基于ARM及WindowsCE的学生实验辅助学习机的设计与开发.pdfVIP

基于ARM 及Windows CE 的学生实验辅助学习机的 设计与开发 胡鹏，戴亚文 武汉理工大学理学院，湖北武汉（430070 ） E-mail：iasi@163.com 摘 要：针对传统的物理、化学等学科实验教学模式的弊端，提出一种专门用于学生实验辅 助教学的便携式电子教辅系统，此系统基于低功耗、高性能的ARM 核心的32 位微处理器， 并辅以稳定的实时嵌入式操作系统Windows CE 及配套开发的应用程序，配置集成式的多媒 体与网络教学环境。通过教学试点反馈，能有效提高学生实验学习效率与自主性。 关键词： Windows CE ，实验教学 S3C2410 ，ARM ，嵌入式系统 1. 引 言 目前，学校物理、化学等学科实验教学模式普遍都是老师将实验内容统讲一遍，学生再 进行实验操作。学生由于对实验内容的不熟悉，听的一知半解，实际操作时往往不清楚实验 要点，而且通常都是一个老师带几十个学生，老师不能及时的解决每个学生的实际问题。结 果常常学生做实验不彻底，甚至有些学生做实验变成走过场。而为每个学生配置一台计算机， 学生可能用电脑做与本实验无关的事情，且其成本过高、占空间。为克服传统实验教学模式 的种种不足，特设计一种专用辅助实验教学的学生实验辅助学习机1 ，对实验过程提供全程 指导，实现学生实验自主学习。本文所阐述的实验辅助学习机采用ARM 32 位嵌入式微处理 器核心，设计包括存储器、控制器、网络、输入输出设备等在内的接口电路，并自行配置开 发嵌入式操作系统与导航显示界面，从而实现学生实验辅助教学和学生实验的自主学习。 2. 实验辅助学习机系统概述 2.1 学习机硬件系统 实验辅助学习机处理核心部分主要硬件参数有： ① 带储存器管理功能MMU 的三星S3C2410X ARM9 MCU； ② 板载64M RAM 和1M NOR Flash / 64M Nand Flash； ③ 移动存储卡接口及外接的存储卡设备(SD 卡) ； ④ 在MCU 数据总线上所设的USB 接口（可外接USB 集线器）； ⑤ CS8900A 十兆网络通信芯片及网络RJ-45 接口； ⑥ IIS 音频接口芯片UDA1341 ； ⑦ 标准串口接口。 再外接8.4’液晶显示器、各种输入设备（鼠标、键盘或触摸屏）、耳机、音箱、麦克风、 SD 卡与移动存储设备组成集成式的多媒体教学环境，可以与实验仪器直接进行串口通信， 实时获取、保存实验数据，也可以通过网络与服务器教师端联系，完成实时答疑、教师呼叫 以及实验数据提交等功能(见图1)。 1本课题已获国家实用新型专利(专利号：ZL 2006 2 0097362.8) 。 - 1 - 图1 学习机外部显示及输入、输出设备具体硬件连接示意图 2.2 学习机软件系统 学习机整体软件工程是基于Microsoft 公司的嵌入式操作系统WindowsCE.NET 来展开 的，包括操作系统定制以及应用层软件的开发。 应用层软件开发分为运行于学生实验辅助学习机Student Digital Assistant （SDA ）上的 学习机智能处理系统SDA Smart Processing System (SSPS)和教师终端计算机上的服务器数 据管理系统 Server Data Manage System (SDMS)两个子工程。 3. 实验辅助学习机硬件设计 CPU 选用为手持设备设计的低功耗、高集成度基于ARM920T 核的S3C2410X 微处理 器。其主频200MHz （最高266MHz ），广泛应用于手持PDA 、移动通信、路由器、工业控 制等领域。 ARM920T 有着强大的处理能力，扩展接口极其丰富。学习机采用一片 NOR Flash 、一片Nand Flash 以及一片SD 高速存储卡（外接）。其中Nand Flash 用来