基于S3C6410的無線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)終端設(shè)計

王立國

摘 要 開發(fā)一款基于S3C6410嵌入式ARM處理器的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)終端系統(tǒng)，其功能是點播Internet網(wǎng)站的學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。系統(tǒng)具有功耗低、移動性強、攜帶方便、價格低廉等優(yōu)點。

關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng)；S3C6410；聲卡；Wi-Fi

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）10-0042-02

1 引言

隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展及在教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，使得傳統(tǒng)黑板+粉筆的面對面教育已經(jīng)無法滿足學(xué)習(xí)者的需要，并由此產(chǎn)生很多種教育模式，網(wǎng)絡(luò)教育是其中較為成功的一種。它突破了傳統(tǒng)教學(xué)時間和空間的局限性，是一種能夠超出校園，向更多地區(qū)輻射的開放式教學(xué)模式。高校可充分利用自身學(xué)科優(yōu)勢和教育資源的優(yōu)勢，通過網(wǎng)絡(luò)傳播方式或者衛(wèi)星傳播方式，將最優(yōu)秀的教學(xué)資源傳播到四面八方；學(xué)習(xí)者則不必在教室里中被動進(jìn)行學(xué)習(xí)，可按照自己的方式在任意時間進(jìn)行主動學(xué)習(xí)。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是一種非常成功的學(xué)習(xí)模式，它給學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)帶來了極大的便利，使學(xué)習(xí)者不必在校園里進(jìn)行學(xué)習(xí)，在一定程度上突破了時間和空間的局限性，學(xué)習(xí)者可以自己選擇學(xué)習(xí)時間，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。但是由于現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)需要依賴于計算機，如果沒有計算機，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)將無法實現(xiàn)，從某種意義上講，限制了使用者的使用。

為了解決這一問題，本文設(shè)計了一款基于嵌入式系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)終端，系統(tǒng)采用無線網(wǎng)絡(luò)方式連接互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可以在無線局域網(wǎng)的任意位置或者使用3G通信網(wǎng)絡(luò)，在任意時間和任意地點，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)或與教師進(jìn)行交流。本系統(tǒng)具有體積小巧、攜帶方便、移動性強、功耗低等優(yōu)點。

2 無線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ARM嵌入式處理器是由英國ARM公司設(shè)計的高性能、低功耗的32位精簡指令集處理器，其應(yīng)用遍及汽車、消費電子、成像、網(wǎng)絡(luò)集無線等諸多領(lǐng)域，目前基于ARM技術(shù)的處理器已經(jīng)占據(jù)32位精簡指令集處理器的85%以上。本系統(tǒng)以主頻為667 MHz的ARM11處理器S3C6410為核心。與其他同類處理器相比，S3C6410處理器可為用戶提供一個低成本、低功耗、高性能的多媒體應(yīng)用解決方案。它采用由AXI、AHB和APB組成的64/32位內(nèi)部總線架構(gòu)，內(nèi)部集成了許多強大的硬件加速器和一個多格式的編解碼器，支持MPEG4/H.263/H.264等多種格式的編解碼。

為了降低系統(tǒng)的成本和提高處理器的總體功能，S3C6410片內(nèi)集成了很多硬件外設(shè)，如Camera接口、TFT24位液晶顯示控制器、存儲器管理單元、IIS總線接口、USB主從設(shè)備、SD主設(shè)備等。

系統(tǒng)硬件電路由S3C6410處理器、SDRAM、Nand Flash、電源電路、USB電路、LCD電路、聲卡電路、網(wǎng)卡電路以及SD卡電路等幾部分構(gòu)成。SDRAM為系統(tǒng)的內(nèi)存，與個人計算機一樣，其功能是運行操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序；Nand Flash為系統(tǒng)的固態(tài)存儲介質(zhì)，用于存儲系統(tǒng)所有程序，包括bootloader、Linux操作系統(tǒng)、用戶GUI、文件系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序；電源電路為系統(tǒng)提供工作電源，采用鋰電池供電；USB電路為通用USB接口，可連接USB無線網(wǎng)卡、3G網(wǎng)卡及U盤等USB設(shè)備；LCD電路為系統(tǒng)提供7寸LCD電容觸摸液晶屏；聲卡電路的功能是為系統(tǒng)提供雙通道立體聲的聲卡，具有錄放功能；網(wǎng)卡電路是為系統(tǒng)提供Wi-Fi網(wǎng)卡，可以隨時隨地接入到無線局域網(wǎng)中；SD卡電路的功能是為系統(tǒng)提供大容量的外置存儲介質(zhì)。

3 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計

對于系統(tǒng)的軟件部分，采用U-boot作為系統(tǒng)的Bootloader，Linux3.0操作系統(tǒng)，YAFFS2文件系統(tǒng)，Qqotpia用戶圖像接口等。

U-Boot是遵循GPL條款的開放源碼的Bootloader項目，由德國DENX軟件工程中心負(fù)責(zé)開發(fā)維護(hù)。U-Boot的工作模式分為啟動加載模式和下載模式兩種。其中啟動加載模式是Bootloader的正常工作模式，它將操作系統(tǒng)從Flash中加載到SDRAM中運行，整個過程是上電自動完成的。

Linux是一種開源的、免費使用的和自由傳播的操作系統(tǒng)，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務(wù)、支持多線程和多CPU的操作系統(tǒng)。它支持32位和64位處理器，繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。目前Linux操作系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于基于ARM的嵌入式系統(tǒng)中，本系統(tǒng)采用的Linux版本為3.0。

YAFFS是第一個專門為NAND Flash固態(tài)存儲器設(shè)計的嵌入式文件系統(tǒng)，適用于大容量的存儲設(shè)備；并且是在GPL協(xié)議下發(fā)布的一種開源、免費的文件系統(tǒng)，它是基于日志的文件系統(tǒng)，提供磨損平衡和掉電恢復(fù)的健壯性，是目前已在Linux、WINCE等嵌入式操作系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的一種文件系統(tǒng)。

為方便學(xué)習(xí)者操作，系統(tǒng)采用Qtopia2.0作為圖形用戶接口。Qtopia是Trolltech公司專為嵌入式Linux操作系統(tǒng)而開發(fā)的綜合應(yīng)用平臺，現(xiàn)已被諾基亞公司收購。Qtopia包含完整的應(yīng)用層、靈活的用戶界面、窗口操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序啟動程序以及開發(fā)框架，包括窗口操作系統(tǒng)、游戲和多媒體、工作輔助應(yīng)用程序、同步框架、PIM應(yīng)用程序和Internet應(yīng)用程序等眾多功能，非常方便學(xué)習(xí)者使用。

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計主要包括存儲器硬件電路設(shè)計、電源硬件電路設(shè)計、USB硬件電路設(shè)計、LCD硬件電路設(shè)計、聲卡硬件電路設(shè)計、網(wǎng)卡硬件電路設(shè)計等。本文主要對系統(tǒng)的存儲器電路、聲卡電路和網(wǎng)卡電路的設(shè)計方法進(jìn)行研究，其他電路S3C6410內(nèi)部集成相應(yīng)的控制器，只需要引出相應(yīng)接口即可，故不再贅述。

存儲器硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)中有三種存儲器：DDRAM、Nand Flash和SD卡。DDRAM為系統(tǒng)的內(nèi)存，系統(tǒng)中一切運算都是在內(nèi)存中運行。系統(tǒng)采用三星公司的K4X1G163PE芯片作為系統(tǒng)的DDR內(nèi)存，該芯片單片容量為128 M，系統(tǒng)采用兩片，構(gòu)成256 M。為提供穩(wěn)定的3.3 V電源，需要在芯片電源引腳連接容量分別為10 μF和100 nF的濾波電容，其功能是濾掉電路中的高頻干擾和低頻干擾。

Nand Flash芯片為一種固態(tài)存儲介質(zhì)，其特點是具有較快的讀速度，且成本低廉，因此適用作嵌入式系統(tǒng)的固態(tài)存儲單元。系統(tǒng)采用三星公司生產(chǎn)的K9WAG08 Nand Flash芯片，容量為2 G，其數(shù)據(jù)寬度為8位，塊擦寫時間為2 ms，且據(jù)有硬件數(shù)據(jù)保護(hù)功能和上電自動引導(dǎo)功能，其用于存儲系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序。

聲卡硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)采用音頻界著名的WOLFSON公司生產(chǎn)的WM9715L芯片，該芯片是一款專為移動平臺開發(fā)的高度集成度、低功耗、性價比高的音頻處理器。

網(wǎng)卡硬件電路設(shè)計 網(wǎng)卡電路是本系統(tǒng)的一個重要部分，為提高系統(tǒng)的使用靈活性，系統(tǒng)提供兩種網(wǎng)絡(luò)連接方式，即使用Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)連接方式和移動3G無線網(wǎng)絡(luò)連接方式。Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)連接方式，系統(tǒng)內(nèi)部集成Wi-Fi無線網(wǎng)卡，采用目前應(yīng)用比較廣泛的Marvell公司生產(chǎn)的88W8686芯片。3G無線網(wǎng)絡(luò)連接方式，主要采用市場上的3G USB無線網(wǎng)卡，直接連接到的系統(tǒng)自帶的USB接口上即可。系統(tǒng)支持移動、電信和聯(lián)通三種制式的3G信號，目前系統(tǒng)所支持的3G網(wǎng)卡型號為：中興A356（適于中國移動）、中興AC581（適于中國電信）和華為EC167（適于中國電信）。

5 總結(jié)

本文設(shè)計了一款基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)終端，具有功耗低、移動性強、攜帶方便、價格低廉等優(yōu)點。可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，學(xué)生可以在無線校園網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意位置進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，與教師進(jìn)行交互，不受任何學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)地點的限制。將本系統(tǒng)應(yīng)用于教學(xué)實踐，不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性，還具有很高的經(jīng)濟價值。

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