基于S3C6410的無線網絡學習終端設計

王立國

摘 要 開發一款基于S3C6410嵌入式ARM處理器的網絡學習終端系統，其功能是點播Internet網站的學習資源，實現網絡學習。系統具有功耗低、移動性強、攜帶方便、價格低廉等優點。

關鍵詞 嵌入式系統；S3C6410；聲卡；Wi-Fi

中圖分類號：G434 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2014）10-0042-02

1 引言

隨著通信技術、網絡技術和計算機技術的迅猛發展及在教育教學中的廣泛應用，使得傳統黑板+粉筆的面對面教育已經無法滿足學習者的需要，并由此產生很多種教育模式，網絡教育是其中較為成功的一種。它突破了傳統教學時間和空間的局限性，是一種能夠超出校園，向更多地區輻射的開放式教學模式。高校可充分利用自身學科優勢和教育資源的優勢，通過網絡傳播方式或者衛星傳播方式，將最優秀的教學資源傳播到四面八方；學習者則不必在教室里中被動進行學習，可按照自己的方式在任意時間進行主動學習。

網絡學習是一種非常成功的學習模式，它給學習者的學習帶來了極大的便利，使學習者不必在校園里進行學習，在一定程度上突破了時間和空間的局限性，學習者可以自己選擇學習時間，進行自主學習。但是由于現有的網絡教學系統需要依賴于計算機，如果沒有計算機，網絡教學將無法實現，從某種意義上講，限制了使用者的使用。

為了解決這一問題，本文設計了一款基于嵌入式系統的無線網絡教學終端，系統采用無線網絡方式連接互聯網，學生可以在無線局域網的任意位置或者使用3G通信網絡，在任意時間和任意地點，進行自主學習或與教師進行交流。本系統具有體積小巧、攜帶方便、移動性強、功耗低等優點。

2 無線網絡學習終端系統結構

ARM嵌入式處理器是由英國ARM公司設計的高性能、低功耗的32位精簡指令集處理器，其應用遍及汽車、消費電子、成像、網絡集無線等諸多領域，目前基于ARM技術的處理器已經占據32位精簡指令集處理器的85%以上。本系統以主頻為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、高性能的多媒體應用解決方案。它采用由AXI、AHB和APB組成的64/32位內部總線架構，內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。

為了降低系統的成本和提高處理器的總體功能，S3C6410片內集成了很多硬件外設，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主從設備、SD主設備等。

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

3 系統軟件部分設計

對于系統的軟件部分，采用U-boot作為系統的Bootloader，Linux3.0操作系統，YAFFS2文件系統，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軟件工程中心負責開發維護。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，是一個基于POSIX和UNIX的多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。它支持32位和64位處理器，繼承了Unix以網絡為核心的設計思想，是一個性能穩定的多用戶網絡操作系統。目前Linux操作系統已廣泛應用于基于ARM的嵌入式系統中，本系統采用的Linux版本為3.0。

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

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

4 系統硬件電路設計

系統硬件電路的設計主要包括存儲器硬件電路設計、電源硬件電路設計、USB硬件電路設計、LCD硬件電路設計、聲卡硬件電路設計、網卡硬件電路設計等。本文主要對系統的存儲器電路、聲卡電路和網卡電路的設計方法進行研究，其他電路S3C6410內部集成相應的控制器，只需要引出相應接口即可，故不再贅述。

存儲器硬件電路設計 系統中有三種存儲器：DDRAM、Nand Flash和SD卡。DDRAM為系統的內存，系統中一切運算都是在內存中運行。系統采用三星公司的K4X1G163PE芯片作為系統的DDR內存，該芯片單片容量為128 M，系統采用兩片，構成256 M。為提供穩定的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芯片為一種固態存儲介質，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的固態存儲單元。系統采用三星公司生產的K9WAG08 Nand Flash芯片，容量為2 G，其數據寬度為8位，塊擦寫時間為2 ms，且據有硬件數據保護功能和上電自動引導功能，其用于存儲系統軟件和應用程序。

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

網卡硬件電路設計 網卡電路是本系統的一個重要部分，為提高系統的使用靈活性，系統提供兩種網絡連接方式，即使用Wi-Fi無線網絡連接方式和移動3G無線網絡連接方式。Wi-Fi無線網絡連接方式，系統內部集成Wi-Fi無線網卡，采用目前應用比較廣泛的Marvell公司生產的88W8686芯片。3G無線網絡連接方式，主要采用市場上的3G USB無線網卡，直接連接到的系統自帶的USB接口上即可。系統支持移動、電信和聯通三種制式的3G信號，目前系統所支持的3G網卡型號為：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

本文設計了一款基于嵌入式系統的網絡學習終端，具有功耗低、移動性強、攜帶方便、價格低廉等優點。可應用于網絡教學，學生可以在無線校園網絡內任意位置進行自主學習，與教師進行交互，不受任何學習時間、學習地點的限制。將本系統應用于教學實踐，不但可以提高學生的學習效率和學習積極性，還具有很高的經濟價值。

參考文獻

[1]賈偉，王正勇.基于S3C6410A的USB多點視頻圖像[J].采集系統設計，2013（3）：168-171.

[2]潘永才，蹇安安，陶云峰，等.基于S3C6410的機房智能監控系統設計[J].物聯網技術，2012（12）：23-25.

[3]周健昌，李振興.基于S3C6410的u-boot分析與移植[J].電子設計工程，2012（17）：53-56.

[4]陳曉雷，楊永五，鄧蕾，等.基于S3C6410的客車車載監控系統終端設計[J].鄭州輕工業學院學報：自然科學版，2012（1）：76-78.

[5]雷豐中，劉鵬.基于S3C6410的多媒體系統設計[J].電視技術，2011（11）：24-27.

[6]尤盈盈，孟利民.構建嵌入式linux交叉編譯環境[J].計算機與數字工程，2006（6）：30-32.