嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺的製作方法
2023-04-24 20:31:36
專利名稱：嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺的製作方法
技術領域：
嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺
技術領域：
本實用新型發明涉及一種嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺，特別涉及一種便於擴展、易於移植，支持多種處理器、多種外圍模塊的嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺。
背景技術：
目前，沒有較為完整的嵌入式硬體開發平臺，取而代之的是，相關的嵌入式開發板。現有嵌入式開發板，大都是集成型開發板。顧名思義，這種開發板是將所有外圍集成到一個板子上，有時甚至集成了顯示設備。這樣的開發板難以滿足開發人員的開發需求，最為重要的原因是，它的大部分外圍都集成到一個板子上，導致開放性非常差，難以實現擴展； 同時，開發板上的外圍也難以移植到其它系統。除了集成型開發板外，還有另一類嵌入式開發板-實驗儀型開發板。實驗儀型開發板與集成型開發板相比，在擴展性、模塊化方面有所提高，但依然有很多不足。實際上，它也是將外圍集成到一個板子上，只是外圍並不直接連接到處理器，而是通過連接線連接到處理器。這樣做的好處是，開發人員可以從實驗儀上選擇相應的外圍，組合成自己需要的系統，同時，分離的外圍也可以接入其它系統。但這樣做，不可避免的帶來以下顯著缺點 1.開發人員需要進行大量連線，不便開發；2.系統異常笨重，不便把相關外圍使用到其它系統，因為這需要移動整個實驗儀。為了讓開發板具有擴展性，又不至於使整個板的連接出現過多的引線，出現了一些擴展性較強，同時兼容幾種處理器的開發板。但這類開發板僅能支持幾種處理器，而且只是將部分外圍模塊化，且擴展接口也比較有限。所以，整體上，這類開發板還是不能滿足開發需求。
實用新型內容為克服現有開發板的諸多不足之處，本實用新型為嵌入式開發人員提供一種嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺，使用這種嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺的開發人員可以有效提高開發速度，降低開發成本。本實用新型解決技術問題的方案是提供一種嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺。該嵌入式主控板包括一處理器，一微控制器電路，一電源電路。該處理器，該微控制器電路，該電源電路集成於該嵌入式主控板；其進一步包括多個外圍接口，該外圍接口分別設置於該嵌入式主控板的四周，用於連接多個外圍模塊。優選地，該處理器可以是8位、16位、32位處理器。優選地，該微控制器電路包括晶振電路、復位電路、下載與調試接口。優選地，該電源電路包括USB電源輸入接口、DC電源輸入接口、電源保護電路、穩壓電路和電源LED指示燈。優選地，進一步包括若干板載器件，其包括發光二極體、按鍵及搖杆中的一個或多個。優選地，該外圍接口包括固定標準接口及非固定標準接口中的一個或多個。優選地，該固定標準接口包括單總線接口(I-WIRE)，I2C總線接口，串行外設接口 (SPI)，USART總線接口、USB接口，安全數字輸入輸出接口(SDIO)，控制器區域網路(CAN)， PS/2接口或乙太網(Ethernet)接口中的一個或多個。優選地，該非固定標準接口包括非易失存儲器接口，靜態存儲器(SRAM)讀寫接口，IXD顯示接口，按鍵檢測接口中的一個或多個。本實用新型提供一種嵌入式硬體開發平臺，其包括前面所述的嵌入式主控板，進一步包括多個外圍模塊，該多個外圍模塊分別與該嵌入式主控板的外圍接口連接。優選地，該外圍模塊包括通信模塊、存儲模塊、採集模塊、控制模塊、輸入模塊、顯示模塊、時鐘模塊、擴展模塊及音頻模塊中的一個或多個。相對於現有技術，本實用新型嵌入式主控板及嵌入式硬體開發平臺是將傳統上的嵌入式開發板分離，轉變為兩部分嵌入式主控板及外圍模塊。利用嵌入式主控板上設置的多種接口實現了一個開放式的嵌入式硬體開發平臺；同時配合多種外圍模塊形成了一種嵌入式硬體開發平臺。整個嵌入式硬體開發平臺的優點是開放化，資源開放，便於使用；模塊化，分塊設計，持續更新；擴展性，接口豐富，利於擴展；移植性，支持移植，加速開發 』易用性，資源豐富，易於學習；應用性，接口標準，直接應用。此外，在產品開發階段，開發人員可以根據實際需要，選購嵌入式主控板、外圍模塊，搭建真正符合自己實際需求的系統；在產品生產階段，研發公司可以直接採購適合的外圍模塊，直接用到自己的最終產品上，採購已經量產的模塊可以省去部分研發費用及時間， 大大提高開發效率，有效降低生產成本。產品功能更改或升級，速度更快，成本更低。因為只需要根據實際情況，更換、升級產品的相應模塊，即可以實現產品的升級。例如，將8051 處理器更改為ARM C0RTEX-M3，將IG內存更換為2G內存，並不需要將整個系統換掉，而是針對性的進行更換。
圖1是本實用新型嵌入式硬體開發平臺結構示意圖。圖2是本實用新型嵌入式主控板的結構示意圖。
具體實施方式為了使本實用新型的目的，技術方案及優點讓人更為清楚明了，
以下結合附圖對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，以下內容僅舉一種具體實施案例進行說明。此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。參閱圖1，嵌入式硬體開發平臺100包括嵌入式主控板20及外圍模塊(未標號)。 嵌入式主控板20位於整個硬體開發平臺100的中間部位；該嵌入式主控板20上布置有多種接口，每個外圍模塊在嵌入式主控板20上都有相對應的連接端，因此，可以直接將外圍模塊插在嵌入式主控板20上，實現整個平臺100的可擴展性、可移植性。參閱圖2，嵌入式主控板20包括處理器201、微控制器(micro control unit以下簡稱MCU，圖未示)電路、電源電路202、板載器件203和外圍接口(圖未示)五部分。每部分都集成在整個嵌入式主控板20上。嵌入式主控板20以處理器201為核心，各嵌入式主控板20採用不同的處理器 201。按處理器201字長分，可以分為8位、16位、32位處理器201。從處理器201內核看， 可以是 8051、AVR、PIC、ARM7、ARMl 1、ARMC0RTEX-M 3 等處理器 201。嵌入式主控板20上的MCU電路為嵌入式主控板20的開發提供基礎電路，其包括 晶振電路、復位電路、下載與調試接口、B00TL0AD設置埠(僅限帶B00TL0AD功能的處理器)。晶振電路為MCU提供時鐘源；復位電路為MCU提供上電復位和實現按鍵復位；下載與調試接口主要用來下載與調試程序；B00TL0ADER設置埠用於設置B00TL0AD模式。嵌入式主控板20上的電源電路202包括USB電源輸入接口 2025、DC電源輸入接口 2021、電源保護電路(圖未示)、穩壓電路(圖未示)、電源LED指示燈(圖未示)。每種接口的作用環境不同。當使用USB電源的時候，外接電源連接在USB電源輸2025接口上； 當使用直流電源的時候，外接電源連接在DC電源輸入接口 2021上。用戶通過電源輸入選擇開關2023對不同電源的需求進行選擇。電源保護電路主要作用是接反保護，過流、過壓保護；穩壓電路用來使系統的工作電壓維持在一個實際需要的電壓範圍或電壓值。嵌入式主控板20上的板載器件203包括發光二極體(LED) 2031、按鍵 (USERKEY) 2032、搖杆2033。需要說明的是，嵌入式主控板20僅內置這類最為基本的輸入輸出設備，這樣可以有效避免嵌入式主控板20上的資源不符合開發人員的開發需求，造成浪費。發光二極體2031主要是用於I/O輸出測試，程序狀態指示；按鍵2032和搖杆2033主要用於I/O輸入測試，程序運行狀態設置。嵌入式主控板20上的外圍接口主要有固定標準接口和非固定標準接口兩種。固定標準接口包括單總線接口(1_WIRE)2051、I2C總線接口 2052、串行外設接口 (SPI) 2053, USART 總線接口 2054、USB接口 (圖未示)、8BITI/0接口 2061、8BIT FSMC接口 2063，可用於接入通信模塊、存儲模塊、採集模塊、控制模塊、輸入模塊、時鐘模塊、擴展模塊、音頻模塊等一系列外圍模塊。安全數字輸入輸出接口(SDIO) 2056用於接入SD卡類存儲模塊；控制器區域網路(CAN)接口 2057用於接入通信模塊；PS/2接口 2058用於接入輸入模塊；IXD顯示接口 2059用於接入顯示模塊；乙太網(Ethernet)接口(圖未示)用於接入通信模塊。非固定標準接口包括非易失存儲器接口(圖未示)用於接入存儲模塊；靜態存儲器(SRAM， 圖未示)讀寫接口也用於接入存儲模塊。這些接口是彼此獨立的，嵌入式主控板20通過這些接口與外圍模塊相連即可實現每個模塊的相應功能。參閱圖1，外圍模塊包括通信模塊401、存儲模塊402、採集模塊403、控制模塊 404、輸入模塊405、顯示模塊406、時鐘模塊407、擴展模塊408、音頻模塊409、其它模塊。每種外圍模塊主要包括兩部分模塊相關電路(圖未示)、接入嵌入式主控板20的插口(圖未示)，模塊相關電路為這些外圍模塊的內部連接電路，這些電路的作用是讓模塊得以正常工作；接入嵌入式主控板20的插口與嵌入式主控板20上的接口相對應，使每種模塊在嵌入式主控板20上都有其相應的連接位置。外圍模塊中的通信模塊401包括USB轉UART模塊(USB TO UART Module)、 USB 主機模塊(USBHOSTModule)、USB 從機模塊(USB DEVICE Module)、USBOTG 模塊(USB OTG Module)、網絡模 ±夬(Ethernet Module)、RS232 模 ±夬(RS232Module)、RS485 模土夬 (RS485Module)、CAN 模塊(CAN Module)、NRF24L01 無線模塊(NRF24L01Wireless Module)、Zigbee 模塊(Zigbee Module)、藍牙模塊(Bluetooth Module)、WiFi 模塊(WiFi Module)、 GSM 模塊(GSM Module)、3G 模塊(3G Module)、VGA 模塊(VGA Module)等。這類模塊的主要作用是實現數據通信；這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的通信模塊401進行調用。外圍模塊中的存儲模塊402包括EEPR0M模塊(EEPR0M Module)、DataFlash模塊(DataFlash Mod-ule)、NorFlash 模塊(NorFlash Module)、SRAM 模塊(SRAM Module)、 NandFlash (NandFlash Module)、Micro SD +牛莫Ife (Micro SD Storage Module)、 SD 卡模塊(Mandard SD Storage Module)等。這類模塊的主要作用是對輸入以及運算所得的數據進行存儲與讀取，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的存儲模塊402進行調用。外圍模塊中的採集模塊403包括攝像頭模塊(Camera Module)、PCF859IADDA 模塊(PCF8591AD DA Module)、模擬測試模塊(Analog Test Module)、顏色識別模塊 (Color-Charact Module)、紅外線模塊(Infrared Module)、轉速測量模塊(RVelocity Module)、角速測量模塊(AVelocity Module)、加速度測量模塊(Acceleration Module)、磁力測量模塊(Magnetic Module) ^Distance Measure Module (距離測量模塊)、溼度測量模塊(Humidity Module)、溫度測量模塊(Temperature Module)、GPS 模塊(GPS Module)等。 這類模塊的主要作用是對數據進行實時採集，然後通過嵌入式主控板20對採集到的數據進行處理，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的採集模塊403進行調用。外圍模塊中的控制模塊404包括步進電機模塊(St印Motor Module)、直流電機模塊(DC Motor Module)等。這類模塊的主要作用是輸出控制外部設備，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的控制模塊404進行調用。外圍模塊中的輸入模塊405包括1路AD16個按鍵模塊(IAD 16Keys Keypad)、8 個 1/08 個按鍵模塊(8I0s8Keys Keypad)、8 個 1/016 個按鍵模塊(8I0s 16Keys Keypad)、 3個1/021個按鍵模塊(3I0s 21Keys Keypad)等。這類模塊的主要作用是提供開關量信號給主控板，讓系統進行相應處理，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的輸入模塊405進行調用。外圍模塊中的顯示模塊406包括IXD (可選帶不帶觸屏，屏幕尺寸有多種可選)、 數碼管模塊G位、8位可選)等。這類模塊的主要作用是對運算所得結果進行顯示，顯示系統的運行狀態，指示用戶進行相應操作等，從而實現系統的可視化，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的顯示模塊406進行連接。外圍模塊中的時鐘模塊407包括PCF8563實時時鐘(PCF8563RTC Module)、 DS1302實時時鐘(DS1302RTC Module)等。這類模塊的主要作用是提供計時功能，包括提供日曆等功能(整個計時過程不需要MCU參與，系統掉電，也可進行計時，就像電腦關機，時間不會丟失一樣，因為時鐘模塊上有後備電池供電)，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的時鐘模塊407進行連接。[0036]外圍模塊中的擴展模塊408包括PCF8574I/0擴展模塊(PCF8574I/0 Expansion Module)、74HC164 串入轉並出(74HC164Sin To Pout Module)、74HC165 串出轉併入 (74HC165Sout To Pin Module)等。這類模塊的主要作用是在原有的開發系統基礎上，對外圍進行再次擴展，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的擴展模塊408進行連接。外圍模塊中的音頻模塊409為VSlOOiBB MP3 Mod-ule、錄音模塊(Record Module)、 音頻放大模塊(Audio Amplifier Module)等。這類模塊的主要作用是進行音頻採集與輸出，這些模塊的插口在嵌入式主控板20上皆有與其相對應的接口，因此，用戶可根據具體需要，對自己所需要的音頻模塊409進行連接。需要說明的是，某些模塊在這裡只進行了簡要說明，例如，USB轉UART模塊(USB TO UART Module)包括了 PL2303USB轉UART 模塊(PL2303 USB TO UART Module)、FT232USB 轉 UART 模塊(FT232USB TO UART Module)、CP2102USB 轉 UART 模塊(CP2102USB TO UART Module)等。又如，錄音模塊包括了 10秒錄音模塊(10S Record Module)、60秒錄音模塊 (60S Record Module)、8分鐘錄音模塊(8Minutes Record Module)等。對於具體使用什麼模塊，開發人員在開發的時候可根據需要進行選擇。作為嵌入式硬體開發平臺100，本實用新型支持的嵌入式主控板20及外圍模塊不受限制，因為整個平臺100可以隨時升級，加入新的嵌入式主控板20及外圍模塊，從而支持新的處理器201及外圍模塊。在使用過程中，用戶可以根據需要選用自己所需的嵌入式主控板20和外圍模塊。 嵌入式主控板20與外圍模塊各有多種型號。每個嵌入式主控板20與外圍模塊都可以看成是一個獨立的單元，開發人員可以根據實際需要，選擇不同的嵌入式主控板20及外圍模塊，進行系統開發。將嵌入式主控板20、外圍模塊單元化，對它們都進行接口化，這樣的設計思想與軟體工程的設計思想相同。同樣，它帶來了軟體工程的一些優點，例如，對於各個單位來說，它們是「一次設計，到處使用」。嵌入式主控板20的開放性設計及外圍的模塊化設計實現了整個平臺的可擴展性、可移植性。開發人員在需要的時候對嵌入式主控板20及外圍模塊進行「調用」，即可進行相關開發。另外，對於已開發完成的系統，如果想對它進行升級，也只需將需要升級的模塊進行簡單更換，即可實現系統升級，整個過程操作非常簡便。需要說明的是，嵌入式主控板20的外圍接口與外圍模塊的接口做到了兼容(包括電氣特性兼容，埠排序順序相同)，所以能保證1)嵌入式主控板20可以直接插入相應外圍模塊；幻外圍模塊可以直接接入任一可能使用到它的嵌入式主控板20。相對於現有技術，本實用新型嵌入式主控板20及嵌入式硬體開發平臺100是將傳統上的開發板分離，轉變為兩部分嵌入式主控板20及外圍模塊。利用嵌入式主控板20 上設置的多種接口與多種外圍模塊進行配合，從而形成一種開放式的嵌入式硬體開發平臺 100。整個嵌入式硬體開發平臺100的優點是開放化，資源開放，便於使用；模塊化，分塊設計，持續更新；擴展性，接口豐富，利於擴展；移植性，支持移植，加速開發；易用性，資源豐富，易於學習；應用性，接口標準，直接應用。[0046]此外，在產品開發階段，開發人員可以根據實際需要，選購嵌入式主控板20、外圍模塊，搭建真正符合自己實際需求的系統；在產品生產階段，研發公司可以直接採購適合的外圍模塊，直接用到自己的最終產品上，採購已經量產的模塊可以省去部分研發費用及時間，大大提高開發效率，有效降低生產成本。產品功能更改或升級，速度更快，成本更低。因為只需要根據實際情況，更換、升級產品的相應模塊，即可以實現產品的升級。例如，將8051 處理器更改為ARM C0RTEX-M3，將IG內存更換為2G內存，並不需要將整個系統換掉，而是針對性的進行更換。為了進一步使該行業技術人員對該實用新型做更加詳細的了解，試舉下述一開發實例以供參考。若一開發人員基於嵌入式硬體開發平臺100開發一款MP3播放器，他只需要選擇一嵌入式主控板20，再選擇所需的外圍模塊，如MP3解碼模塊，按鍵模塊，LCD模塊，SD卡模塊，音頻放大模塊。然後將MP3解碼模塊、按鍵模塊、LCD模塊、SD卡模塊、音頻放大模塊，插入嵌入式主控板20上與其相對應的接口。接入後，通過下載與調試接口將「MP3解碼程序」燒入到嵌入式主控板20，即可完成初步的開發。開發人員還可以基於此示例進行改動，比如進行一些個性化設置IXD上顯示的內容是顯示播放進度還是變化的音頻信號，或者顯示日期；同時按多個按鍵形成組合鍵會實現什麼功能；按住快進3秒鐘以上會實現什麼功能等，這些都可以在此開發過程中根據實際需要進行改動，最終做出相應的個性化的MP3播放器。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種嵌入式主控板，其包括一處理器，一微控制器電路，一電源電路，該處理器，該微控制器電路，該電源電路集成於該嵌入式主控板，其特徵在於其進一步包括多個外圍接口，該外圍接口分別設置於該嵌入式主控板的四周，用於連接多個外圍模塊。
2.一種如權利要求1所述的嵌入式主控板，其特徵在於該處理器可以是8位、16位、 32位處理器。
3.—種如權利要求1所述的嵌入式主控板，其特徵在於該微控制器電路包括晶振電路、復位電路、下載與調試接口。
4.一種如權利要求1所述的嵌入式主控板，其特徵在於該電源電路包括USB電源輸入接口、DC電源輸入接口、電源保護電路、穩壓電路和電源LED指示燈。
5.一種如權利要求1所述的嵌入式主控板，其特徵在於進一步包括若干板載器件，其包括發光二極體、按鍵及搖杆中的一個或多個。
6.一種如權利要求1所述的嵌入式主控板，其特徵在於該外圍接口包括固定標準接口及非固定標準接口中的一個或多個。
7.—種如權利要求6所述的嵌入式主控板，其特徵在於該固定標準接口包括單總線接口 (I-WIRE)，I2C總線接口，串行外設接口 (SPI)，US ART總線接口、USB接口，安全數字輸入輸出接口(SDIO)，控制器區域網路(CAN) ,PS/2接口或乙太網(Ethernet)接口中的一個或多個。
8.—種如權利要求6所述的嵌入式主控板，其特徵在於該非固定標準接口包括非易失存儲器接口，靜態存儲器(SRAM)讀寫接口，LCD顯示接口，按鍵檢測接口中的一個或多個。
9.一種嵌入式硬體開發平臺，其特徵在於包括如權利要求1-8之任一項所述的嵌入式主控板，進一步包括多個外圍模塊，該多個外圍模塊分別與該嵌入式主控板的外圍接口連接。
10.一種如權利要求9所述的嵌入式硬體開發平臺，其特徵在於該外圍模塊包括通信模塊、存儲模塊、採集模塊、控制模塊、輸入模塊、顯示模塊、時鐘模塊、擴展模塊及音頻模塊中的一個或多個。
專利摘要一種嵌入式硬體開發平臺，其包括一個嵌入式主控板和多個外圍模塊。嵌入式主控板包括一處理器，一微控制器電路，一電源電路。該處理器，該微控制器電路，該電源電路集成於該嵌入式主控板，其進一步還包括多個外圍接口，該外圍接口分別設置於該嵌入式主控板的四周，用於連接多個外圍模塊。本實用新型充分實現開放化、模塊化，並且同時具備擴展性、移植性、易用性和應用性。在產品開發階段，開發人員可以根據實際需要，選購主控板、外圍模塊，搭建真正符合自己實際需求的系統。在產品生產階段，可以直接採購適合的外圍模塊，直接用到自己的最終產品上，從而大大提高開發效率，有效降低生產成本。
文檔編號G05B19/042GK202306232SQ20112044652
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者葉子豪 申請人:深圳市微雪電子有限公司