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ARM(树莓派)开发板+FPGA平台

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一、产品概述

本设备是树莓派CM4嵌入式+FPGA可编程逻辑双核心互通综合实验平台,融合嵌入式Linux开发与FPGA硬件逻辑设计两大教学体系,打破传统单一FPGA实验箱、单一嵌入式实验箱的教学壁垒,实现ARM嵌入式软件与FPGA硬件逻辑互联互通、联合开发。平台搭载树莓派CM4核心板(BCM2711四核64位处理器),同时兼容altera、AMD、紫光同创、安路、高云等品牌FPGA核心板,支持软硬件协同设计、高速数据交互、图像处理、网络开发、人工智能编译、实时控制等高阶教学项目。

整机延续模块化可重构架构,保留独家动态IO可重构电路、免接线实训、全防护结构、线上系统管理能力,同时升级B2B对接结构、PCle高速扩展、千兆网IEEE1588精密对时、高速eMMC存储、无线蓝牙模组,是目前院校适配嵌入式+FPGA双课程融合、软硬协同开发、智能系统综合实训的新一代智慧教学实验设备。

二、特色优势

1、CM4+FPGA双核心互通,软硬协同一体化教学

采用树莓派CM4嵌入式核心+FPGA可编程逻辑双核心架构,真正实现ARM嵌入式Linux软件开发与FPGA硬件逻辑设计双向互通、数据交互、联合调试。可开展纯FPGA逻辑实验、纯嵌入式Linux实验、软硬协同综合实验,一套设备覆盖两大核心课程体系,教学维度远超传统单一实验箱。

2、高性能64位四核处理器,适配大型数据编译与AI开发

搭载BCM2711主控,四核Cortex-A72 64位架构,运算性能强劲,告别低端嵌入式算力不足问题。支持1GB/2GB/4GB/8GB多档内存选配,可稳定运行大型代码编译、图像处理算法、深度学习推理、多任务系统开发,满足高阶科研与科创实训需求。

3、双高速存储架构,读写速率快、稳定性高

标配高速eMMC闪存,理论传输速率高达100MBytes/s,系统启动快、程序加载快、大数据读写稳定;同时兼容TF卡拓展存储,支持系统备份、大容量文件存储、离线项目部署,双存储模式灵活切换,适配不同实训场景。

4、原生无线模组,WiFi+蓝牙一体化无线拓展

板载与树莓派4B同款高性能WiFi+蓝牙模块,配备PCB板载天线与外置天线双接口,信号接收稳定、抗干扰强。支持无线网络通信、蓝牙透传、无线设备联动、物联网终端开发,无需外接网卡即可开展无线物联网实训项目。

5、B2B对接+PCle高速扩展,结构稳固、拓展性极强

核心板采用精密B to B接插对接结构,接触可靠、抗震防松、稳定性远超排针排线结构;搭载PCle高速扩展接口,支持高速外设拓展、高速数据传输,兼顾结构稳定性与功能拓展灵活性,适配长期高频次教学与复杂工程开发。

6、带IEEE1588精密对时千兆网,适配网络高阶开发

板载工业级千兆以太网模块,支持IEEE1588精密网络对时协议,可开展千兆高速传输、网络UDP/TCP通信、图像网络传输、精密时钟同步、工业网络控制等高端网络实训项目,适配工控、通信、物联网方向教学。

7、三品牌FPGA兼容+可重构IO,教学全覆盖

延续平台优势,兼容进口、国产FPGA核心板,支持动态IO可重构11套电路模式切换,IO资源流动复用;全程模块化免接线、全防护防尘防触摸、支持线上系统智慧管理,基础实训、进阶设计、综合科创全覆盖。

8、模块化可升级,按需配置、长期迭代

全设备标准化接口,CM4核心、FPGA核心、拓展模块均可独立更换升级;拓展模块支持自选、定制、自制,无资源浪费,适配院校分层教学、设备长期迭代升级,节约实训室投入成本。






KXE800CM4_V2.0嵌入式+FPGA系统平台

一、整体系统架构

整机由树莓派CM4嵌入式核心板、FPGA可编程逻辑核心板、动态可重构IO模块、高速扩展平台、多功能拓展模块五大部分组成,实现嵌入式+FPGA双核心联动互通;所有模块标配亚克力防尘防触摸防护罩+整机玻璃防尘罩,内置工业开关电源,搭载12组标准40芯免排线扩展插座,支持模块快速拆装、免接线实训,适配智慧实训室线上统一管理。

二、完整商品参数

(一)树莓派CM4嵌入式核心参数

核心型号:树莓派Compute Module 4(CM4)

主控CPU:BCM2711,四核Cortex-A72 64位高性能处理器

内存选配:1GB / 2GB / 4GB / 8GB 多档位可选,支持大型数据编译与算法运算

存储配置:高速eMMC闪存,传输速率最高100MBytes/s;兼容TF卡拓展存储

无线配置:板载WiFi+蓝牙模块(同PI4B方案),配备PCB板载天线+外置天线双接口

扩展总线:B2B精密对接结构,搭载PCle高速扩展接口,稳定性、拓展性优异

网络配置:板载千兆以太网,支持IEEE1588精密时钟同步协议,适配工业网络开发

(二)FPGA核心板配置

标配核心:Intel Cyclone10 10CL055YF484:逻辑单元LE:55856个,内置M9K存储模块260个,性能稳定、适配性广,满足主流FPGA入门及进阶教学。

选配核心1:AMD Artix7 XC7A75_FGG484:逻辑单元LC:75520个,CLB:94400个,片上RAM:892Kb,资源充足,适用于高阶算法、图像处理、科创竞赛开发。

选配核心2:紫光同创PG2L100H_FPG676(国产):等效LUT4:99900个,片上DRAM:1273600bit,国产自主可控架构,适配国产FPGA课改教学。

核心板通用硬件参数:板载USB Cable、USB-Blaster一体化编程器;支持16Mb/64Mb掉电配置存储,标配64Mbit SPI FLASH;板载256Mb SDRAM缓存;标配50M高精度有源时钟源;板载4组状态LED、4组非消抖动独立按键;自带USB-UART串口、TF卡座;配备7组/4组40芯扩展排针,最大可引出252/216/144路IO扩展引脚。

(三)动态配置IO-可重构实验模块参数

1、动态IO资源:配备不少于64组可动态配置IO,内置11套独立成套实验电路结构;板载8组数码管、20组LED、多组功能按键,最大支持32位二进制数值同步输入输出。

2、电路动态重构:64组IO可根据11种实验模式自动变更引脚功能与锁定位置,无需硬件改线即可切换整套实验电路;数码管支持静态显示、动态扫描、自动七段译码等多种工作模式。

3、LED多模式工作:12组LED支持并行输出、串行移位、四分组独立点亮、二进制累加计数等多种逻辑形态。

4、按键多功能自适应:8组按键支持消抖/非消抖切换,可配置高低电平触发、单脉冲输出、琴键触发、串行输入、单键四位输入等功能,可实现32位并行信号输入。

5、宽频时钟系统:支持0.5Hz~50MHz共20档频率精准切换,配备独立频率选择按键、独立系统复位按键。

6、显示与外设配置:搭载1.77寸LCD显示屏,可实时显示电路工作模式、16进制输入信号、32位数据状态、系统工作频率;标配2组PS/2接口、蜂鸣器、温度传感器;独立USB供电接口,支持单模块独立供电与串口通信。

(四)基础扩展平台参数

采用专业实验箱稳固结构,内置工业开关电源,长时间运行稳定、纹波小、抗干扰强;配备12组标准40芯扩展插座,支持扩展板免排线直插固定,拆装便捷、连接可靠,适配多模块轮换实训与双核心联合开发。

(五)标配拓展模块

标配包含:16×16 LED点阵模块、VGA+PS/2+SD多功能集成模块、7寸TFT电容触摸屏模块、直流电机+步进电机双运动控制模块、12组流水灯+四组四色交通灯模块、12位并行高速ADC+10位双通道DAC信号采集处理模块。

(六)选配拓展模块

可按需选配:各类ADC/DAC信号模块、多功能电机拓展模块、矩阵键盘模块、全系列液晶触摸屏模块,同时支持师生自主定制、自制拓展模块,拓展生态灵活开放。

三、实验体系说明

本平台搭建嵌入式Linux开发 + FPGA逻辑设计 + 软硬协同互通 + 高速网络通信 + 信号与图像处理 + 智能运动控制的双体系阶梯式实验架构。既覆盖传统数电、模电、FPGA基础实训,又支持嵌入式大型程序编译、AI算法部署、千兆网络精密对时、无线物联网开发、双核联合综合系统设计,全面适配高职、本科常态化教学、智慧课堂实训、课程设计、科创竞赛、毕业设计等高阶教学场景。

1、嵌入式平台主要配置如下:

KXE800CM4_V2.0嵌入式系统模块-主要特性

(基于树莓派CM4构建)

核心处理器模块

CM4

GPU

CPU:Broadcom BCM2711

四核 Cortex-A72 (ARM v8) 64 位 @ 1.5GHz1MB L2缓存

Broadcom VideoCore VI @ 500 MHz

图形库及视频编解码支持

OpenGL ES 3.0

H.265 (HEVC) (upto 4Kp60 decode), H.264 (upto 1080p60 decode, 1080p30 encode)

GPIO

(与主系统上FPGA核心板连接)

28个用户GPIO3.3v1.8v)也可配置为5UART5I2C5SPISDIO1DPI(并行RGB显示),1PCM2PWM3GPCLK输出

运行内存

4GB LPDDR4-3200 SDRAM

存储卡

板载TF卡,默认32GB,最大支持64GB

USB接口

USB2.0×4

MIPI显示输出接口

MIPI DSI×2(15pin 1.0mm FPC连接器)

MIPI摄像头输入接口

MIPI CSI×2(15pin 1.0mm FPC连接器)

视频输出接口

HDMI×2

RTC

带可唤醒Compute Module 4功能

以太网

千兆以太网RJ45接口

M.2无线网卡

Wifi-6无线网卡接口,默认使用Intel Wireless-AC 9620

蓝牙

蓝牙5.0

LCD

DSI接口,7寸触摸屏

LED电源指示

扩展板5V供电指示led×1   

核心板3.3V供电指示led×1   

核心板工作指示led×1

系统软件支持

Raspberry Pi OS with desktop32bit)

Linux OS: Debian version: 11 (bullseye), Kernel version: 5.10


详细参数配置、资料请联系售前:QQ、电话:0571-8891453手机:18167105296


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