A55架構(gòu)處理器，集成Mali G52圖形處理器和獨(dú)立的人工智能NPU處理器。RK3568J支持三屏異顯，支持CAN、UART、SPI、IIC、IIS.SATA等接口，適合工控類應(yīng)用，支持鴻蒙OS、安卓、Linux、Ubuntu、 Debian等操作系統(tǒng)，非常適合二次開(kāi)發(fā)。

TL3568-PlusTEB的產(chǎn)品特點(diǎn)如下：
基于瑞芯微 RK3568J，四核 ARM Cortex-A55處理器，主頻1.8GHz。
實(shí)驗(yàn)箱含實(shí)驗(yàn)板、7寸觸摸屏、7寸全鍵盤(pán)，可選多種拓展模塊。
實(shí)驗(yàn)箱支持：音頻輸入輸出接口、攝像頭接口、4G、NVMe接口、ADC、波形發(fā)生器、Ethernet、RS232、RTC、LCD、HDMI、USB HOST、USB OTG、SPI、IIC、GPIO、PWM、SD等外設(shè)與接口。
實(shí)驗(yàn)箱支持翼輝操作系統(tǒng)顯示界面。
適用于嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線傳感器、人工智能等教學(xué)領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇