導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫(xiě)好一篇嵌入式系統(tǒng)的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng)；單片機(jī)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）08-0085-02

Content Setting of Embedded System Curriculum//XU Jinglei

Abstract The MCU Course is combined with embedded system courses， taking the 51 as one of the most simple embedded processor

to learn， while learning a more advanced embedded processor STM32.

Key words embedded system； single-chip； computer system

1 嵌入式系統(tǒng)的定位

目前對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的理解各有不同，這種情況直接導(dǎo)致嵌入式課程在內(nèi)容設(shè)置方面的區(qū)別。通過(guò)分析不同觀點(diǎn)，可以得到合適的指導(dǎo)原則。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是非PC系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能，但不能稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)設(shè)備或設(shè)備。它是一種以軟件和硬件為中心的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可應(yīng)用于功能、可靠性、成本、體積、功耗等方面有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件聯(lián)合使用，仿照BIOS的工作方式，具有自動(dòng)化程度高、軟件代碼小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，特別是具有實(shí)時(shí)多任務(wù)的功能[1]。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支持硬件、嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。

這種觀點(diǎn)看似面面俱到，實(shí)則主次不分，沒(méi)有指出嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)，其中把嵌入式系統(tǒng)稱(chēng)為專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更是錯(cuò)誤的，因?yàn)槭聦?shí)上，嵌入式系統(tǒng)也可以作為通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)就是ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM指令系統(tǒng)、S3C2410嵌入式微控制器及嵌入式系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)等內(nèi)容[2-3]。要了解嵌入式操作系統(tǒng)的進(jìn)程、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信機(jī)制及嵌入式操作系統(tǒng)的其他功能，掌握嵌入式操作系統(tǒng)LINUX的基本命令，LINUX操作系統(tǒng)下應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)與調(diào)試，LINUX操作系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試。

這種觀點(diǎn)混淆了嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)的區(qū)別，實(shí)質(zhì)是在講如何使用LINUX嵌入式操作系統(tǒng)，而這只是嵌入式系統(tǒng)的一小部分。

綜合以上觀點(diǎn)，可以看到對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的定位比較混亂，正確的定位該以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心單元處理器為準(zhǔn)，以處理器的最小尺寸為依據(jù)，把整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分為三大類(lèi)：服務(wù)式、桌面式、嵌入式。

1）服務(wù)式指的是服務(wù)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供高等的計(jì)算性能，采用服務(wù)式處理器，如網(wǎng)站服務(wù)器、超級(jí)計(jì)算機(jī)；

2）桌面式指的是桌面式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供中等的計(jì)算性能，采用桌面式處理器，如臺(tái)式機(jī)、筆記本；

3）嵌入式指的是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，提供低等的計(jì)算性能，采用嵌入式處理器，如手機(jī)、平板。

這種分類(lèi)方法只以處理器的最小尺寸為依據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)客觀清晰，尺寸越小性能越低。處理器的最小尺寸指的是同型號(hào)前提下的最小封裝。事實(shí)上，嵌入式的詞義本身也意味著尺寸小，以便嵌入到其他設(shè)備。

至于每類(lèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要做成通用還是專(zhuān)用，要根據(jù)實(shí)際需求而定。如手機(jī)這個(gè)嵌入式系統(tǒng)，發(fā)展初期是專(zhuān)用的，到智能手機(jī)時(shí)期，已經(jīng)是通用系統(tǒng)了。

簡(jiǎn)單說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)是采用嵌入式處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式處理器又稱(chēng)為單片機(jī)、微控制器、微處理器。嵌入式處理器包含一切小尺寸的處理器，如51、61、AVR、PIC、ARM、DSP、FPGA等。

2 單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的統(tǒng)一

單片機(jī)是一種集成電路芯片，包含大規(guī)模集成電路技術(shù)的CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能，有的還包含顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路。單片機(jī)是一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，從8位單片機(jī)發(fā)展到目前32位MCU。

單片機(jī)，毫無(wú)疑問(wèn)，也是一種小尺寸的嵌入式處理器。采用單片機(jī)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也是一種嵌入式系統(tǒng)。單片機(jī)的詞義本身也意味著在單個(gè)硅片上集成了盡可能多的部件，以便實(shí)現(xiàn)尺寸小的目標(biāo)，這個(gè)特征也是所有嵌入式處理器的特征。因此，單片機(jī)和嵌入式可以統(tǒng)一化，或者說(shuō)，單片機(jī)是嵌入式處理器的一個(gè)別稱(chēng)。

目前，單片機(jī)課程普遍以51為主，這容易造成一種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)：?jiǎn)纹瑱C(jī)就是51。事實(shí)上，單片機(jī)的內(nèi)涵要大得多。為了理清關(guān)系，可以把單片機(jī)課程合并到嵌入式系統(tǒng)課程，把51作為一種最簡(jiǎn)單的嵌入式處理器進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)學(xué)習(xí)一種較高級(jí)的嵌入式處理器STM32，相互對(duì)照，以便樹(shù)立正確的嵌入式系統(tǒng)的概念。

3 嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)方向

嵌入式系統(tǒng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容很多，需要設(shè)定若干教學(xué)方向。首先，要明確的是學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的目的是如何使用，而不是制造。具體說(shuō)就是不制造嵌入式處理器，不制造嵌入式操作系統(tǒng)，而是利用現(xiàn)有嵌入式處理器設(shè)計(jì)電路，或利用現(xiàn)有嵌入式操作系統(tǒng)編制程序。其次，要明確有無(wú)操作系統(tǒng)，這是設(shè)定教學(xué)方向的依據(jù)。

如果沒(méi)有操作系統(tǒng)，則需要在程序設(shè)計(jì)中直接操作各個(gè)硬件寄存器，和硬件直接打交道，程序和硬件直接相關(guān)，稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)的硬方向。一個(gè)嵌入式處理器是否具有操作系統(tǒng)不是隨意的，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)屬于額外代碼，對(duì)嵌入式處理器的性能是有要求的。若嵌入式處理器的性能較低，勉強(qiáng)運(yùn)行操作系統(tǒng)，也是沒(méi)有意義的，不如裸機(jī)運(yùn)行快。這方面的嵌入式處理器有51、61、STM32等，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于處理器本身。嵌入式系統(tǒng)的硬方向，其課程名仍稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。

如果有操作系統(tǒng)，則程序設(shè)計(jì)中無(wú)須直接操作各個(gè)硬件寄存器，不和硬件直接打交道，直接操作硬件的工作由操作系統(tǒng)（含驅(qū)動(dòng)程序）完成，程序可以做到和硬件無(wú)關(guān)，只需和操作系統(tǒng)（含驅(qū)動(dòng)程序）軟件接口，稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)的軟方向。一個(gè)嵌入式處理器是否具有操作系統(tǒng)不是隨意的，性能較高的嵌入式處理器，如主頻400 MHz以上的S3C2410，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)復(fù)雜到讓直接操作硬件變得不現(xiàn)實(shí)，必須采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，如Linux、Android、iOS，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于操作系統(tǒng)，而不是處理器本身。嵌入式系統(tǒng)的軟方向，其課程名可以稱(chēng)為嵌入式操作系統(tǒng)。

4 嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)置

嵌入式系統(tǒng)，作為嵌入式系統(tǒng)的硬方向，課程內(nèi)容應(yīng)該是學(xué)習(xí)不帶操作系統(tǒng)的嵌入式處理器，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)在于處理器本身的細(xì)節(jié)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)嵌入式操作系統(tǒng)建立一個(gè)扎實(shí)的硬件基礎(chǔ)。沒(méi)有這個(gè)環(huán)節(jié)，就難以理解操作系統(tǒng)的一些硬件概念。

嵌入式系統(tǒng)課程主要培養(yǎng)學(xué)生了解有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的基本原理、設(shè)計(jì)方法以及嵌入式系統(tǒng)的最新發(fā)展，初步掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程和常用方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基礎(chǔ)概念、基本原理、開(kāi)發(fā)流程和步驟、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)和解決技術(shù)問(wèn)題的基本方法，具備一個(gè)合格的高新技術(shù)工程研發(fā)人員綜合運(yùn)用所學(xué)各種知識(shí)和技能，從分析嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用項(xiàng)目需求，到確立設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案，到方案實(shí)施和解決基本問(wèn)題的能力。

課程基本內(nèi)容：了解嵌入式系統(tǒng)的特性、基本原理及其發(fā)展趨勢(shì)；建立嵌入式系統(tǒng)的概念；掌握51體系結(jié)構(gòu)、STM32嵌入式微控制器及嵌入式系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)等內(nèi)容。該課程是一門(mén)實(shí)踐與理論結(jié)合性很強(qiáng)的課程，以電子技術(shù)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、C語(yǔ)言等課程為基礎(chǔ)，主要介紹基于51和STM32微處理器的硬件基礎(chǔ)和編程。

課程重點(diǎn)與難點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的概念，嵌入式系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，包括IO、中斷、DMA、SPI的工作原理，嵌入式系統(tǒng)的C語(yǔ)言編程方法。

課程章節(jié)主要內(nèi)容總體分為51和STM32兩大部分。

第一部分

第2章 AT89s51單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)：AT89S51單片機(jī)的硬件組成，引腳功能，電源及時(shí)鐘引腳等。

第3章 C51語(yǔ)言編程基礎(chǔ)：Keil C51簡(jiǎn)介，Keil C51的開(kāi)發(fā)工具，C51語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，C51語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類(lèi)型與存儲(chǔ)類(lèi)型等。

第4章 AT89s51片內(nèi)并行端口的原理及編程：AT89S51

的并行I/0端口的結(jié)構(gòu)及工作原理，并行I/O端口的C51編程舉例。

第5章 AT89s51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)：AT89S51中斷技術(shù)概述，中斷允許與中斷優(yōu)先級(jí)的控制，響應(yīng)中斷請(qǐng)求的條件，中斷函數(shù)。

第6章 AT89s51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：工作方式控制寄存器TMOD，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的4種工作方式，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程和應(yīng)用。

第7章 AT89S51單片機(jī)的串行口：串行口的結(jié)構(gòu)，串行口控制寄存器SCON，特殊功能寄存器PCON，串行口的4種工作方式。

第12章 單片機(jī)的串行擴(kuò)展技術(shù)。

第二部分

第1章 STM32基本原理：STM32性能和結(jié)構(gòu)，Cortex M3處理器，Cortex M3寄存器，STM32儲(chǔ)存地址映射，復(fù)位和時(shí)鐘控制。

第2章 硬件設(shè)計(jì)：STM32主板設(shè)計(jì)，MCU及其周?chē)娐吩O(shè)計(jì)，USB轉(zhuǎn)串口電路設(shè)計(jì)，TTL轉(zhuǎn)RS232電路設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)端口路。

第3章 STM32軟件開(kāi)發(fā)：STM32軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，MDKKeil開(kāi)發(fā)環(huán)境，獲得和理解固件庫(kù)，操作GPIO和管理中斷，嵌套向量中斷控制器NVIC庫(kù)函數(shù)，串口通信和DMA編程，SPI與I2C編程，TF卡編程，液晶屏及觸摸屏編程。

參考文獻(xiàn)

[1]王奕翔.《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2016（25）：51-52.

篇2

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型本科；嵌入式課程體系；教學(xué)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）36-8340-01

嵌入式是一門(mén)從上層應(yīng)用到底層內(nèi)核開(kāi)發(fā)的軟硬件結(jié)合，對(duì)綜合技術(shù)要求較高的技術(shù)領(lǐng)域，各高校近年來(lái)普遍開(kāi)設(shè)嵌入式方向或?qū)I(yè)，我校也已經(jīng)在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系設(shè)置嵌入式專(zhuān)業(yè)。目前我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系已經(jīng)開(kāi)設(shè)的嵌入式課程的前續(xù)課程有數(shù)字電路，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言I及面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等?？紤]到嵌入式課程建設(shè)的連續(xù)性、層次性和前沿性的需要，形成了包含嵌入式系統(tǒng)、嵌入式內(nèi)核編程與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)和嵌入式軟件設(shè)計(jì)在內(nèi)的嵌入式專(zhuān)業(yè)課程體系。下面主要介紹這三門(mén)課程的建設(shè)。

1 嵌入式課程設(shè)置

我系首次開(kāi)設(shè)的嵌入式系統(tǒng)課程是偏硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一門(mén)課程，目標(biāo)是通過(guò)對(duì)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解ARM體系結(jié)構(gòu)，掌握ARM偽操作及偽指令，掌握嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建能力，包括嵌入式交叉編譯環(huán)境搭建，bootloader移植，文件系統(tǒng)制作，內(nèi)核的編譯過(guò)程；掌握Linux下C與匯編混合編程，同時(shí)理解嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序編寫(xiě)思想。

考慮到實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)特定的微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的知識(shí)要求淡化的同時(shí)，對(duì)處理器接口知識(shí)的要求卻在增加。因此，嵌入式系統(tǒng)課程增加了嵌入式系統(tǒng)中常用的接口的基本原理和接口協(xié)議部分，學(xué)生可以通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，自己動(dòng)手搭建定制的嵌入式操作系統(tǒng)，并通過(guò)對(duì)實(shí)際的硬件接口學(xué)習(xí)及操作，增強(qiáng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。

嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)要求學(xué)生掌握驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)方法、開(kāi)發(fā)流程；掌握內(nèi)核關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及中斷機(jī)制等內(nèi)容，但是由于學(xué)時(shí)限制，起初開(kāi)設(shè)的嵌入式系統(tǒng)課程，這部分內(nèi)容僅要求學(xué)生掌握驅(qū)動(dòng)設(shè)備的類(lèi)型及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)流程。本次將嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)部分的內(nèi)容獨(dú)立設(shè)置為一門(mén)課程——嵌入式內(nèi)核編程與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，目標(biāo)是通過(guò)學(xué)習(xí)本門(mén)課程，學(xué)生能夠理解嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)基本概念、理論和方法；了解嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)工作原理，熟悉Linux內(nèi)核關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)制；掌握交叉編譯工具的使用和嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)整體流程。使學(xué)生在學(xué)完本門(mén)課程后，能夠自己動(dòng)手開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，并進(jìn)行內(nèi)核編程開(kāi)發(fā)。

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和底層開(kāi)發(fā)后，僅是一個(gè)具備了硬件、驅(qū)動(dòng)及操作系統(tǒng)的設(shè)備，還需要在該系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)大量的應(yīng)用軟件，才能稱(chēng)之為有用的受人們歡迎的系統(tǒng)。所以嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)同樣重要。起初的嵌入式系統(tǒng)課程僅介紹了Linux下C與匯編混合編程方法，這僅適用于底層開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)的要求，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足當(dāng)今企業(yè)對(duì)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)人員的要求。本次將嵌入式軟件開(kāi)發(fā)獨(dú)立設(shè)置為一門(mén)課程，目標(biāo)是通過(guò)本課程學(xué)習(xí)掌握Linux常用命令及Linux下C編程及開(kāi)發(fā)流程，掌握Linux操作系統(tǒng)編程關(guān)鍵技術(shù)，包括進(jìn)程控制，多線程編程及網(wǎng)絡(luò)通信等。使學(xué)生在學(xué)完本門(mén)課程后，能夠進(jìn)行多進(jìn)程、多線程編程及網(wǎng)絡(luò)通信編程等功能，實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。

嵌入式系統(tǒng)，其前期課程為計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)組成原理，微機(jī)原理與接口技術(shù)；嵌入式內(nèi)核編程及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，其前期課程為操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，嵌入式系統(tǒng)；嵌入式軟件設(shè)計(jì)，其前期課程為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言I、面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)，編譯原理，嵌入式系統(tǒng)及嵌入式內(nèi)核編程與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。

2 教學(xué)方法的運(yùn)用

2.1 嵌入式系統(tǒng)課程

1）嵌入式Linux常用開(kāi)發(fā)工具及GNU工具鏈生成部分采用案例教學(xué)法。通過(guò)搭建GNU工具鏈任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)達(dá)到熟練掌握常用命令及工具的作用。

2）嵌入式Linux系統(tǒng)的構(gòu)建部分采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法，學(xué)生在完成每節(jié)的學(xué)習(xí)后，完成Linux系統(tǒng)構(gòu)建的一部分功能，最終完成Linux系統(tǒng)構(gòu)建，通過(guò)綜合運(yùn)用以上知識(shí)點(diǎn)，自己動(dòng)手定制一個(gè)U盤(pán)上的最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從U盤(pán)啟動(dòng)系統(tǒng)。

3）嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)接口的原理及協(xié)議部分，每部分內(nèi)容都有豐富的案例，由于這部分涉及的內(nèi)容比較多，采用案例分析法與分組討論法，通過(guò)設(shè)置設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生先討論，提出一個(gè)可行性方案，并最終在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)各種功能。

2.2 嵌入式內(nèi)核編程及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)課程

1）Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)概述及開(kāi)發(fā)環(huán)境構(gòu)建及硬件基礎(chǔ)部分采用案例分析法，理解嵌入式驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)的方法； （下轉(zhuǎn)第8354頁(yè)）

2）Linux內(nèi)核及內(nèi)核編程、Linux內(nèi)核模塊、Linux文件系統(tǒng)與設(shè)備文件系統(tǒng)部分采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，通過(guò)對(duì)模塊的加載卸載、模塊參數(shù)和編譯模塊等任務(wù)的操作使學(xué)生熟練掌握Linux內(nèi)核模塊的操作；

3）字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)部分采用案例分析法，了解嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)工作原理；

4）并發(fā)與競(jìng)態(tài)、LINUX設(shè)備驅(qū)動(dòng)中的阻塞、非阻塞I/O與異步通知、Linux異常處理體系結(jié)構(gòu)部分采用案例分析法進(jìn)行講解，熟悉Linux內(nèi)核關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和機(jī)制。

2.3 嵌入式軟件設(shè)計(jì)課程

每部分都配有相應(yīng)的任務(wù)或項(xiàng)目，各重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)都配有案例進(jìn)行分析，便于學(xué)生理解和掌握。具體需要完成的項(xiàng)目包括：Linux下服務(wù)器配置項(xiàng)目；簡(jiǎn)單程序開(kāi)發(fā)項(xiàng)目；多進(jìn)程及守護(hù)進(jìn)程程序編寫(xiě)任務(wù)；管道通信及共享內(nèi)存任務(wù)；生產(chǎn)者消費(fèi)者項(xiàng)目；NTP協(xié)議項(xiàng)目。最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式Web應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，嵌入式課程由原來(lái)的一門(mén)課程，即嵌入式系統(tǒng)課程，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充及調(diào)整為三門(mén)課程。將課程分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)類(lèi)課程，即嵌入式系統(tǒng)；底層開(kāi)發(fā)類(lèi)課程，即嵌入式內(nèi)核編程及驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)；軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用類(lèi)課程，即嵌入式軟件設(shè)計(jì)。通過(guò)綜合運(yùn)用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、分組討論法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、案例分析法等教學(xué)方法開(kāi)展教學(xué)，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究意識(shí)，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐意識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

篇3

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；教學(xué)研究；自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)；實(shí)踐教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：張曉東（1980-），男，山東青島人，河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，講師；孫麗君（1968-），女，河南鄭州人，河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院，教授。（河南 鄭州 450001）

基金項(xiàng)目：本文系河南省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012SJGLX151）、河南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃實(shí)驗(yàn)課題“基于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實(shí)踐”（課題編號(hào)：[2011]-JKGHAC-0150）、河南工業(yè)大學(xué)高等教育研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012一般項(xiàng)目-15）、河南省“自動(dòng)化”特色專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）08-0035-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著信息技術(shù)特別是嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛滲入到工業(yè)測(cè)控儀表、軍事技術(shù)、汽車(chē)電子、醫(yī)療儀器、無(wú)線通信、智能家居以及消費(fèi)電子產(chǎn)品等眾多重要行業(yè)，成為“后PC時(shí)代”最有前景的研究熱點(diǎn)之一。[1]作為一種新興的技術(shù)領(lǐng)域，嵌入式技術(shù)融合了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)以及通信、半導(dǎo)體和微電子技術(shù)，屬于多種學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。由于嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展以及嵌入式技術(shù)的廣泛應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開(kāi)發(fā)工程師等技術(shù)人員在就業(yè)市場(chǎng)上較為緊缺，社會(huì)對(duì)嵌入式相關(guān)技術(shù)人才有迫切需求。[2，3]因此，嵌入式系統(tǒng)正逐漸成為國(guó)內(nèi)相關(guān)高校的重點(diǎn)開(kāi)設(shè)課程，高校嵌入式相關(guān)人才的培養(yǎng)方案還是一個(gè)較為新穎的重要的研究課題。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為電子信息類(lèi)工程技術(shù)人員必備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技能。不同領(lǐng)域嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用特點(diǎn)不盡相同，高校不同學(xué)科、專(zhuān)業(yè)的嵌入式教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該各有側(cè)重。河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院自2007年開(kāi)始面向自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化等多個(gè)專(zhuān)業(yè)的本科生開(kāi)設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等專(zhuān)業(yè)選修課程。運(yùn)行六年以來(lái)，作為省級(jí)和地廳級(jí)多個(gè)教改課題的支持項(xiàng)目，學(xué)院在嵌入式系統(tǒng)系列課程的教學(xué)研究方面進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐與深入探索，獲得了一些有益經(jīng)驗(yàn)。

一、課程體系的目標(biāo)與定位

“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程是河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院面向自動(dòng)化等專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的結(jié)合ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、SOPC技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)等嵌入式軟、硬件技術(shù)的重要任選課程。[4]該課程旨在使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)軟、硬件的基本原理，實(shí)踐嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的基本流程。重點(diǎn)培養(yǎng)能夠解決嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域具體應(yīng)用問(wèn)題且具備的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行等實(shí)踐動(dòng)手能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，為深入開(kāi)展嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的后續(xù)科研開(kāi)發(fā)奠定良好基礎(chǔ)。

對(duì)于選修“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程的學(xué)生，要求其具備電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)組成原理、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、軟件技術(shù)基礎(chǔ)等課程的先修基礎(chǔ)。在課程體系的組織上，重點(diǎn)熟悉嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和基于ARM9處理器的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)；掌握嵌入式操作系統(tǒng)的內(nèi)部原理及嵌入式Linux系統(tǒng)的裁剪、編譯與移植技術(shù)；學(xué)習(xí)嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立和嵌入式Linux應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)與調(diào)試過(guò)程；嘗試常用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)和嵌入式圖形用戶(hù)界面的編程；最終使學(xué)生具備獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)較為完整的嵌入式系統(tǒng)的初步能力。[5]

根據(jù)美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)IEEE的定義，嵌入式系統(tǒng)即為用于控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機(jī)器或者工廠運(yùn)行的裝置。[6]嵌入式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是軟、硬件結(jié)合，面向應(yīng)用；嵌入性、專(zhuān)用性和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素。[7]因此，“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是一門(mén)綜合性、實(shí)踐性以及應(yīng)用性都較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)任選課，必須通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、科技競(jìng)賽等環(huán)節(jié)進(jìn)一步加深對(duì)課堂理論內(nèi)容的理解，才能將理論知識(shí)與實(shí)踐應(yīng)用有機(jī)地融合起來(lái)。

二、建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是一門(mén)融合了多學(xué)科內(nèi)容的綜合性課程，所授課程涉及的知識(shí)面廣泛，課堂信息量較大。[8]但作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課程，受制于培養(yǎng)計(jì)劃的限制，課內(nèi)理論講授及實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)都較少，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)教師要盡可能地使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)更多的內(nèi)容。此外，近年來(lái)選課學(xué)生人數(shù)還在持續(xù)增多，大班額導(dǎo)致教學(xué)效果變差的問(wèn)題也越來(lái)越突出。傳統(tǒng)的板書(shū)或投影儀授課方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足該課程理論密切聯(lián)系實(shí)踐的講授需要。

筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)研討試講后，決定充分利用河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的硬件資源建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行教學(xué)模式改革探索。利用實(shí)驗(yàn)室電腦以及“電子教室”多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，教師使用一臺(tái)教師機(jī)進(jìn)行集中講授，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室近在咫尺的幾十臺(tái)網(wǎng)絡(luò)終端旁即可實(shí)現(xiàn)理論授課及實(shí)驗(yàn)講解的全程可視化。利用“電子教室”的遠(yuǎn)程傳輸功能，教師可以在實(shí)驗(yàn)課前將相關(guān)的課件、指導(dǎo)書(shū)等各種電子資源快速分發(fā)給學(xué)生機(jī)；通過(guò)“電子教室”的廣播演示功能即可將實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一般性問(wèn)題清晰準(zhǔn)確地講解給學(xué)生；講解或?qū)嶒?yàn)過(guò)程中學(xué)生甚至可以通過(guò)“電子舉手”等對(duì)話功能將所遇到的問(wèn)題反映給教師，隨時(shí)向教師提問(wèn)。將傳統(tǒng)講堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)雖然增加了教師的課前準(zhǔn)備時(shí)間和課堂工作量，但是大大提高了有限課堂時(shí)間內(nèi)的授課效率。授課方式變得活潑生動(dòng)，學(xué)生對(duì)授課及實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的掌握程度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)板書(shū)或投影儀授課方式。

三、開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，嵌入式工程技術(shù)人才的培養(yǎng)也離不開(kāi)實(shí)踐環(huán)節(jié)的鍛煉?！扒度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)”課程是一門(mén)強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用的課程，學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐鍛煉才能真正了解嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，掌握嵌入式驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的主要過(guò)程。[9]高校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式一般采用填鴨式教學(xué)。在教師講解實(shí)驗(yàn)大綱后，學(xué)生根據(jù)其中的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)。學(xué)生缺乏主觀能動(dòng)性，難以滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)課程開(kāi)設(shè)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的需要，無(wú)法真正激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)其實(shí)踐動(dòng)手能力。

為了解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，必須要進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。為此，實(shí)驗(yàn)室籌措經(jīng)費(fèi)大力改進(jìn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，購(gòu)置了多套典型的周立功EasyARM2131開(kāi)發(fā)套件、博創(chuàng)UP-NETARM2410-S嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及UP-ICE200仿真器、擴(kuò)展板、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、嵌入式操作系統(tǒng)、仿真軟件等配套軟硬件，為嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了良好的條件。另一方面，在實(shí)驗(yàn)組織形式上采用了開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供了優(yōu)良的硬件設(shè)施和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)課前教師根據(jù)近期所講授的理論知識(shí)制訂部分小型項(xiàng)目課題，學(xué)生可從中選題或自帶課題。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的思想作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)切入點(diǎn)，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式促使學(xué)生分模塊、分任務(wù)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析；引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的嵌入式軟硬件開(kāi)發(fā)方法實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目提出的軟硬件開(kāi)發(fā)目標(biāo)或解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。指導(dǎo)教師注意在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予學(xué)生必要的指導(dǎo)并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行總結(jié)點(diǎn)評(píng)。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的對(duì)比驗(yàn)證，開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)中心，充分發(fā)揮、調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一次有益嘗試。

四、教材和師資隊(duì)伍建設(shè)

1.課程教材建設(shè)

教材是課程資源的載體和媒介，在教學(xué)活動(dòng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的核心作用。[10]國(guó)內(nèi)高校嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的開(kāi)設(shè)時(shí)間較短，開(kāi)課較早的清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校嵌入式系統(tǒng)的授課歷史也只有十年左右。此外，嵌入式系統(tǒng)一般都是“軟硬結(jié)合”，授課內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)室中嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所用的微處理器類(lèi)型密切相關(guān)，因此市場(chǎng)上很難找到合適的嵌入式系統(tǒng)課程通用教材。經(jīng)過(guò)歷年的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐探索，筆者迫切感覺(jué)到該課程教材建設(shè)的重要性。

為此，自嵌入式系統(tǒng)開(kāi)課之初，筆者就結(jié)合所選的嵌入式硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)編寫(xiě)了《嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》等校內(nèi)講義。在歷經(jīng)多次試用、補(bǔ)充、修改完善并總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，筆者所在的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極籌劃高水平教材的建設(shè)，組織優(yōu)秀師資力量編寫(xiě)了《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，并已被列入“普通高等教育電氣工程與自動(dòng)化（應(yīng)用型）‘十二五’規(guī)劃教材”和“河南工業(yè)大學(xué)校級(jí)規(guī)劃教材”的編寫(xiě)計(jì)劃。該教材堅(jiān)持“基本理論適度、注重工程應(yīng)用”的基本原則，在介紹嵌入式系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)基本方法的基礎(chǔ)上著重實(shí)踐嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程。該配套教材重視知識(shí)更新和實(shí)用性，具有較強(qiáng)的學(xué)科前沿性和針對(duì)性；同時(shí)文后增加了工程設(shè)計(jì)實(shí)例，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中做到理論知識(shí)與實(shí)踐技能的融會(huì)貫通，可有效提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度和實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.師資隊(duì)伍建設(shè)

開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革對(duì)師資隊(duì)伍的建設(shè)提出了全新的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相比，教師課前要布置并不斷更新貼近實(shí)際應(yīng)用的開(kāi)放式項(xiàng)目課題；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)涌現(xiàn)出來(lái)的各種問(wèn)題及時(shí)給予解答、指導(dǎo)；由于嵌入式技術(shù)的快速更新，教師在課余也要不斷了解嵌入式系統(tǒng)的最新技術(shù)信息。“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等系列課程的教學(xué)需要有一支基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的教師隊(duì)伍。因此，學(xué)院抽調(diào)精干師資力量組建了嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。一方面督促教師不斷提高自己的業(yè)務(wù)素質(zhì)，鼓勵(lì)教師多次參加北京博創(chuàng)科技、北京旋極信息等業(yè)內(nèi)知名公司組織的培訓(xùn)、講座；另一方面也提倡教師積極參與嵌入式相關(guān)的企業(yè)橫向課題的研發(fā)工作，提升教師自身的研發(fā)能力。這些措施使得嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)的業(yè)務(wù)素質(zhì)和授課水平有了較大的提高。

五、結(jié)語(yǔ)

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”選修課程自2007年開(kāi)設(shè)以來(lái)，選課人數(shù)不斷增加并獲得了學(xué)生的好評(píng)。隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展和社會(huì)對(duì)嵌入式研發(fā)人才要求的不斷提高，電氣工程學(xué)院嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)十分重視嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)研究和教學(xué)改革，相繼榮獲河南省教育科學(xué)研究?jī)?yōu)秀成果一等獎(jiǎng)、河南省素質(zhì)教育理論與實(shí)踐教育教學(xué)一等

（下轉(zhuǎn)第38頁(yè)）

（上接第36頁(yè)）

獎(jiǎng)并培養(yǎng)學(xué)生獲得多個(gè)國(guó)家級(jí)大學(xué)生科技競(jìng)賽的獎(jiǎng)勵(lì)。在以往多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊(duì)積極改革教學(xué)方法，采用多種教學(xué)手段，使學(xué)生掌握好嵌入式系統(tǒng)理論基礎(chǔ)的同時(shí)真正做到了理論聯(lián)系實(shí)踐和學(xué)以致用，為后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)和嵌入式系統(tǒng)課題的研發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。

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篇4

（大連交通大學(xué) 軟件學(xué)院，遼寧 大連116028）

摘 要：分析嵌入式系統(tǒng)教學(xué)相關(guān)課程和嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)的基本內(nèi)涵，提出以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心課程來(lái)建設(shè)嵌入式系統(tǒng)課程群，整合優(yōu)化嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞 ：嵌入式；課程群；優(yōu)化融合；教學(xué)體系

基金項(xiàng)目：2013年大連交通大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目(DJDJG201345)；2014年遼寧省普通高等學(xué)校本科教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(UPRP20140299)。

第一作者簡(jiǎn)介：鄭廣海，男，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)應(yīng)用、Agent技術(shù)，zhmos@163.com。

0 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)及通信技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)如今成了焦點(diǎn)的應(yīng)用技術(shù)之一。嵌入式無(wú)處不在，隨著嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)投入大量資金對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，引發(fā)了對(duì)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)人才需求的增長(zhǎng)。嵌入式系統(tǒng)本身需要軟硬件技術(shù)的緊密結(jié)合，開(kāi)發(fā)難度較大，面臨著重大的變革，這是嵌入式系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)面臨的新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)。

1 嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)體系

嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)目標(biāo)是共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，以使更廣泛的群體受益，堅(jiān)持創(chuàng)新教育理念，堅(jiān)持以學(xué)生為本，依托軟件工程學(xué)科特色，改革嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段，促使學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)結(jié)構(gòu)。

1.1 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)具有嵌入性、專(zhuān)用性和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三個(gè)基本要素[1]。它涉及微處理器、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以及高性能計(jì)算等基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，涉及嵌入式系統(tǒng)的高可靠性、低功耗以及安全性、性能優(yōu)化等基礎(chǔ)知識(shí)。嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐性強(qiáng)，不僅要求學(xué)生有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要求他們有很強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)具有如下特點(diǎn)：①嵌入式系統(tǒng)課程具有多學(xué)科交叉性，融合了計(jì)算機(jī)、通信以及微電子技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)及應(yīng)用；②嵌入式系統(tǒng)課程具有綜合性，是集軟硬件技術(shù)為一體的綜合體，需要協(xié)同設(shè)計(jì)軟硬件課程；③嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐性極強(qiáng)，需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、學(xué)科競(jìng)賽、科研項(xiàng)目等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。

1.2 課程群教學(xué)體系構(gòu)建

課程群建設(shè)是一組課程的整體建設(shè)，各課程所面對(duì)的教育對(duì)象是一樣的，因此，課程群的課程內(nèi)容具有相關(guān)性，課程群建設(shè)考慮課程集合整體的系統(tǒng)性建設(shè)，而不是考慮每門(mén)課程的個(gè)體特征[2]。課程群的課程集合具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性和可整合性，課程內(nèi)容相輔相成，有課程之間的銜接，也有課程內(nèi)容的交叉。課程群整體建設(shè)是以單獨(dú)每門(mén)課程建設(shè)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)課程群課程集合的優(yōu)化，以及課程的整合與重組，優(yōu)化資源配置，充分發(fā)揮課程群每門(mén)課程的特有作用，綜合考慮課程之間的內(nèi)在邏輯性，構(gòu)建知識(shí)、能力和素質(zhì)一體化的人才培養(yǎng)模式。在選擇課程群建設(shè)的課程時(shí)，要充分考慮培養(yǎng)方案中在知識(shí)點(diǎn)、技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)方法等方面存在邏輯聯(lián)系的課程，通過(guò)優(yōu)化整合，形成課程群的課程體系。

嵌入式系統(tǒng)課程群經(jīng)歷了幾年的建設(shè)和優(yōu)化，逐步完成由初期啟動(dòng)階段到基礎(chǔ)建設(shè)階段的過(guò)渡，最終邁進(jìn)創(chuàng)新提高階段。在課程群的建設(shè)過(guò)程中，我們始終堅(jiān)持以穩(wěn)定為主旋律，在一定時(shí)期保持課程群教學(xué)內(nèi)容的相對(duì)穩(wěn)定，從深度和廣度上對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)新改革，不斷將反映學(xué)科發(fā)展的新趨勢(shì)、研究成果等新的知識(shí)點(diǎn)加入到教學(xué)中；采用“理論+實(shí)踐+應(yīng)用”的全新教學(xué)思路，以課程群理論教學(xué)為建設(shè)基礎(chǔ)，依托課程群創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，形成嵌入式課程群全新的教學(xué)體系[3]。嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，包括理論教學(xué)體系、實(shí)踐教學(xué)體系和教學(xué)評(píng)價(jià)體系3部分。

1.2.1 課程群理論教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)所涉及的知識(shí)面非常廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域眾多，因此課程群建設(shè)在選擇課程時(shí)，應(yīng)該從嵌入式系統(tǒng)的底層硬件知識(shí)，考慮到頂層應(yīng)用開(kāi)發(fā)，根據(jù)嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求，保證嵌入式專(zhuān)業(yè)的主體規(guī)格，增強(qiáng)課程群理論課程的優(yōu)化融合。通過(guò)精心選擇、重組課程群的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，充實(shí)新知識(shí)點(diǎn)到課程群中，完成課程群教學(xué)內(nèi)容整體優(yōu)化整合。

在課程群體系框架下，我們要設(shè)計(jì)學(xué)生應(yīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)和創(chuàng)新能力發(fā)展要求，按照最優(yōu)選擇原則，對(duì)課程群的課程集完成裁剪、歸并、整合優(yōu)化、內(nèi)容更新，構(gòu)建完整的、系列化的課程群理論教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

我們以“教育部—Intel”精品課嵌入式Linux操作系統(tǒng)課程為核心，圍繞精品課建設(shè)，示范引導(dǎo)，建立嵌入式系統(tǒng)課程群教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。課程群理論課程包括C/C++程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理與接口技術(shù)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、ARM體系結(jié)構(gòu)與編程等6門(mén)課程。

C/C++程序設(shè)計(jì)是程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課程。C++由C語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)，可用于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，也可用于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，是嵌入式系統(tǒng)常用的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的最佳選擇。計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)課程深入剖析計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)部工作機(jī)制，是掌握計(jì)算機(jī)內(nèi)部世界的重要課程。微機(jī)原理與接口技術(shù)系統(tǒng)地闡述了微處理器的基本原理、體系結(jié)構(gòu)以及指令系統(tǒng)等知識(shí)。嵌入式Linux操作系統(tǒng)是課程群的核心課程之一，講述CPU調(diào)度、內(nèi)存管理以及外設(shè)管理等理論知識(shí)。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)也是課程群的核心課程之一，它綜合了多門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容，講授嵌入式軟硬件環(huán)境及開(kāi)發(fā)流程。ARM體系結(jié)構(gòu)與編程課程重點(diǎn)講解微處理器ARM內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、中斷管理、常用的外圍接口等嵌入式硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)和技術(shù)。

課程群建設(shè)要有整體全局觀念，對(duì)課程群進(jìn)行整體統(tǒng)籌優(yōu)化，整合課程群理論知識(shí)體系，融合不同課程的知識(shí)點(diǎn)，要確保課程之間的無(wú)縫銜接，形成完整的課程群理論課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。課程群整體優(yōu)化整合，要充分發(fā)揮嵌入式系統(tǒng)課程群的特色和整體優(yōu)勢(shì)。

1.2.2 課程群實(shí)踐教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)是課程群教學(xué)體系的重要組成部分，是提升學(xué)生綜合素質(zhì)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[4-7]，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐探索，嵌入式系統(tǒng)課程群的實(shí)踐教學(xué)體系由1個(gè)中心、3個(gè)教學(xué)層次和4個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)組成[3]，體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

3個(gè)層次的實(shí)踐教學(xué)包括：

（1）基礎(chǔ)實(shí)踐層，是課程群理論課程的課內(nèi)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，通過(guò)這層教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以加深領(lǐng)會(huì)和掌握所學(xué)理論知識(shí)。

（2）綜合實(shí)踐層，是課程群的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，主要是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，引導(dǎo)學(xué)生綜合理解嵌入式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，提高綜合運(yùn)用課程群知識(shí)的能力。

（3）創(chuàng)新實(shí)踐層，以創(chuàng)新為目的，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)、學(xué)科競(jìng)賽和科學(xué)研究項(xiàng)目等創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

3個(gè)實(shí)踐教學(xué)層需要通過(guò)如下4個(gè)具體的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)完成：

（1）課內(nèi)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，是與理論教學(xué)相配合的必要環(huán)節(jié)，通過(guò)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化重點(diǎn)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步鞏固課堂講授的理論知識(shí)，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，提高學(xué)生處理問(wèn)題的能力。

（2）實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，是與企業(yè)合作，根據(jù)企業(yè)崗位技能要求，按照企業(yè)對(duì)員工的知識(shí)、技能和綜合素質(zhì)等方面的要求，構(gòu)建基于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)流程的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)工作環(huán)境，在企業(yè)項(xiàng)目經(jīng)理團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下，學(xué)生在企業(yè)化情境中開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。

（3）畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，是實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行整合運(yùn)用，具有綜合性和總結(jié)性，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要環(huán)節(jié)。

（4）學(xué)科競(jìng)賽及科學(xué)研究環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的最有效途徑。

2 課程群教學(xué)內(nèi)容的融合

2.1 課程群建設(shè)

課程群是一類(lèi)相關(guān)課程的集合，以現(xiàn)代教育理念和理論為指導(dǎo)，選取培養(yǎng)方案中相互有影響、課程內(nèi)容聯(lián)系密切、課程之間互動(dòng)有序的相關(guān)課程，重新規(guī)劃并整合成一個(gè)整體，構(gòu)成課程群[8]。課程群建設(shè)是對(duì)課程集的再設(shè)計(jì)，對(duì)課程集中課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解與融合，有效結(jié)合了課程體系的開(kāi)發(fā)和課程建設(shè)的實(shí)施過(guò)程[9]。

采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，實(shí)施嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)，將課程群作為一個(gè)整體進(jìn)行優(yōu)化融合，課程群的融合充分反映課程教學(xué)特色和優(yōu)勢(shì)。我們將嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的這6門(mén)課程統(tǒng)一進(jìn)行優(yōu)化整合，不再考慮每門(mén)課程內(nèi)容的系統(tǒng)性，超越系統(tǒng)性約束，調(diào)整6門(mén)課程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)這6門(mén)課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化重組，刪除在不同課程中重復(fù)出現(xiàn)的內(nèi)容，緊隨嵌入式學(xué)科發(fā)展，淘汰陳舊過(guò)時(shí)的知識(shí)，適當(dāng)增加新技術(shù)和新知識(shí)。同樣，課程群的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了優(yōu)化整合，針對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容交叉重疊，多重視驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而忽略綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等問(wèn)題。在大量教學(xué)改革研究與實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我們對(duì)6門(mén)課程實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)及培養(yǎng)計(jì)劃等進(jìn)行優(yōu)化整合，增加綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃及教學(xué)大綱等的再設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了課程群知識(shí)體系的優(yōu)化與重構(gòu)。

2.2 理論課程的融合

課程群建設(shè)以群為單位，其教學(xué)過(guò)程具有整體性要求，教學(xué)內(nèi)容模塊化，課程群內(nèi)課程之間相互滲透，經(jīng)過(guò)優(yōu)化整合，更能發(fā)揮群體課程的優(yōu)勢(shì)。

嵌入式課程群以精品課嵌入式Linux操作系統(tǒng)為核心，選擇屬于同一能力培養(yǎng)范疇的課程，整合了C/C++程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)等6門(mén)相關(guān)課程構(gòu)成課程群，這些課程具有一定的相對(duì)獨(dú)立性，而課程內(nèi)容縱向具有前導(dǎo)和后繼關(guān)系，橫向存在知識(shí)結(jié)構(gòu)上的內(nèi)在聯(lián)系，各門(mén)課程合理分工，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)化的有機(jī)整體。

我們理清課程群課程之間的關(guān)系，確定課程群的理論和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建課程群體系架構(gòu)。如嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)課程需要軟硬件的緊密結(jié)合，涉及硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等相關(guān)課程的內(nèi)容，對(duì)課程群的課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化融合，課程群以ARM為硬件平臺(tái)， Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，將Linux內(nèi)核移植到ARM硬件平臺(tái)上，在這樣的軟硬件平臺(tái)上，使用C/C++開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)。

課程融合突破了課程之間的壁壘，沒(méi)有了學(xué)科、課程的界限，是實(shí)現(xiàn)了課程群共融的教學(xué)活動(dòng)。課程群整合，優(yōu)化配置了教學(xué)資源，促進(jìn)多課程間交叉、滲透、融合與創(chuàng)新，加強(qiáng)課程群內(nèi)涵建設(shè)，改革創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)課程群跨越式發(fā)展。

2.3 實(shí)踐課程的融合

嵌入式系統(tǒng)課程實(shí)踐性強(qiáng)，根據(jù)嵌入式專(zhuān)業(yè)發(fā)展要求以及人才培養(yǎng)的需求，密切聯(lián)系理論教學(xué)，并緊跟嵌入式學(xué)科的發(fā)展，重構(gòu)課程群實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。整合嵌入式系統(tǒng)課程群實(shí)踐教學(xué)課程，實(shí)現(xiàn)課程群實(shí)踐課程合理分工，保證課程群實(shí)踐課程之間的緊密銜接，優(yōu)化整合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加具有創(chuàng)新性的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)展多層次遞進(jìn)式的嵌入式課程群實(shí)踐教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐能力為主線，優(yōu)化整合課程群的實(shí)踐教學(xué)資源和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，形成多層次、多環(huán)節(jié)的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

整合課程群實(shí)踐教學(xué)資源，優(yōu)化了實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)的改造與創(chuàng)新。融合構(gòu)建嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)，融合就是裁剪重復(fù)性實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，整合相關(guān)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，增加設(shè)計(jì)性實(shí)踐和創(chuàng)新性實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)嵌入式實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目的重構(gòu)與再造。我們按照嵌入式系統(tǒng)培養(yǎng)方案中對(duì)實(shí)踐技能的要求，梳理和整合實(shí)踐教學(xué)需要的實(shí)踐技術(shù)，形成“1個(gè)中心，3個(gè)層次和4個(gè)環(huán)節(jié)”的實(shí)踐教學(xué)體系；按照教育教學(xué)規(guī)律，遵循個(gè)性特點(diǎn)，促進(jìn)理論知識(shí)與實(shí)踐能力的轉(zhuǎn)化，逐步將科研新成果以及最新實(shí)踐技能和應(yīng)用引入到實(shí)踐教學(xué)中。如“C/C++程序設(shè)計(jì)”課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在其他課程都有體現(xiàn)，我們將程序設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)融合到課程群的其他5門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)電子大賽等學(xué)科競(jìng)賽設(shè)置創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，將教師的科學(xué)研究過(guò)程引入到課堂。通過(guò)這些改革措施，實(shí)踐教學(xué)體系中融合了創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生學(xué)到了實(shí)踐技術(shù)，也了解了科研成果的創(chuàng)新實(shí)踐過(guò)程，更激發(fā)了學(xué)生探索科學(xué)事實(shí)的激情。

3 課程群教學(xué)改革探索

3.1 課程改革緊隨學(xué)科發(fā)展

課程群理論課程主要講解嵌入式相關(guān)知識(shí)的基本概念、原理和方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及微電子技術(shù)的發(fā)展，課程群建設(shè)密切結(jié)合嵌入式系統(tǒng)新技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和方向，以基礎(chǔ)共性的新方法與新技術(shù)為切入點(diǎn)，將嵌入式新方法與新技術(shù)的前瞻性知識(shí)引入課程群理論教學(xué)中。我們?cè)诶碚撜n程中先后引入微控制器、可編程計(jì)算、多核和虛擬化等知識(shí)；通過(guò)案例分析和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將Intel處理器技術(shù)融入現(xiàn)有軟硬件課程體系中；嵌入式Linux操作系統(tǒng)課程內(nèi)容增加Android知識(shí)等。

要保證專(zhuān)業(yè)知識(shí)與技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用同步，就要與時(shí)俱進(jìn)地將學(xué)科研究的新成果引入課程群，及時(shí)更新課程群的教學(xué)內(nèi)容。我們高度重視課程群實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，改革實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容和形式，逐步增加綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)踐，創(chuàng)造條件讓學(xué)生參與科研活動(dòng)，以提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

及時(shí)修訂和調(diào)整培養(yǎng)方案，使課程群教學(xué)內(nèi)容始終保持其先進(jìn)性和適應(yīng)性，能夠反映嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，借鑒國(guó)內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的先進(jìn)理念和教學(xué)成果，改革創(chuàng)新，提高教學(xué)質(zhì)量。

3.2 強(qiáng)化能力培養(yǎng)，優(yōu)化教學(xué)方法及手段

嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)如果繼續(xù)采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，已不能適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)要求。嵌入式系統(tǒng)課程群改革圍繞創(chuàng)新教學(xué)理念，課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)嘗試采用多元化教學(xué)手段，注重使用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，堅(jiān)持學(xué)科優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)化特色教學(xué)，保持并改進(jìn)具有特色的教學(xué)模式、教學(xué)方法及教學(xué)手段，結(jié)合素質(zhì)教育和人文教育，探索適合嵌入式課程群的創(chuàng)新教學(xué)模式。我們采用啟發(fā)式教學(xué)，充分開(kāi)發(fā)學(xué)生智力，啟迪學(xué)生智慧，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維；采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，可以提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和應(yīng)用能力；依托學(xué)科競(jìng)賽和科學(xué)研究，促進(jìn)課程群教學(xué)改革。通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研合作培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，廣泛開(kāi)展學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)、學(xué)生科研訓(xùn)練和科技活動(dòng)，積極引導(dǎo)學(xué)生參加研究實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐的緊密結(jié)合。

3.3 改革評(píng)價(jià)方式，考核教學(xué)效果

課程考核是檢查和評(píng)價(jià)教與學(xué)效果的主要手段，是對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握程度、綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行的綜合評(píng)定。我們通過(guò)課程考核，及時(shí)反饋評(píng)價(jià)結(jié)果，跟蹤分析教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)創(chuàng)新課程群教學(xué)模式，改進(jìn)、調(diào)整課程群教學(xué)方式，更好地提高教學(xué)效果。課程考核的另外一個(gè)作用是在一定程度上引導(dǎo)了課程群教學(xué)改革。

課程群評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)遵循多元化考核、考核辦法全程化、考核方式多樣化、考核內(nèi)容綜合化、考核成績(jī)合理化、考核反饋經(jīng)?；⒔⒖己朔答仚C(jī)制等原則。

課程群的考核評(píng)價(jià)體系包括3個(gè)方面的評(píng)價(jià)：

（1）教師教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)（40%）：包括以下考核內(nèi)容：出勤占10%，網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)記錄、課堂討論、課外書(shū)面作業(yè)、隨堂測(cè)試和學(xué)期小組活動(dòng)5項(xiàng)，每項(xiàng)占6%。

（2）實(shí)踐教學(xué)考核（30%）：實(shí)踐教學(xué)劃分為3層次，包括基礎(chǔ)實(shí)踐層、綜合實(shí)踐層和創(chuàng)新實(shí)踐層，每層次實(shí)踐教學(xué)的評(píng)定占10%。

（3）期末試卷測(cè)試（30%）：期末測(cè)試采取定量評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)的方式，具有較強(qiáng)的操作性和實(shí)用性，占30%。

3.4 注重隊(duì)伍建設(shè)，提高育人水平

課程群建設(shè)的主體是教師，教師是教學(xué)活動(dòng)的組織者，學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量主要取決于教師的教學(xué)水平和科研水平。師資隊(duì)伍是課程群建設(shè)的基本保證，師資隊(duì)伍應(yīng)該具有對(duì)課程群內(nèi)容進(jìn)行融合的能力，這要求教師要掌握課程群的多門(mén)課程內(nèi)容，這樣才能做好課程群內(nèi)容的融合，參加課程群建設(shè)的教師需要通過(guò)各種方式提高素質(zhì)，從而加強(qiáng)師資隊(duì)伍的整體建設(shè)，促進(jìn)課程群的建設(shè)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)應(yīng)圍繞課程群進(jìn)行，通過(guò)引進(jìn)、進(jìn)修培養(yǎng)等手段，構(gòu)建年齡、職稱(chēng)、學(xué)緣等結(jié)構(gòu)合理，具有較高的理論素養(yǎng)和科研能力的課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)。課程群建設(shè)需要不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)隊(duì)伍，逐步形成教學(xué)與科研的良性互動(dòng)局面。

4 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的改革創(chuàng)新與實(shí)踐，從單一課程到課程群建設(shè)的發(fā)展，課程群知識(shí)結(jié)構(gòu)從廣度到深度上都有創(chuàng)新，課程間的教學(xué)內(nèi)容銜接趨向合理，去除冗余知識(shí)，增加新的知識(shí)；通過(guò)強(qiáng)化課程之間的聯(lián)系，完成課程內(nèi)容的融合與分解、整合優(yōu)化，構(gòu)建基于精品課嵌入式Linux操作系統(tǒng)的嵌入式課程群教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

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篇5

本文提出了實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)的基本思想-加深理解理論原理，與工程實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)安排了實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，提出以學(xué)生為主體，教師僅起引導(dǎo)作用的實(shí)踐課程的組織方式，以綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主的開(kāi)放式考核方法。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐性教學(xué)活動(dòng)；綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)；開(kāi)放式考核

【中圖分類(lèi)號(hào)】G640

1、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)思想

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容本著“加深理解理論原理，與工程實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新能力”設(shè)計(jì)思想進(jìn)行編排，提高研究性、探索性、綜合性實(shí)驗(yàn)的比例，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，掌握相關(guān)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程知識(shí)結(jié)構(gòu)示意圖

2、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，它在培養(yǎng)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能、強(qiáng)化概念、提高觀察、分析和解決問(wèn)題的能力方面具有獨(dú)到之處。實(shí)驗(yàn)類(lèi)型分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三類(lèi)。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分類(lèi)表

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 描述 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 選作實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立 交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立（包括宿主平臺(tái)及目標(biāo)平臺(tái)的軟硬件配置，軟件工具的安裝配置，硬件線路的布局與物流連接，邏輯連接等），掌握開(kāi)發(fā)工具的基本使用，熟悉嵌入式軟件運(yùn)行的載體嵌入式目標(biāo)平臺(tái) √

嵌入式微處理器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 包括匯編指令實(shí)驗(yàn)、C語(yǔ)言程序?qū)嶒?yàn)及C語(yǔ)言調(diào)用匯編實(shí)驗(yàn)、GPIO輸入/輸出實(shí)驗(yàn)、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、脈寬調(diào)制PWM實(shí)驗(yàn)、 模擬比較器、看門(mén)狗實(shí)驗(yàn)、ADC數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn) √

嵌入式微處理器通信總線實(shí)驗(yàn) UART異步通信實(shí)驗(yàn)、互聯(lián)IC總線實(shí)驗(yàn)、同步串口通信實(shí)驗(yàn)、CAN現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)驗(yàn)、以太網(wǎng)通信實(shí)驗(yàn) √

嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn) 嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS操作系統(tǒng)的基本管理功能的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，包括任務(wù)管理、任務(wù)的設(shè)計(jì)、信號(hào)量機(jī)制、消息隊(duì)列、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)及解決策略、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理等，要求學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)的基本原理、特點(diǎn)與使用方法 √

嵌入式系統(tǒng)硬件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn) 開(kāi)發(fā)板初始化、系統(tǒng)自舉（BOOT LODER）、人機(jī)接口驅(qū)動(dòng)（鍵盤(pán)、LED顯示、LCD顯示）、音頻視頻接口、PWM電機(jī)控制等 √

嵌入式系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn) 源代碼開(kāi)放操作系統(tǒng)（uC/OS-II）的移植實(shí)驗(yàn)、移植操作系統(tǒng)到LM3S8962 √

嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用綜合實(shí)驗(yàn) 電腦自動(dòng)打鈴器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、基于CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的數(shù)據(jù)采集模塊以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集模塊 √

嵌入式系統(tǒng)中間件應(yīng)用實(shí)驗(yàn) ZLG/GUI（圖形用戶(hù)界面）開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn) √

嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn) 基于開(kāi)源軟件的應(yīng)用軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、逆變電源制作、IEEE國(guó)際電腦鼠跑迷宮競(jìng)賽、“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能車(chē)競(jìng)賽等 √

3、實(shí)踐時(shí)間和方式

上述實(shí)踐內(nèi)容由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，僅靠課內(nèi)時(shí)間難以完全實(shí)現(xiàn)。本著“充分發(fā)揮個(gè)人的學(xué)習(xí)潛力，目標(biāo)動(dòng)態(tài)差異化管理，讓優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出”的理念，實(shí)踐課分為四個(gè)階段，即實(shí)驗(yàn)課階段、課外實(shí)驗(yàn)階段、課程設(shè)計(jì)階段和項(xiàng)目綜合實(shí)訓(xùn)階段。

4、實(shí)踐課程組織形式

在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生為主體，教師僅起引導(dǎo)作用，教師通過(guò)和企業(yè)聯(lián)系與企方工程師共同提出研究的課題和方向，教師提供大量的信息資源（包括網(wǎng)上的和教職工共同采集的），指導(dǎo)學(xué)生做出自己的決定并保持足夠的目標(biāo)持續(xù)學(xué)習(xí)。鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題。實(shí)踐課程組織形式如圖2所示。

圖2 實(shí)踐課程組織形式示意圖

5、教師指導(dǎo)方法

⑴常規(guī)的理論驗(yàn)證和設(shè)備操作實(shí)驗(yàn)，提供1臺(tái)/1～2人的操作儀器在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

⑵對(duì)實(shí)驗(yàn)難度較大的實(shí)驗(yàn)，教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)講解，學(xué)生以3人小組共同討論，使用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行e-learning學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式的時(shí)空界限，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，自己做決定；在教師的指導(dǎo)下制定工作計(jì)劃，以保證學(xué)生能夠順利地完成實(shí)踐項(xiàng)目。

⑶設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，預(yù)先將實(shí)驗(yàn)題目告訴學(xué)生，要求學(xué)生查閱資料，根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)出具體的實(shí)驗(yàn)步驟，然后和教師一同討論、分析，使學(xué)生的綜合分析能力得到提高。

⑷創(chuàng)新實(shí)踐的指導(dǎo)方式采用教師講解和啟發(fā)式討論相結(jié)合的教學(xué)方式，盡量做到理論聯(lián)系實(shí)際，教會(huì)他們解決問(wèn)題的方法，幫助他們?cè)诔霈F(xiàn)分歧時(shí)加強(qiáng)溝通，融知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)探索的愿望。

6、考試方法與考核內(nèi)容

傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式的考試方式還是停留在紙張上，可以說(shuō)是“一紙定成績(jī)，一紙定能力”的不合理方式。助長(zhǎng)死記硬背的應(yīng)試教育模式，不能夠準(zhǔn)確反映學(xué)生的應(yīng)用知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本門(mén)課程的實(shí)踐教學(xué)考試方式根據(jù)需要進(jìn)行了全面改革，以綜合性項(xiàng)目設(shè)計(jì)為主的開(kāi)放式考核方法，考核內(nèi)容包括“設(shè)計(jì)、制作、編程、調(diào)試與文檔寫(xiě)作”等，學(xué)生通過(guò)考核就相當(dāng)于參與了一個(gè)項(xiàng)目的研發(fā)過(guò)程。這樣的考核方法既鍛煉了學(xué)生的技術(shù)水平與多方面的能力，又起到融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)的作用。

開(kāi)放式考核是衡量學(xué)生能力的好方式，學(xué)生不需要死記硬背，注重知識(shí)應(yīng)用與分析、解決問(wèn)題的能力，因此考試不再是單純的考試，它也是綜合應(yīng)用的學(xué)習(xí)過(guò)程，促進(jìn)了學(xué)生的能力培養(yǎng)。通過(guò)分析考試結(jié)果不僅較準(zhǔn)確的反映了學(xué)生的應(yīng)用知識(shí)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也反饋教師的教學(xué)效果與不足，達(dá)到以考促學(xué)、以考促教的目的。考試組織形式見(jiàn)圖3 。

圖3 開(kāi)放式考試組織形式圖

7、實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的教學(xué)效果

篇6

嵌入式系統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容較為寬泛，其中主要包括嵌入式硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。嵌入式軟、硬件設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容的選取原則應(yīng)是適合本科生學(xué)習(xí)、與課程學(xué)時(shí)匹配、并具有較好的課堂展示效果。因此嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容的合理選取對(duì)課程授課效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起著至關(guān)重要的作用。

（一）嵌入式系統(tǒng)課程硬件設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的選取

嵌入式系統(tǒng)硬件是嵌入式系統(tǒng)的重要組成部分，是嵌入式系統(tǒng)與實(shí)際環(huán)境交互的載體，其性能的優(yōu)劣直接影響嵌入式系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性，決定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗，因此硬件設(shè)計(jì)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中處于十分重要位置。在嵌入式硬件教學(xué)中，嵌入式課程的首先需要向?qū)W生介紹嵌入式系統(tǒng)的硬件在系統(tǒng)中的作用，并以日常生活中常見(jiàn)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備為例（例如手機(jī)、MP3播放器等等）直觀的講解嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立嵌入式硬件系統(tǒng)的基本概念。在此基礎(chǔ)上，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)著重講授嵌入式系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)，從硬件體系結(jié)構(gòu)的三個(gè)層次給學(xué)生講解嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。

1.嵌入式處理器，它是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的運(yùn)行。嵌入式處理器選型原則是硬件設(shè)計(jì)的重要教學(xué)內(nèi)容之一，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)能引導(dǎo)學(xué)生了解處理器選型時(shí)應(yīng)考慮的因素，如處理器性能、價(jià)格以及可獲得的技術(shù)支持等等，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)種嵌入式處理器的特點(diǎn)和實(shí)際工程需要對(duì)處理器選型能力[3]，為其后續(xù)嵌入式硬件設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.嵌入式系統(tǒng)的電路，主要包括嵌入式系統(tǒng)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)端口、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路等等，其中，時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和系統(tǒng)電源電路為嵌入式系統(tǒng)最基本單元，具有這三個(gè)基本單元和處理器單元的系統(tǒng)即可正常工作，也稱(chēng)其為嵌入式最小系統(tǒng)。嵌入式課程應(yīng)能幫助學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)電路種類(lèi)、功能及其設(shè)計(jì)方法，建立嵌入式最小系統(tǒng)的概念。

3.嵌入式系統(tǒng)外部設(shè)備，主要是指嵌入式系統(tǒng)與真實(shí)環(huán)境交互的各種設(shè)備，包括外存儲(chǔ)設(shè)備（如FlashCard）、IO設(shè)備（如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等）、打印設(shè)備（如打印機(jī)）。在學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)硬件的三個(gè)層次的基礎(chǔ)上，嵌入式課程應(yīng)選擇一款適合課堂教學(xué)的處理器，并具體的講解嵌入式硬件的各個(gè)電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)目標(biāo)。嵌入式課程硬件教學(xué)在選擇處理器作為授課和研究對(duì)象時(shí)，應(yīng)該考慮應(yīng)用廣泛且學(xué)習(xí)難度較低的嵌入式微控制器。在眾多的嵌入式微處理器中，ST公司于2011年推出的基于Cortex-M4內(nèi)核的STM32F104微處理器具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、多媒體、精密儀器、家電等各個(gè)領(lǐng)域，STM32F104微處理器對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、直觀并且可獲取豐富的網(wǎng)絡(luò)支持的特點(diǎn)，因此本文以基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)為課程硬件教學(xué)內(nèi)容，介紹STM32F104微處理器的主要特性，如處理的主頻、字長(zhǎng)等，并以框圖形式介紹STM32F104微處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和片上的各個(gè)功能模塊，如片上內(nèi)存、片上AD和DA轉(zhuǎn)換器、各種通信接口等。同時(shí)，任課教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生如何閱讀芯片的英文數(shù)據(jù)手冊(cè)，掌握英文數(shù)據(jù)手冊(cè)的章節(jié)安排和閱讀方法，提高學(xué)生英文文獻(xiàn)的閱讀水平，并能從中快速獲取芯片的主要性能指標(biāo)。在嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)教學(xué)中，嵌入式課程必須著重強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的電源電路設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)以及時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。

嵌入式電源電路設(shè)計(jì)教學(xué)主要向?qū)W生介紹電源電路的兩種類(lèi)型，即線性電源和開(kāi)關(guān)電源，以及兩種電源電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理和各自特點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合，并在此基礎(chǔ)上向?qū)W生介紹2~3種常用的電源控制芯片，如線性電源常采用LM7805、AMS1117-3.3等線性穩(wěn)壓芯片，開(kāi)關(guān)電源則常采用LM2596、MP2359等開(kāi)關(guān)電源芯片，簡(jiǎn)單介紹各個(gè)電源芯片的主要參數(shù)，如輸入電壓范圍、輸出電流等參數(shù)等。嵌入式系統(tǒng)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)的課程教學(xué)主要向?qū)W生介紹兩種類(lèi)型的時(shí)鐘電路，即無(wú)源晶體和有源晶振電路，講解這兩種類(lèi)型時(shí)鐘的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合以及時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)的注意的事項(xiàng)，并用多媒體給出兩種類(lèi)型電路結(jié)構(gòu)，向?qū)W生分析電路中各個(gè)元件的作用。嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路教學(xué)需向?qū)W生介紹兩種類(lèi)型的嵌入式復(fù)位電路，即阻容式復(fù)位和專(zhuān)用復(fù)位芯片復(fù)位，介紹兩種電路的特點(diǎn)，同時(shí)介紹幾款常用的專(zhuān)用復(fù)位芯片(如MAX811)，讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法。如果說(shuō)嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的大腦，那么嵌入式系統(tǒng)的IO設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)的四肢，是和現(xiàn)實(shí)世界交互的設(shè)備，嵌入式系統(tǒng)IO設(shè)備的教學(xué)需引導(dǎo)學(xué)生建立嵌入式系統(tǒng)中IO設(shè)備的概念，并舉例說(shuō)明嵌入式系統(tǒng)常用的一些IO設(shè)備，如嵌入式顯示屏、鍵盤(pán)、打印機(jī)等。在IO設(shè)備的教學(xué)中，課程應(yīng)首先介紹IO設(shè)備與嵌入式處理器的接口技術(shù)，分別介紹并行接口和串行接口，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)接口類(lèi)型，并根據(jù)實(shí)際工程需要選擇不同接口類(lèi)型的IO設(shè)備，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生掌握各種接口的時(shí)序，并能夠熟悉幾種常用的接口類(lèi)型，如I2C、Intel式并行口、SPI等接口以及各種接口的數(shù)據(jù)傳輸速率和物理接線數(shù)目等。

（二）嵌入式課程軟件設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容的選取

嵌入式軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，與嵌入式硬件一起作為嵌入式設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，因此，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是嵌入式課程授課的重要內(nèi)容之一。嵌入式軟件教學(xué)應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)能力，向?qū)W生講解嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)，即嵌入式軟件可分為應(yīng)用程序、應(yīng)用程序接口、嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)各個(gè)軟件層次的把握。嵌入式軟件設(shè)計(jì)授課需要向?qū)W生講授各軟件層的功能與特點(diǎn)、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)所需要具備的先行課程知識(shí)，明確嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是嵌入式軟件的核心，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)軟件設(shè)計(jì)的分工。嵌入式課程應(yīng)能夠向?qū)W生介紹幾種目前較為流行的嵌入式操作系統(tǒng)，讓學(xué)生對(duì)目前常用的嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及其主要特點(diǎn)有所了解。目前，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可分為兩種類(lèi)型，即商用型和免費(fèi)型，商用型操作系統(tǒng)有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系統(tǒng)功能穩(wěn)定、可靠，有完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)，但是價(jià)格昂貴；免費(fèi)型操作系統(tǒng)在價(jià)格方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，主要以Linux為代表，嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)要求學(xué)生能夠熟悉并掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理和使用方法。

μC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)是一種規(guī)模較小和源碼開(kāi)放的嵌入式操作系統(tǒng)，比較適合初學(xué)者學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)，特別是學(xué)生在具備μC/OS-II操作系統(tǒng)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)之后，再學(xué)習(xí)某些大型的操作系統(tǒng)（如嵌入式Linux）則可大大提高學(xué)習(xí)效率并獲得較好的學(xué)習(xí)效果，因此本文選取μC/OS-II操作系統(tǒng)作為嵌入式操作系統(tǒng)的授課內(nèi)容和研究對(duì)象，并以μC/OS-II操作系統(tǒng)為例講授基于嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)以及圖形用戶(hù)接口的使用方法。同時(shí)，嵌入式軟件教學(xué)需向?qū)W生介紹嵌入式軟件開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其中主要介紹交叉開(kāi)發(fā)系統(tǒng)調(diào)試結(jié)構(gòu)和使用方法。嵌入式交叉開(kāi)發(fā)系統(tǒng)由宿主機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和目標(biāo)機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成[4]，嵌入式課程教學(xué)需要幫助學(xué)生直觀的了解嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的工作形式、嵌入式軟件開(kāi)發(fā)需要具備哪些條件和做哪些準(zhǔn)備工作。同時(shí)，嵌入式課程需要向?qū)W生講解1~2種嵌入式微處理器的上位機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，目前STM32F104微處理器的軟件開(kāi)發(fā)普遍采用KeilμVision開(kāi)發(fā)軟件以及JLINK仿真器，則嵌入式課程需要向?qū)W生介紹KeilμVision開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)置方法、工程項(xiàng)目的建立方法、JLINK仿真器硬件連接方式以及驅(qū)動(dòng)程序安裝方法，使得學(xué)生能夠自主構(gòu)建基于STM32F104微處理器的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并能在此開(kāi)發(fā)平臺(tái)上新建工程項(xiàng)目、下載程序、仿真運(yùn)行、斷點(diǎn)跟蹤調(diào)試等。

二、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)化

在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，任課教師必須研究和制定一套有效的教學(xué)方式，合理安排課程授課內(nèi)容順序，注重知識(shí)的承前啟后，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的一些先行課的相關(guān)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)需要進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)，比如在硬件設(shè)計(jì)中，需復(fù)習(xí)模擬電路、數(shù)字電路、微機(jī)原理及接口技術(shù)等課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在嵌入式軟件設(shè)計(jì)教學(xué)中，需復(fù)習(xí)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程，為嵌入式系統(tǒng)課程作必要的準(zhǔn)備。

（一）嵌入式課程硬件設(shè)計(jì)教學(xué)方式改革

嵌入式硬件設(shè)計(jì)教學(xué)中，任課教師可在課堂上準(zhǔn)備一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備[5]，將軟、硬件實(shí)驗(yàn)直接融合到理論課程的教學(xué)中，在課堂上首先向?qū)W生展示一塊嵌入式系統(tǒng)硬件電路板，如STM32F104應(yīng)用開(kāi)發(fā)電路板，讓學(xué)生近距離觀察電路結(jié)構(gòu)和板上的各種元器件，并作簡(jiǎn)要介紹，使得學(xué)生能夠直觀的認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)硬件電路，然后以提問(wèn)的方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電路圖如何設(shè)計(jì)和生成產(chǎn)生興趣，授課教師此時(shí)可介紹嵌入式硬件設(shè)計(jì)步驟以及電路設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件，讓學(xué)生了解嵌入式硬件原理圖和印制電路板圖（PCB圖）設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，授課教師在課堂上以一個(gè)簡(jiǎn)單的嵌入式電路系統(tǒng)為例，現(xiàn)場(chǎng)安裝Protel電路圖繪制軟件，講解并演示電路原理圖和PCB圖的繪制步驟和方法。在電路圖設(shè)計(jì)的演示之后，授課教師應(yīng)給學(xué)生講解硬件電路的調(diào)試過(guò)程和調(diào)試方法，讓學(xué)生掌握嵌入式電源電路、時(shí)鐘電路、接口電路的調(diào)試方法，并在課堂上現(xiàn)場(chǎng)演示硬件調(diào)試，最后以處理器的一個(gè)IO接口控制的LED燈閃爍為例，編寫(xiě)LED燈閃爍的例程，讓學(xué)生直觀的把握嵌入式系統(tǒng)調(diào)試方法。

（二）嵌入式課程軟件設(shè)計(jì)教學(xué)方式優(yōu)化

嵌入式軟件教學(xué)的主要內(nèi)容是嵌入式操作系統(tǒng)的移植方法、使用方法和應(yīng)用程序編寫(xiě)。授課教師在講解嵌入式操作系統(tǒng)的使用方法時(shí)，可在課堂上利用多媒體教學(xué)手段基于μC/OS-II的操作系統(tǒng)編寫(xiě)應(yīng)用程序，在操作系統(tǒng)的每個(gè)任務(wù)的主循環(huán)中添加斷點(diǎn)，讓學(xué)生直觀的感受操作系統(tǒng)多任務(wù)切換機(jī)制，并以一個(gè)簡(jiǎn)單的軟件例程，要求學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行構(gòu)思，開(kāi)展廣泛的交流，然后將學(xué)生構(gòu)思的各種方案在多媒體上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程實(shí)現(xiàn)、輸出結(jié)果，讓學(xué)生對(duì)自己方案的正確性、合理性有直觀的認(rèn)識(shí)和理解，并促使其對(duì)方案進(jìn)行修正，以使學(xué)生迅速掌握μC/OS-II的操作系統(tǒng)的使用方法和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)方法。

三、嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)是教學(xué)過(guò)程中重要環(huán)節(jié)，可提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和把握，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、獨(dú)立思考解決問(wèn)題的能力。學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論課程知識(shí)，對(duì)于課堂上的例程，學(xué)生可以通過(guò)自己的學(xué)習(xí)和理解對(duì)其進(jìn)行修改，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其修改正確與否，這是一種極其有效的學(xué)習(xí)方法。嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)課程的工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，旨在訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的方案論證能力、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，適應(yīng)學(xué)生就業(yè)和社會(huì)需求。

（一）嵌入式課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要向?qū)W生詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電原理圖和系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，并以一個(gè)簡(jiǎn)單的例程引導(dǎo)學(xué)生熟悉和如何使用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)操作步驟。實(shí)驗(yàn)課程的章節(jié)內(nèi)容安排應(yīng)遵循由簡(jiǎn)入繁的原則，明確實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，引?dǎo)學(xué)生從一個(gè)簡(jiǎn)單的IO端口控制LED燈閃爍的例程開(kāi)始學(xué)習(xí)，完成從新建工程、編寫(xiě)程序、下載程序調(diào)試、觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，再以2~3個(gè)難度逐步增加的實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（即實(shí)驗(yàn)成功后應(yīng)看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)期間遇到問(wèn)題，指導(dǎo)教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生檢查問(wèn)題并解決問(wèn)題，而并非直接告訴學(xué)生答案，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。在學(xué)生正確完成實(shí)驗(yàn)后，指導(dǎo)教師應(yīng)積極鼓勵(lì)學(xué)生采用多種不同的軟件算法完成同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的編程能力和拓寬學(xué)生的視野。在完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的電子設(shè)備，如數(shù)字電子鐘、數(shù)字溫度計(jì)、計(jì)算器等，讓學(xué)生切身的感受到嵌入式技術(shù)的廣泛用途。

（二）嵌入式課程設(shè)計(jì)教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)作為一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，進(jìn)行項(xiàng)目化教學(xué)是課程設(shè)計(jì)教學(xué)改革的必由之路[6]。本文采用項(xiàng)目開(kāi)發(fā)為驅(qū)動(dòng)的課程設(shè)計(jì)形式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)嵌入式硬件設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，以一個(gè)完整的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)作為課程設(shè)計(jì)任務(wù)，讓學(xué)生全面掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部過(guò)程，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)。在課程設(shè)計(jì)選題方面，指導(dǎo)教師可提供一定數(shù)量設(shè)計(jì)課題，設(shè)計(jì)課題需具備較高的綜合性和可行性，難度適中，要能夠達(dá)到訓(xùn)練學(xué)生嵌入式方案論證能力和軟、硬件設(shè)計(jì)能力的目的。學(xué)生也可根據(jù)自身的知識(shí)特點(diǎn)擬定課題，經(jīng)指導(dǎo)教師審核修改后進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，同樣，自擬課題也要達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。課程設(shè)計(jì)的選題和實(shí)施應(yīng)能培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式方案論證和制定項(xiàng)目具體實(shí)施計(jì)劃的能力，規(guī)范學(xué)生的嵌入式項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方法和開(kāi)發(fā)步驟。在嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)結(jié)束后，學(xué)校應(yīng)提倡以學(xué)院為單位組織嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生嵌入式工程實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

四、結(jié)論

篇7

隨著技術(shù)的快速發(fā)展和對(duì)嵌入式行業(yè)人才的持續(xù)需求,各個(gè)高等院校紛紛開(kāi)設(shè)了嵌入式相關(guān)課程,然而在培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)方法等教學(xué)關(guān)鍵因素中均存在若干問(wèn)題?，F(xiàn)將本人在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)嵌入式方法教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題提出自己的一些想法。

1. 市場(chǎng)人才要求和高校畢業(yè)生素質(zhì)之間的差異。目前,智能化計(jì)算機(jī)領(lǐng)域就業(yè)市場(chǎng)對(duì)嵌入式從業(yè)人員的需求持續(xù)高漲,然而從高校畢業(yè)的嵌入式專(zhuān)業(yè)或方法的大學(xué)生中卻難以真正達(dá)到嵌入式從業(yè)人員標(biāo)準(zhǔn),甚至多數(shù)畢業(yè)生并不具備從事嵌入式開(kāi)發(fā)工作的能力,即便企業(yè)錄用的專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生,也通常需要對(duì)其進(jìn)行一段相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的再培訓(xùn)。市場(chǎng)人才要求和高等畢業(yè)生素質(zhì)之間的矛盾日益突出。

2.重理論講述而輕實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練。據(jù)了解,我國(guó)大多數(shù)院校的嵌入式系統(tǒng)本科教育仍采用以理論為主,實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式。多數(shù)學(xué)校的理論課時(shí)與實(shí)驗(yàn)課時(shí)的比例為3∶1或2∶1,能達(dá)到1∶1的情況很少;一般以實(shí)驗(yàn)室提供的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱配套實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),教師在實(shí)驗(yàn)中往往選用的是基礎(chǔ)側(cè)重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),選用的復(fù)雜和高級(jí)實(shí)驗(yàn)較少。

我校是在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)開(kāi)設(shè)嵌入式方向,其作為專(zhuān)業(yè)方向課開(kāi)設(shè)在大學(xué)三年級(jí),前修課程為《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》、《計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)》、《計(jì)算機(jī)組成原理》、《數(shù)字邏輯》等課程。眾所周知,嵌入式方向所涉及的實(shí)驗(yàn)都是以系統(tǒng)層面為基礎(chǔ),每個(gè)實(shí)驗(yàn)均需要投入較多時(shí)間來(lái)完成,因此實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)需求較大,而從整體課程體系來(lái)看,確實(shí)存在理論部分內(nèi)容占用較多學(xué)時(shí)的問(wèn)題,目前,我校在課程設(shè)置中理論學(xué)時(shí)較小,加大了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的比重,然而實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)如何有效使用以及如何對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)進(jìn)行外延,這是擺在我們面前一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。3.缺乏與企業(yè)和公司的合作。除了必要的相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與公司企業(yè)的需求有一定差異,其一,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容和市場(chǎng)整個(gè)行業(yè)發(fā)展之間的不協(xié)調(diào),使得嵌入式課程的實(shí)踐教學(xué)跟市場(chǎng)有所脫節(jié);其二,嵌入式方向課程綜合性的特征使得實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施必須得到必要的資金支持。否則在校學(xué)生接觸市場(chǎng)的機(jī)會(huì)減少,使得嵌入式課程的實(shí)踐教學(xué)缺乏必要的直觀性,制約學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

地方院?？梢园l(fā)揮其辦學(xué)特點(diǎn),和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系,通過(guò)校企合作,由教師審核指導(dǎo),學(xué)生動(dòng)手,開(kāi)展校企合作項(xiàng)目,這也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑之一。

二、嵌入式課程體系教學(xué)設(shè)置

1.嵌入式課程特點(diǎn)。我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)嵌入式方向的學(xué)生側(cè)重從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。我們?cè)趯?shí)際的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和一般的PC機(jī)開(kāi)發(fā)具有明顯的差異。首先,嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)往往需要根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行定制,而不是通用操作,開(kāi)發(fā)人員必須具備完善的知識(shí)體系;其次,嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工程性,嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)往往都是一個(gè)體積非常小的部件,CPU通常不采用Intelx86系列,開(kāi)發(fā)工具也是專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)板。學(xué)生如果不通過(guò)實(shí)際動(dòng)手開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)模塊,就很難了解嵌入式開(kāi)發(fā)的基本過(guò)程,因此,實(shí)際動(dòng)手能力是嵌入式課程最顯著的特點(diǎn)。

2.我校嵌入式課程體系設(shè)置。嵌入式課程的特點(diǎn)使得學(xué)生必須有較完整的知識(shí)結(jié)構(gòu),因此,嵌入式課程體系的設(shè)置尤為重要,表1是我校嵌入式課程內(nèi)容及時(shí)間設(shè)置情況。

表1顯示,我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)嵌入式方向?qū)I(yè)課程從第二學(xué)年第4學(xué)期開(kāi)始,從系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基本概念以及開(kāi)發(fā)平臺(tái)出發(fā),依次對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)Linux、嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)以及Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行深入講解,最后對(duì)嵌入式接口技術(shù)以及高級(jí)編程展開(kāi)講解,第四學(xué)年兩個(gè)學(xué)期分別對(duì)專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)進(jìn)行持續(xù)性的工程化實(shí)踐教學(xué)。

三、教學(xué)改革措施與創(chuàng)新實(shí)踐

1.注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)依托產(chǎn)品和市場(chǎng),而設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性決定了系統(tǒng)的價(jià)值,因此,如何通過(guò)課程加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)是我們面臨的難題。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中的措施如下:理論學(xué)時(shí)僅概要講解基本原理和方法,要求學(xué)生充分利用課外時(shí)間,查閱各種文獻(xiàn)資料進(jìn)一步學(xué)習(xí),學(xué)生可以根據(jù)個(gè)人興趣有選擇地對(duì)某些問(wèn)題進(jìn)行深入的分析研究,環(huán)境搭建以及技術(shù)要點(diǎn)則通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)完成;將學(xué)生兩人一組,要求每組必須選取至少一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,小組內(nèi)進(jìn)行任務(wù)分工,對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)K所涉及的知識(shí)點(diǎn)以及代碼編寫(xiě),甚至存在的問(wèn)題等,在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)容許的范圍內(nèi)進(jìn)行全班范圍內(nèi)講解,任務(wù)在學(xué)期初就進(jìn)行認(rèn)領(lǐng),提前布置給學(xué)生,使學(xué)生有充分時(shí)間準(zhǔn)備,將被動(dòng)接受知識(shí)的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探索思考,鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)例所采用的技術(shù)和方案進(jìn)行不同角度的評(píng)價(jià),深入研究實(shí)際系統(tǒng),任課教師也對(duì)分組學(xué)生的任務(wù)完成給予一定的評(píng)價(jià)和考核,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性;利用實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)的綜合開(kāi)放實(shí)驗(yàn),任課教師鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生積極提出自己的設(shè)計(jì)思想,并且注重設(shè)計(jì)的原創(chuàng)性。2.以生命期為線,規(guī)劃教學(xué)體系。完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)離不開(kāi)完善的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)生命期的教學(xué)體系,因此嵌入式教學(xué)體系按照從下往上,從硬件到軟件,從平臺(tái)到應(yīng)用的“三步走”思路,將嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的生命周期和課程設(shè)置進(jìn)行對(duì)應(yīng):①嵌入式開(kāi)發(fā)環(huán)境的建立,對(duì)應(yīng)課程《嵌入式軟件開(kāi)發(fā)導(dǎo)論》、《嵌入式接

口技術(shù)》,著重開(kāi)發(fā)平臺(tái)的了解和認(rèn)識(shí),交叉編譯、仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建和使用方法的掌握,這不但是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ),也是實(shí)際工程項(xiàng)目的開(kāi)始。②基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā),對(duì)應(yīng)課程《嵌入式操作系統(tǒng)》、《嵌入式程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》,包括應(yīng)用開(kāi)發(fā)和核心編寫(xiě)代碼,是實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。③嵌入式綜合應(yīng)用的開(kāi)發(fā),對(duì)應(yīng)課程《嵌入式高級(jí)編程》、《Java程序設(shè)計(jì)》,包括農(nóng)業(yè)移動(dòng)多媒體、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)嵌入式圖形應(yīng)用、智能農(nóng)業(yè)等復(fù)雜的復(fù)合型應(yīng)用的開(kāi)發(fā),直接面向?qū)嶋H工程項(xiàng)目。 這完整的嵌入式課程實(shí)驗(yàn)體系,不僅使得教師可以在各個(gè)層面對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng),并且可以幫助學(xué)生更清晰地理解嵌入式系統(tǒng)的全貌,對(duì)嵌入式系統(tǒng)有更加深入的認(rèn)識(shí)。

3.強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容以及硬件平臺(tái)是影響實(shí)踐教學(xué)的重要因素,也是強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的兩個(gè)關(guān)鍵方面。我校教學(xué)平臺(tái)是購(gòu)買(mǎi)市面上現(xiàn)成的通用型實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)箱,按照廠家提供的內(nèi)容來(lái)授課,實(shí)驗(yàn)課程初期,學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)受限于教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,大多只能做些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),直接影響學(xué)生面對(duì)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)的實(shí)際操作創(chuàng)新能力與后續(xù)開(kāi)發(fā)實(shí)際動(dòng)手能力,隨著課程體系的不斷完善,我校和廠家建立了一定的技術(shù)合作關(guān)系,在通用型的開(kāi)發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)上,自行改進(jìn)設(shè)計(jì)成為適合本校學(xué)生使用的開(kāi)發(fā)板,在實(shí)踐教學(xué)中,通用型和改進(jìn)型開(kāi)發(fā)板結(jié)合使用,達(dá)到了良好的教學(xué)效果。和廠家進(jìn)行技術(shù)合作關(guān)系,我們收獲頗多。對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行一定的調(diào)整;減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)數(shù)量,增加了創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)部分;基于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)擴(kuò)展一定的外部功能模塊。一系列的改進(jìn)措施,不但貼近了我們的教學(xué)目標(biāo),而且更好地與實(shí)際[文秘站:]應(yīng)用接軌。

篇8

【關(guān)鍵詞】Cyclone Ⅳ Qsys NiosII EP4CE22F17C8

Cyclone Ⅳ系列的FPGA以最低成本、最低功耗理念的基礎(chǔ)上推出的低成本、高容量的FPGAs，以滿(mǎn)足帶寬成本敏感性的市場(chǎng)需求。該系列有兩類(lèi)芯片：Cyclone Ⅳ E和Cyclone Ⅳ GX，前者提供核電壓為1.0V和1.2V。Cyclone Ⅳ系列FPGA擁有6K-150K邏輯單元、最高至6.3Mb的內(nèi)部存儲(chǔ)容量，其18*18乘法器數(shù)量最多可達(dá)360個(gè)；M9K存儲(chǔ)模塊可提供9kbit的嵌入式SRAM，并可配置為多個(gè)數(shù)據(jù)寬度的存儲(chǔ)模塊，如真實(shí)雙端口的×1、×2、×4、×8/9、×16/18；全局時(shí)鐘高達(dá)30個(gè)，8個(gè)PLLs連接5個(gè)輸出時(shí)鐘；該系列芯片支持SDR、DDR、DDR2 SDRAM、和QDRII SRAM，可以利用Memory Controller MegaCore function完成存儲(chǔ)器界面的設(shè)計(jì)。

封裝形式為FBGA的EP4CE22F17C8是Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式處理器，支持Rs OCT或單端口的Rs，可實(shí)現(xiàn)可編程的總線保持、上拉電阻、時(shí)延、速率轉(zhuǎn)換控制以?xún)?yōu)化信號(hào)完整性；其配置方式包括AS、AP、PS、FPP和JTAG，通過(guò)選擇EPCS和并行FLASH采取相應(yīng)的配置數(shù)據(jù)方式，以實(shí)現(xiàn)上電數(shù)據(jù)自動(dòng)加載；該芯片支持速率等級(jí)8。本文采用CycloneⅣ E系列的EP4CE22F17C8來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線輸液監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多位輸液病人的監(jiān)測(cè)與最低液位自動(dòng)報(bào)警，以最大限度地實(shí)現(xiàn)輸液安全防護(hù)。

1 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示，主要包括液位監(jiān)測(cè)、無(wú)線收發(fā)、編解碼電路和處理器及電路。當(dāng)液位低于某個(gè)位置時(shí)，輸液監(jiān)測(cè)電路驅(qū)動(dòng)編碼器啟動(dòng)無(wú)線發(fā)射器發(fā)射液位報(bào)警信號(hào)，接收端譯碼后送入處理器判斷輸液患者編號(hào)，啟動(dòng)聲光報(bào)警。

2 基于EP4CE22F17C8 的IP CORE設(shè)計(jì)

2.1 基于NiosII/f的EP4CE22F17C8嵌入式處理器

本系統(tǒng)采用的處理器是Altera 公司提供的Cyclone IV E系列的EP4CE22F17C8，處理器模式為NiosII/f。該芯片具有22320個(gè)邏輯單元；擁有154個(gè)I/O接口和256個(gè)管腳，工作溫度0°C - 85°C；嵌入132個(gè)9 bit單元乘法器，擁有4個(gè)PLL和20個(gè)全局時(shí)鐘，其核工作電壓為1.2伏；擁有608256 bits存儲(chǔ)容量，packed mode的M9K存儲(chǔ)模塊可設(shè)計(jì)為最大數(shù)據(jù)寬度為18bits、單時(shí)鐘模式的兩個(gè)4.5K單端口模塊，其初始化方式為上電清零后再加載利用RAM MegaWizard Plug-In Manager設(shè)計(jì)完成的.mif文件以例化存儲(chǔ)模塊。

2.2 基于EP4CE22F17C8 IP CORE的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)需要添加以下IP Core：on-chip memory（RAM）、epcs serial flash controller、JTAG UART、system id、DDR SDRAM Controller with ALTMEMPHY、PIO等。

本系統(tǒng)所采用存儲(chǔ)器為DDR2 SDRAM，利用Qsys添加Avalon-MM slave Agent和Avalon-MM slave Translator構(gòu)成slave網(wǎng)絡(luò)接口；利用MegaWizard Plug-in Manager完成DDR2 SDRAM Controller with ALTMEMPHY的接口設(shè)計(jì)以節(jié)省全局時(shí)鐘，并將存儲(chǔ)器DQS與控制接口的DQS相連。該設(shè)計(jì)采用的每個(gè)DQS為8比特DQ，DQ寬度為32比特，讀取頻率為133MHz，tRRD與tRTP設(shè)置為9ns，存儲(chǔ)器類(lèi)型為JEDEC DDR2-533 512Mb x8，其原理圖如圖2所示。

3 基于EP4CE22F17C8實(shí)現(xiàn)輸液監(jiān)測(cè)無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)主要電路的設(shè)計(jì)

3.1 液位監(jiān)測(cè)及無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文采用利用TLV1701、SC5262和TDK5110F完成液位監(jiān)測(cè)和無(wú)線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。以輸液編號(hào)為第15位說(shuō)明硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)，如圖3所示。當(dāng)液位低于設(shè)定值時(shí)，紅外對(duì)管產(chǎn)生報(bào)警電壓經(jīng)電壓比較器處理后，依據(jù)輸液病人編號(hào)借助SC5262進(jìn)行編碼，通過(guò)TDK5100F調(diào)頻后發(fā)出射頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)液位監(jiān)測(cè)報(bào)警。

3.2 液位監(jiān)測(cè)無(wú)線解碼及報(bào)警電路設(shè)計(jì)

液位監(jiān)測(cè)無(wú)線解碼及報(bào)警硬件電路設(shè)計(jì)基本原理圖如4所示，所采用的集成芯片為T(mén)DA5210和SC5272，其中TDA5210能與ASK接收器TDA5200兼容。其基本原理為：TDA5210將接受的射頻信號(hào)解調(diào)后送至SC5272，與EP4CE22F17C8處理器定時(shí)發(fā)送至SC5272地址入口的輸液編號(hào)對(duì)比，一致時(shí)，處理器針對(duì)該輸液編號(hào)發(fā)出液位報(bào)警提示信號(hào)。

4 結(jié)論

本文利用Cyclone Ⅳ E系列的FPGAs嵌入式處理器EP4CE22F17C8、以quartus13.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)、結(jié)合Qsys設(shè)計(jì)NIOSII及IP核、altium designer summer 9.0實(shí)現(xiàn)輸液監(jiān)測(cè)無(wú)線報(bào)警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。該電路將無(wú)線編解碼及無(wú)線射頻的設(shè)計(jì)思想與Cyclone嵌入式處理器完美結(jié)合，充分發(fā)揮了該處理器芯片的強(qiáng)大處理能力和靈活性，為其在智能領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)闊了設(shè)計(jì)思路。

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篇9

論文摘要：針對(duì)電子電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，制定了各個(gè)教學(xué)階段第二課堂活動(dòng)的基本內(nèi)容和實(shí)施方法，方便了指導(dǎo)教師從事第二課堂的指導(dǎo)活動(dòng)；在各個(gè)教學(xué)階段實(shí)施第二課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過(guò)第二課堂實(shí)踐，我校電子電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣不斷增加，學(xué)生的創(chuàng)新顯著提高。

第二課堂活動(dòng)是指在完成專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程和實(shí)踐環(huán)節(jié)之外，結(jié)合所學(xué)知識(shí)，在教師指導(dǎo)之下利用業(yè)余時(shí)問(wèn)進(jìn)行的科研和實(shí)踐活動(dòng)。為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，山東工商學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我?！?從2002年開(kāi)始實(shí)施第二課堂與創(chuàng)新學(xué)分學(xué)校文件規(guī)定，實(shí)行學(xué)分制的本科學(xué)生在校期間必須取得第二課堂學(xué)分5分，否則不能畢業(yè)。

第二課堂與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)關(guān)系密切，學(xué)校文件只是給出了宏觀的要求，不可能具體到每個(gè)學(xué)科、每個(gè)專(zhuān)業(yè)的實(shí)施細(xì)節(jié)就電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，專(zhuān)業(yè)的理論性強(qiáng)，且具有較強(qiáng)的實(shí)踐性第二課堂的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力。為了做好電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的第二課堂與創(chuàng)新活動(dòng)，我們按照教學(xué)過(guò)程的幾個(gè)不同階段，規(guī)定了第二課堂與創(chuàng)新活動(dòng)的內(nèi)容及評(píng)價(jià)方法。

一、基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)

按照規(guī)定，學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)學(xué)科和人文社會(huì)學(xué)科課程時(shí)可在教師指導(dǎo)下，利用業(yè)余時(shí)間開(kāi)展課程內(nèi)容專(zhuān)題討論、學(xué)術(shù)報(bào)告，并寫(xiě)出書(shū)面總結(jié)，經(jīng)任課教師考核，學(xué)生可以取得1到個(gè)第二課堂學(xué)分。

在基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段，任課教師來(lái)自于兄弟院系，他們與學(xué)生所在院系沒(méi)有直接隸屬關(guān)系。學(xué)生所在院系無(wú)法直接給這些教師下達(dá)第二課堂活動(dòng)的任務(wù)。為此，從2004年開(kāi)始執(zhí)行導(dǎo)師制度，即每個(gè)班級(jí)安排一名專(zhuān)業(yè)教師，負(fù)責(zé)指導(dǎo)該班級(jí)的第二課堂活動(dòng)。

電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生結(jié)合基本原理課程，完成了指導(dǎo)教師布置的用基本原理分析當(dāng)前金融危機(jī)的題目。學(xué)生都能夠運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)這次金融危機(jī)爆發(fā)的原因進(jìn)行深入細(xì)致的分析和解釋不但鞏固了所學(xué)知識(shí)，同時(shí)通過(guò)圖書(shū)、網(wǎng)絡(luò)等手段了解了當(dāng)前經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的熱點(diǎn)問(wèn)題。

二、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)

在專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段，學(xué)生可開(kāi)展課外專(zhuān)題討論、寫(xiě)讀書(shū)報(bào)告、組織課外科技活動(dòng)小組等多種形式的活動(dòng)，由教師考核每項(xiàng)活動(dòng)可得l到2個(gè)該類(lèi)學(xué)分。電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課包含電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及信號(hào)與線性系統(tǒng)分析等課程。模擬電子技術(shù)及數(shù)字電子技術(shù)課程均包含1周的課程設(shè)計(jì)，且授課學(xué)時(shí)較多。因此，我們結(jié)合電路分析、信號(hào)與線性系統(tǒng)分析這兩門(mén)課程，設(shè)置了課外討論題目。如線性系統(tǒng)的時(shí)域解法綜述(電路實(shí)例)，通信系統(tǒng)頻分復(fù)用方式的頻域分析，系統(tǒng)的時(shí)域解法與變換域解法的比較等。要求寫(xiě)出書(shū)面報(bào)告，由指導(dǎo)教師評(píng)分。

學(xué)生在學(xué)習(xí)信號(hào)與系統(tǒng)時(shí)，還未開(kāi)通信原理課。要完成通信系統(tǒng)的頻域分析，要用到頻域分析的基本原理(信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、信號(hào)濾波)，以及通信系統(tǒng)的頻分復(fù)用系統(tǒng)，后者指導(dǎo)教師可以做適當(dāng)指導(dǎo)。通過(guò)這一題目，學(xué)生知道了頻域分析的用途，并對(duì)后續(xù)課程有一個(gè)大致的了解，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。另外，開(kāi)展專(zhuān)題演講活動(dòng)也可作為這一階段的第二課堂活動(dòng)。由學(xué)生自己選擇題目，并在課下準(zhǔn)備材料，制作成幻燈片(限定時(shí)間為5分鐘)；由指導(dǎo)教師組織在多媒體教室進(jìn)行演講比賽，指導(dǎo)教師按照演講情況進(jìn)行評(píng)分。這項(xiàng)活動(dòng)，可以鍛煉學(xué)生的組織材料能力、多媒體課件制作能力及演講能力，能夠在工作中更好地表達(dá)自己的思路及方案。

三、專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動(dòng)

在專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)階段，學(xué)生參加教師的科研課題，或由教師組織成立課外科技活動(dòng)小組，完成一定的科研任務(wù)，并撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述、生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查、研究論文、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，由教師考核，每項(xiàng)活動(dòng)可得l到2個(gè)該類(lèi)學(xué)分。

在這一階段，學(xué)生已具備一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和科技工作能力，但還不完善，需要在教師的指導(dǎo)下才能工作。學(xué)生參與第二課堂活動(dòng)，可在教師指導(dǎo)下，完成某個(gè)項(xiàng)目的部分或全部工作，經(jīng)歷科研及開(kāi)發(fā)工作的整個(gè)過(guò)程，積累科研開(kāi)發(fā)工作經(jīng)驗(yàn)。

電子設(shè)計(jì)大賽是第二課堂活動(dòng)的重要內(nèi)容。我校自電子信息工程專(zhuān)業(yè)成立至今，每年都組織學(xué)生參加兩年一度的全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽及山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽。競(jìng)賽的時(shí)間在每年的9月，我們?cè)谑罴偾敖M織學(xué)生自愿報(bào)名，學(xué)生組隊(duì)參加，利用假期進(jìn)行認(rèn)真的理論與實(shí)踐方面的準(zhǔn)備，學(xué)習(xí)單片機(jī)的編程技術(shù)，常用電子儀器的使用方法，電路圖的制版及元器件的焊接技術(shù)，以及各種傳感器電路及其應(yīng)用。學(xué)生拿到競(jìng)賽題目后能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。參加過(guò)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽的學(xué)生感慨地說(shuō)，參賽過(guò)程學(xué)到的東西實(shí)在是太多了，好多都是教材中沒(méi)有的新技術(shù)。除此之外，提倡學(xué)生根據(jù)自己的興趣進(jìn)行組合參加各種形式的電子競(jìng)賽，如“ZLG杯”ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽，富士通微電子杯MB95200系列MCU競(jìng)賽等。至今，我校學(xué)生已多次獲國(guó)家及山東省的獎(jiǎng)項(xiàng)。

選拔有能力的學(xué)生參與教師的科研課題，這是第二課堂活動(dòng)的另一項(xiàng)內(nèi)容。學(xué)生到課題組后，教師為學(xué)生分配一定的任務(wù)并提供適當(dāng)?shù)臈l件，學(xué)生在教師指導(dǎo)下工作。例如，在嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中，LCD顯示驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，這樣的小題目非常適合學(xué)生去完成。學(xué)生在課題組工作，不僅學(xué)到了知識(shí)，而且得到了在科研團(tuán)隊(duì)中的工作經(jīng)驗(yàn)為今后從事科研工作打下了良好的基礎(chǔ)。

學(xué)生成立技術(shù)協(xié)會(huì)，也是第二課堂活動(dòng)的內(nèi)容。愛(ài)好電腦的學(xué)生參加電腦技術(shù)協(xié)會(huì)，"協(xié)會(huì)是學(xué)生人數(shù)較多的協(xié)會(huì)學(xué)生一起交流電腦裝機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)，網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)等他們把所學(xué)到的知識(shí)，利用業(yè)余時(shí)間運(yùn)用到為同學(xué)、教師的服務(wù)中。符合勤工儉學(xué)條件的，可以在相應(yīng)部門(mén)的崗位上幫助教師做電腦維護(hù)工作，學(xué)校支付一定的報(bào)酬。另外，校外的小企業(yè)需要開(kāi)發(fā)網(wǎng)頁(yè)，大的軟件公司不愿承擔(dān)過(guò)小的項(xiàng)目，這種網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)特別適合學(xué)生去做。通過(guò)這樣的開(kāi)發(fā)過(guò)程，學(xué)生的網(wǎng)頁(yè)制作技術(shù)水平得到提高，并得到與企業(yè)打交道的經(jīng)驗(yàn)，還得到一定的報(bào)酬。

鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)。雖然專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中已開(kāi)設(shè)單片機(jī)原理課程，但對(duì)電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，只知道單片機(jī)是不夠的，還要進(jìn)一步學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。嵌入式開(kāi)發(fā)系統(tǒng)品種繁多，各種單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，ARM開(kāi)發(fā)系統(tǒng)價(jià)格僅幾百元，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣，自己購(gòu)買(mǎi)開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)板，利用業(yè)余時(shí)間學(xué)習(xí)。不少學(xué)生把嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目，并取得了良好的成績(jī)。

四、總結(jié)

篇10

關(guān)鍵詞： 黑盒測(cè)試； 嵌入式系統(tǒng)； 程序流程圖； 插樁處理

中圖分類(lèi)號(hào)： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）21?0172?03

Design and implementation of embedded system platform based on black?box testing

HE Dandan

（Dalian Maritime University， Dalian 116026， China）

Abstract： Aiming at the design and implementation of the assembly language morphology and syntax analysis of the embedded system， the relationship between Lex and Yacc is put forward， and the two items are compiled with gcc command to form the synthesis analyzer. The synthesis analyzer can analyze the assembly language of 51 series. The static structure analysis method of the tested source program is proposed. The process of the program flow chart was established. The specific theories and service rules of the instrumentation processing and coverage rate analysis of the tested source program are emphasized， which provide a scientific method for black?box testing results.

Keywords： black?box testing； embedded system； program flow chart； instrumentation processing

0 引 言

黑盒測(cè)試是從用戶(hù)觀點(diǎn)出發(fā)的測(cè)試，依據(jù)需求功能說(shuō)明書(shū)中的預(yù)期用途、定時(shí)和性能的要求，推斷測(cè)試結(jié)果。黑盒測(cè)試根據(jù)測(cè)試階段可分為單元測(cè)試、集成測(cè)試、確認(rèn)測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試四個(gè)階段[1]。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)軟件測(cè)試不同的新特性，因此需要采取針對(duì)性的測(cè)試方法。通用的測(cè)試方法可分為靜態(tài)時(shí)間分析和動(dòng)態(tài)時(shí)間分析。

1 嵌入式軟件測(cè)試的環(huán)境分析

在線仿真配備了CPU芯片接口，提供和應(yīng)用程序交流信息橋，不足之處在于對(duì)硬件的依賴(lài)性較強(qiáng)，測(cè)試范圍較窄；目標(biāo)機(jī)仿真測(cè)試結(jié)果真實(shí)，但由于實(shí)際運(yùn)行中連接外部設(shè)備，很難辨識(shí)軟件和硬件錯(cuò)誤。在實(shí)際測(cè)試中，根據(jù)測(cè)試效率、成本、可靠性、自動(dòng)化程度等因素選擇測(cè)試環(huán)境[2]。

2 嵌入式測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

CodeTest一方面吸取軟件插樁技術(shù)，另一方面從硬件測(cè)試那里吸取從總線獲取數(shù)據(jù)的技術(shù)，并進(jìn)行升級(jí)改造。在硬件測(cè)試時(shí)，CodeTest選擇插入點(diǎn)的方式為主動(dòng)獲取關(guān)鍵數(shù)據(jù)。和CodeTest相比，純軟件測(cè)試對(duì)目標(biāo)測(cè)試的影響大大降低。因此選用Cereal仿真器。

嵌入式軟件測(cè)試系統(tǒng)由功能測(cè)試模塊、代碼測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)分析和文檔報(bào)告模塊、通信接口轉(zhuǎn)換模塊組成。對(duì)于黑盒測(cè)試來(lái)說(shuō)，功能測(cè)試模塊居主導(dǎo)地位，它主要通過(guò)接收目標(biāo)系統(tǒng)輸出信號(hào)和需要的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)來(lái)判定目標(biāo)系統(tǒng)在功能上是否達(dá)到最優(yōu)[3]。

3 詞法語(yǔ)法分析的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 Lex?Yacc

Lex是檢測(cè)字符匹配性的詞法生成程序，Yacc是測(cè)定語(yǔ)法的生成程序。一個(gè)Lex程序由三段組成：首先是C和Lex定義；第二段是C代碼；第三段是C函數(shù)。一個(gè)Yacc程序也是由三段組成，分別是聲明、語(yǔ)法規(guī)則和C代碼。Lex同Yacc的工作原理如圖1所示。

3.2 Lex?Yacc之間的聯(lián)系

Lex程序用來(lái)計(jì)算數(shù)字字符串，能對(duì)各種符號(hào)進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)插碼時(shí)可以以注釋的形式插入插樁代碼，等程序完成，可以自行取消代碼插樁，不影響整體進(jìn)程。Yylval用來(lái)傳遞Lex與Yacc之間數(shù)字字符串轉(zhuǎn)化后的數(shù)值，利用lineno傳遞正在處理的代碼行號(hào)和標(biāo)號(hào)。本次設(shè)計(jì)全程在Linux下，通過(guò)Lex編譯后生成詞法分析程序的C代碼，通過(guò)Yacc編譯后生成語(yǔ)法分析程序的C程序代碼。兩者通過(guò)gcc命令進(jìn)行編譯形成綜合分析。最后運(yùn)行該綜合分析器就可以對(duì)51系列的匯編語(yǔ)言進(jìn)行分析[4?5]。

3.3 被測(cè)源程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析

Lex?Yacc工具對(duì)單文件逐行掃描，得出當(dāng)前語(yǔ)句各類(lèi)參數(shù)類(lèi)型，不同參數(shù)類(lèi)型分別進(jìn)入不同的單鏈表中。其中除了順序單鏈表外，其他四種處理方式基本相同。待詞法、語(yǔ)法分析完畢，五個(gè)單鏈表中存儲(chǔ)了對(duì)應(yīng)的匯編程序。因?yàn)閱捂湵肀旧碇皇且粋€(gè)轉(zhuǎn)換器，無(wú)法顯示匯編程序之間的邏輯關(guān)系，所以需要對(duì)程序進(jìn)行二次分析，確定所有邏輯關(guān)系。其中五個(gè)單鏈表形成的流程圖如圖2所示。

針對(duì)程序流程圖的建立，首先搜索匹配節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)不同進(jìn)入相應(yīng)分支處理。當(dāng)前語(yǔ)句在順序節(jié)點(diǎn)，則進(jìn)入順序處理模塊。從關(guān)鍵字“結(jié)束行號(hào)+1”開(kāi)始遍歷單鏈表，存在兩種結(jié)果：一是算法出錯(cuò)；另外一種就是在主程序中時(shí)則表明當(dāng)前分支分析完成。接著要判斷條件跟蹤鏈表中的順序分支（規(guī)定為右分支）是否都已分析完畢。

4 覆蓋率分析及評(píng)測(cè)

4.1 被測(cè)源程序覆蓋率分析

虛擬插樁技術(shù)就是在匯編語(yǔ)言基本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)上，在源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置斷點(diǎn)，在源程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處，響應(yīng)斷點(diǎn)處指令，給出具體的PC地址，自動(dòng)記錄并打印出來(lái)，接連下去形成PC值的數(shù)據(jù)鏈。通過(guò)查詢(xún)五類(lèi)單鏈表與之建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可以獲得到源程序的真實(shí)運(yùn)行軌跡，進(jìn)而計(jì)算出各類(lèi)覆蓋指標(biāo)。

4.2 基于代碼的覆蓋評(píng)測(cè)

在仿真測(cè)試平臺(tái)原型系統(tǒng)上，基于代碼的覆蓋測(cè)試首先需要選定適合用作黑盒測(cè)試的子過(guò)程模塊。提取的子過(guò)程模塊必須具備獨(dú)立運(yùn)行的能力，根據(jù)覆蓋測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)代碼邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，設(shè)計(jì)出多個(gè)測(cè)試用例，然后通過(guò)手工運(yùn)行該子程序的方式，在某一特定測(cè)試用例驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行，測(cè)定出運(yùn)行路徑，通過(guò)計(jì)算得出兩種覆蓋率理論評(píng)測(cè)指標(biāo)，與仿真測(cè)試平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的兩種覆蓋率相對(duì)比，得出覆蓋率分析法與虛擬插樁的正確性驗(yàn)證結(jié)果。

5 嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)可以代替人工進(jìn)行黑盒測(cè)試的平臺(tái)系統(tǒng)，見(jiàn)圖3，其基本原理是通過(guò)腳本語(yǔ)言記錄狀態(tài)信息，之后通過(guò)PC回放測(cè)試信息以判斷結(jié)果是否與記錄腳本一致，以此決定本次測(cè)試是否通過(guò)。為此，在編輯源代碼時(shí)就需要滿(mǎn)足錄制腳本和腳本回放兩個(gè)階段的需求。

5.1 插裝代碼分析

在PC上運(yùn)行插裝系統(tǒng)最重要的原則就是要保證軟件原有功能的穩(wěn)定性和完整性。因此在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的插裝代碼時(shí)不能改變程序的原有邏輯和原有執(zhí)行流程，應(yīng)盡量降低在嵌入式系統(tǒng)所占的資源，盡可能將部分功能和操作交付于PC進(jìn)行。

嵌入式系統(tǒng)中的模擬用戶(hù)輸入模塊的主要功能是將計(jì)算機(jī)發(fā)送的命令進(jìn)行分析，并將結(jié)果回復(fù)到處理模塊中，其操作模擬流程見(jiàn)圖4。

5.2 系統(tǒng)狀態(tài)的定義和獲取

（1） 聲音信息的獲取

嵌入式系統(tǒng)中對(duì)聲音信息的獲取主要是通過(guò)識(shí)別每個(gè)聲音惟一的ID編號(hào)和固定的音頻編碼進(jìn)行的。工作時(shí)，由系統(tǒng)中的服務(wù)函數(shù)獲得ID聲音的音頻編碼并發(fā)送到PC中。

（2） 獲取LED信息

LED的運(yùn)行方法和聲音相似，都有一套惟一的LED編碼，并由LED控制器控制。常用的設(shè)計(jì)方法是將LED中的編碼放到嵌入式系統(tǒng)中的緩沖區(qū)內(nèi)，通過(guò)定時(shí)刷新函數(shù)提取LED信息[6]。

（3） 獲取LCD信息

由于LCD需要顯示的信息較多，且各消息屬性復(fù)雜，因此較難提取。目前常用的提取方法是點(diǎn)陣截取法和消息截取法。由于點(diǎn)陣截取法操作簡(jiǎn)單、測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確率高，因此本文使用點(diǎn)陣截取法獲取LCD信息。

（4） 系統(tǒng)狀態(tài)的獲取

主動(dòng)請(qǐng)求和被動(dòng)獲取是嵌入式系統(tǒng)獲取信息的主要方式。主動(dòng)請(qǐng)求是指嵌入式系統(tǒng)在處理完P(guān)C發(fā)出的操作命令時(shí)，主動(dòng)將搜集好的信息發(fā)送到PC上。被動(dòng)獲取是指嵌入式系統(tǒng)并不主動(dòng)發(fā)送檢測(cè)信息，而是當(dāng)狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)才決定是否繼續(xù)后續(xù)操作。

5.3 自動(dòng)化比較和測(cè)試

軟件是否準(zhǔn)確輸出結(jié)果，需要經(jīng)過(guò)多次測(cè)試實(shí)際輸出和預(yù)期輸出的差別。本文在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)綜合考慮了一些智能比較思想來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。由于實(shí)際的嵌入式系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生上百個(gè)復(fù)雜的狀態(tài)信息[7]，為便于比較，本文采用了相對(duì)比較的辦法對(duì)錄制腳本時(shí)的狀態(tài)變遷進(jìn)行比較。

最后設(shè)計(jì)完成的嵌入式系統(tǒng)需對(duì)腳本進(jìn)行測(cè)試，這是交互式應(yīng)用的重要組成部分。腳本測(cè)試的準(zhǔn)確度主要依賴(lài)于所選用的測(cè)試工作和腳本技術(shù)。當(dāng)前主要的腳本技術(shù)有共享腳本、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)腳本、結(jié)構(gòu)化腳本等。這些腳本都包括了三個(gè)命令，即人工操作命令、狀態(tài)檢查命令、邏輯控制命令。測(cè)試腳本主要就是對(duì)這三個(gè)命令進(jìn)行檢查，其中在自動(dòng)化檢測(cè)中采用何種腳本記錄測(cè)試結(jié)果可依據(jù)模塊要求進(jìn)行選定。

6 結(jié) 語(yǔ)

黑盒測(cè)試技術(shù)的匯編語(yǔ)言測(cè)試系統(tǒng)用例研究在我國(guó)已經(jīng)很多，本文最大的亮點(diǎn)是引入虛擬插樁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正插樁，即在被測(cè)源程序的插樁點(diǎn)處設(shè)置中斷指令，當(dāng)源程序運(yùn)行到該點(diǎn)處時(shí)自動(dòng)運(yùn)行斷點(diǎn)指令，給出具體的PC地址，進(jìn)而給出一系列地址數(shù)據(jù)，根據(jù)事先設(shè)定的用例判定運(yùn)行效果，得出黑盒測(cè)試的正確驗(yàn)證結(jié)果。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于高效、精確、成本較低，在實(shí)際運(yùn)用中具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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