嵌入式課程設計總結
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嵌入式課程設計總結范文第1篇
關鍵詞：獨立學院嵌入式課程設置課程改革優化
中圖分類號：G423.04
引言
以我校（武漢長江工商學院）為例，電子信息工程專業主要培養能在信息通信、電子技術、智能控制、計算機與網絡等領域和行政部門從事各類電子設備和信息系統的科學研究、產品設計、工藝制造、應用開發和技術管理的應用型工程技術人才，因此，我們以培養應用型人才為目標制定了培養方案。
課程設置現狀
在我們的培養方案中，除了專業基礎課程（C語言程序設計、電路分析、電工基礎、數字電路、模擬電路）外，有兩條主線：嵌入式方向與信號處理方向。其它方向如微電子、射頻、無線電等方向，考慮到我們學生的基礎以及培養方案總課時的要求，最終選擇了嵌入式與信號處理兩個方向，當然，隨著社會的不斷發展，以后的培養方案可能會考慮微電子等較新的方向。
之所以選擇嵌入式硬件方向為我們的一條主線是因為嵌入式系統是當前很熱門而且很有發展前景并且對于學生而言也是比較好就業的應用領域之一。嵌入式系統在智能化家居、家電，汽車電子、醫療、交通等各個方面都有應用，我們的生活已經離不開嵌入式系統。嵌入式系統是軟硬結合的技術，我們以硬件設計為主設置了我們的課程如下：
表1：嵌入式方向的課程設置
圍繞ARM嵌入式技術這門課，還有微機原理、單片機、EDA、DSP等課程及相關實驗。
學習了微機原理和單片機這兩門課后再學習嵌入式，學生更容易入門，因為嵌入式本身是從單片機發展而來，并且在微機原理與單片機這兩門課程中，我們以匯編指令為主，主要是考慮到做嵌入式系統除了了解ARM處理器工作原理和接口技術還要了解ARM的匯編指令系統。
考慮到嵌入式開發的發展方向與相關領域，我們還設置了EDA技術與DSP技術兩門課。數字圖像壓縮技術是嵌入式的應用領域之一，主要是掌握MPEG編解碼算法和技術和DSP技術，另外，為追求更高速的信號處理速度，現在一些速度要求較高場合，有不少公司是將一些DSP算法用硬件來實現，這就涉及到HDL數字電路設計技術及其FPGA/IP核實現技術。這也是我們將EDA技術與DSP技術這兩門課作為這個方向的專業課程的原因。
課程改革思路
首先是微機原理與單片機這兩門課，目前我們開設《微機原理與接口技術》理論課54課時，實驗課18課時，《單片機原理及其應用》理論課54課時，實驗課18課時，課程設計36課時。微機原理課程主要是幫助學生理解一款微型計算機的工作原理、結構、匯編語言編程及其接口電路，為以后的進一步學習不同的CPU以及計算機應用打下基礎。目前我們的教學還是以8086/8088作為微機原理主講芯片，其難度較大，與實驗教學和學生在課外的實際應用（如參加電子設計系列競賽、制作小作品、畢業論文、課程設計等）脫節，教學效果不理想。
隨著半導體技術的進步，處理器從單核時代進步到了多核時代，并且將來處理核的數目將會越來越多。隨著多核技術的發展，可能不久的將來大多數的軟件開發都將以多核芯片為基礎硬件平臺，隨之而來的是編程語言、數據結構、算法理論、軟件工程等都將隨著多核的出現而進行修訂，對我們專業而言，要考慮的主要是計算機硬件方向的課程設置要進行調整以適應多核時代的到來。經過調研與研討，我們決定將上述兩門課整合優化為《單片機原理與接口技術》54課時及《多核架構與編程技術》54課時。前瞻性的將多核架構及編程技術引入到獨立學院電子信息工程本科培養方案中，將培養方案中的專業基礎知識進行綜合與升華，幫助學生，順應市場格局變化，接受新技術新理念，建立系統、完整的專業基礎理論體系，培養學生綜合應用能力與創新型思維，提高動手實踐能力，開拓學生的專業學術視野。使我們的學生能順應時代的變化，在硬件、軟件方面能夠更好地了解多核思想及編程技術，以適應高新技術的飛速發展的需要。
其次是EDA技術與數字電路的整合。目前我們開設《EDA技術》理論課34課時，實驗課18課時，課程設計18課時，《數字電路》理論課54課時，實驗課18課時，課程設計36課時。這兩門課在實驗和課程設計的內容上有一定的重復。我們可以將這兩門課整合成一門課《數字電路與VHDL》，理論課72，實驗課18，課程設計36課時，改變原有的教學模式和教學內容，建立新的實驗體系，讓學生感受2種不同的設計方法，擺脫傳統的人工設計方法與思維模式，提高學生的創新意識與競爭能力，適應市場的需要。
最后是ARM嵌入式技術，目前我們以ARM7進行理論教學，以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成開發環境進行實驗，理論課36學時，實驗課18學時，只能滿足低端教學任務。在最初制定教學計劃，大部分ARM系統都是基于ARM7處理器，但是隨著更多應用在嵌入式系統中的實現，嵌入式系統設計向著更高級、更復雜的方向發展，現在基于ARM9處理器的產品越來越多，我們的教學要與時俱進，教學內容也要進行升級為以ARM9進行教學。從ARM體系結構的教學內容上看，ARM9的指令集完全兼ARM7，教學上沒有任何區別。并且學生們面對的編程模型和架構基礎也保持一致。
本校電子信息工程專業實行3+1培養模式，所有課程安排在大一到大三完成，大四學生全部參加實習，現有培養方案中，專業基礎課排在第三、四學期，專業課基本壓縮在第五、六學期，比如上面提到的微機原理安排在第五學期，單片機、EDA技術、ARM嵌入式技術安排在第六學期。通常在第六學期，一部分學生忙于考研，一部分學生忙于找工作，精力沒有全部用于學習專業知識上，但是，經過上面的整合后，我們可以將單片機以及ARM嵌入式技術提前一個學期，再將EDA技術提前兩學期，讓學生們在整個大學的學習過程中，盡早的接觸到專業課程，提高學生們的學習興趣，這不僅可以讓一部分想參加電子設計系列競賽的同學可以盡早的進行系統學習，也可以讓準備考研和找工作的同學投入更多精力學習專業知識。
參考文獻
嵌入式課程設計總結范文第2篇
關鍵詞 嵌入式系統;教學改革;課程建設
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2010)18-0039-02
Teaching Reform and Practice for Embedded System Course in Application-oriented Colleges//Zhang Wenfen, Gao ShouPing, Lu Wukui
Abstract This paper introduces the characteristics of embedded system course and the problems embedded system teaching faced in application-oriented colleges. According to the teaching reform and practice of our school, this paper proposes the corresponding reform measurements from the aspects of teaching contents, textbook construction, practice teaching, interest cultivation and teacher staff construction.
Key words embedded system; teaching reform; course construction
Author’s address Faculty of Computer, Xiangnan University, Chenzhou, Hunan, China 423000
嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統[1]。20世紀90年代以來,嵌入式系統軟、硬件技術發展迅速,應用領域逐步擴大,嵌入式技術也成為最熱門、最有發展前途的計算機技術之一。
隨著嵌入式技術人才需求量的增加,許多高校的計算機、電子、通信、自動化等專業都相繼將嵌入式系統課程列入教學計劃。嵌入式系統作為一門較新的課程,其教學內容的選擇、教學模式的確定、實驗教學的組織等問題,依然處于探索階段。
本文主要針對應用型本科計算機專業的嵌入式系統課程教學,對湘南學院在教學改革過程中取得的成果和經驗加以總結,提出一些改革措施和建議。
1 課程目標
目前社會所需的嵌入式人才是掌握電子設計及計算機相關知識的人才,也就是通常所說的硬件工程師和軟件工程師,而其中軟件設計人才約占80%左右[2]。硬件工程師主要由電子技術類專業的人員擔任,軟件工程師則主要為計算機類專業人員。
對于應用型本科計算機專業學生,嵌入式系統課程的教學目標是:通過本課程的學習,使學生了解和掌握嵌入式的基本概念、系統結構和嵌入式系統軟件開發的基本方法;能夠使用開發工具設計開發簡單的嵌入式系統設備驅動程序和應用軟件;為進一步學習和研究嵌入式系統打下基礎。
2 課程的特點
嵌入式系統是一門綜合性很高的計算機專業課程,所需基礎知識較多,涉及內容廣泛,不僅涵蓋軟、硬件技術的很多方面,而且與通信、自動控制、電子等專業知識相關。要求學生具有較好的計算機軟、硬件基礎知識,教學的難度較大。嵌入式系統是一門實踐性很強的課程,只有通過實驗才能真正理解和掌握嵌入式系統開發的方法。
嵌入式系統具有非壟斷性的特點,沒有哪一個系列的處理器和操作系統能夠壟斷市場。主流產品的多樣性決定了嵌入式教學內容的多選擇性,各高校講授的處理器和操作系統不盡相同,配備的實驗平臺也不一樣。
3 課程改革與實踐
3.1 教學中存在的主要問題
基于嵌入式系統課程的上述特點,嵌入式系統教學普遍面臨一些困難,存在一些問題,了解這些問題有利于在教學環節有針對性地采取措施進行改進。主要問題有:內容多,課時少;沒有統一的經典教材;實踐能力培養不夠,實驗課時不足,過于依賴實驗箱;學生對此課程的興趣小;師資力量較弱;等等。
3.2 相應的課程建設與改革實踐
1)教學內容選擇。2004年IEEE和ACM對計算機類本科教育的課程體系進行設置時指出,嵌入式系統課程應包括以下內容:嵌入式的發展歷程和概述、嵌入式微處理器、嵌入式軟件設計、實時操作系統、低功耗計算、系統可靠性設計、設計方法學、嵌入式系統設計工具、嵌入式多處理器系統設計、網絡化嵌入式系統、接口和混合信號系統等。講授全部這些內容是不切實際的。目前,各高校嵌入式系統課程多為32～48課時,湘南學院為50課時,即便只講授其中的基礎和核心內容,課時安排也非常緊張。
根據課程目標的要求,有所側重地選擇教學內容,以軟件開發為主,包括應用軟件和驅動程序開發,放棄硬件設計內容。并且在多種處理器、操作系統中選擇主流、有發展前景的ARM微處理器和嵌入式Linux作為主要授課內容,不貪多貪全。教學內容包括主要的開發過程和技術,用少量簡單例子說明各環節的相關知識和開發方法。不追求多和復雜,而重視來龍去脈,既讓學生有全局觀,便于知識擴展和課后自學,又不會讓多、難、復雜的內容嚇跑學生。湘南學院嵌入式系統課程的教學內容如表1所示。
2)教材建設。確定了教學內容之后,應該根據教學內容為學生選擇一本合適的教材,教材應當包含盡可能多的教學內容,并且在教學內容的基礎上有所擴展。目前并沒有統一的經典教材可供使用,現有的教材多但不實用。解決方法:選購現有教材+試驗箱提供的教材+自己補充內容。湘南學院選用的教材是《基于ARM嵌入式Linux應用開發與實例教程》[1],補充內容主要包括嵌入式系統概述、匯編語言和C語言混合編程、簡單的啟動程序和Linux常用命令,以及一些例子程序。此外,結合學院實際情況,積極展開自編教材和實驗指導書的相關工作。
3)實踐教學。針對嵌入式課程實踐性強的特點和實驗課時普遍偏少的現狀,引入“Learning by Doing”的教學思想,適當提高實驗課比例。建議將總學時的3/4安排為實驗課,把與實驗直接相關的理論帶到實驗課上講解。理論課占總學時的1/4左右,主要講授基礎知識、基本原理,比如第一章的全部和第二、三章的大部分內容。另外,對學生開放實驗室也可以彌補實驗課時的不足,提高學生動手能力,特別是對于進行嵌入式課程設計和畢業設計的高年級學生。
在實驗教學中還存在過于依賴實驗箱的問題,學生只需按照試驗箱自帶的實驗指導書的步驟一步一步操作就可以輕松完成實驗。實驗箱就像一個“黑盒子”,學生對其中的功能實現不甚了解。針對這種情況,建議任課教師將實驗箱現有的例子程序作為參考例題,對題目進行一些修改后再作為學生的實驗題。包括實驗箱提供的驅動程序,不宜全部作為“黑盒子”直接調用,而是讓學生編寫最簡單的一兩種設備(比如LED和串口)的驅動,以了解驅動程序的開發方法。
4)興趣培養。興趣是最好的老師,只有學生對這門課程有了興趣,才會有更高的學習熱情和積極性,才能有更多收獲。為了提高學生對嵌入式系統課程的興趣,采取下面的幾條措施。
①在理論教學中,選擇簡單、基礎、易于理解的內容及實際應用中最常用到的內容來講解,難以理解和非常用的內容則盡量不涉及,以減少學生學習時的挫折感。
②在實驗環節,教師布置的實驗題目要集知識性、趣味性于一體,使學生能夠把所學的知識運用到解決一些趣味性的問題上,變被動學習為主動學習[3]。
③提前布置課程設計題目。在課程的前期就把課程設計的選題公布給學生,并且在其后的教學中盡量以課程設計中需要用到的功能作為例題或者實驗題,讓學生帶著問題和需求學習。
④注意發現對嵌入式系統有興趣的學生,提議他們將嵌入式系統設計作為畢業設計的選題之一。此外,鼓勵這部分學生參加大學生電子設計大賽等活動的嵌入式系統設計大賽,這樣既可以發掘和進一步培養嵌入式系統的人才,又可以通過這部分學生帶動其他學生的積極性。
5)師資隊伍建設。嵌入式系統的發展速度快,課程的實踐性強。嵌入式系統課程教師不僅應該具備扎實的理論基礎,還應具有較為豐富的實踐經驗。針對教師理論基礎扎實但實踐經驗不足的情況,學院采取“把授課教師送出去”的措施,選送教師到公司或者研發能力強的高校進行短則幾天、長則半年到一年的進修學習。到目前為止,大部分授課教師都有外出學習和培訓的經歷,極大地提高了教師的實踐能力。另外,學院也在積極爭取“把實際項目請進來”,由教師組成開發團隊進行開發,進一步豐富教師的項目經驗。只有具備豐富的實踐經驗,教師才能在教學中理論聯系實際,把握重點,激發學生的興趣,取得更好的教學效果。
4 結束語
上述改革措施已在學院的教學實踐中發揮了積極作用,顯示出成效,對各院校的嵌入式系統課程教學模式改革和課程建設具有一定的借鑒意義。不同院?？梢愿鶕陨砑皩W生的特點,選擇教學內容,調整教學方式,培養出更優秀的嵌入式系統的人才。
參考文獻
[1]林曉飛,劉彬,張輝.基于ARM嵌入式Linux應用開發與實例教程[M].北京:清華大學出版社,2007
嵌入式課程設計總結范文第3篇
[關鍵詞]RFID射頻識別技術物聯網教學改革
中圖分類號：D68 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）04-0267-01
0 引言
射頻識別是無線電頻率識別（Radio Frequency Identification，RIFD）的簡稱，即通過無線電波進行識別。[1]RFID射頻識別技術是當前熱點技術之一，也是物聯網的基礎之一，它能夠在不需要人工干預的情況下，自動完成物品信息的采集、處理和識別等功能，給交通、安全、銷售、管理和物流等領域帶來了巨大的變革，也為我國信息化建設做出了巨大的貢獻。RFID射頻識別技術作為物聯網專業的核心課程之一，是一門理論性和實踐性都很強的課程，RFID射頻識別技術不但能夠結合之前的嵌入式系統應用技術的相關知識，還能為后續的畢業設計打下良好地基礎，對物聯網專業學生的實踐能力和理論知識體系的培養至關重要。
1“RFID射頻識別技術”課程的教學模式
1.1 理論教學模式
“RFID射頻識別技術”課程的理論教學方法如下：首先，簡單學習RFID射頻識別技術中的一些基本概念和基本原理，主要包括RFID射頻識別技術的概念、特點、基本工作原理和應用系統構架；其次，重點剖析RFID射頻識別技術的基礎理論和行業相關標準，主要包括射頻前端電路的原理、編碼和調制、數據校驗、防碰算法、數據傳輸的安全性以及ISO/IEC標準這幾部分；最后，從應用的角度出發，分別從軟硬件角度介紹125kHz、13.56MHz、900MHz和2.4GHz@四個頻率下的閱讀器、應答器以及天線的設計方法。
通過本課程的理論知識的學習，使得學生能夠熟悉RFID射頻識別技術的概念和工作原理，在理論教學的過程當中通過采用典型案例分析的方法，比如學校食堂飯卡、圖書館管理以及公交車刷卡等生活中經常使用和隨處可見的案例，使學生通過案例理解進而掌握RFID射頻識別技術在各個領域的應用、設計方法和開發過程等，逐步培養學生掌握RFID射頻識別技術的系統集成設計以及相應的分析能力，并通過實踐環節設計和搭建實際的射頻識別應用系統，為將來的畢業設計、參加工作和增加就業競爭力打下良好的基礎。[2]
1.2 實踐教學模式
實踐教學是“RFID射頻識別技術”課程中至關重要的一部分，實踐教學不僅是培養學生應用能力的重要組成部分，而且實踐教學必須以理論教學為依據，只有兩者相結合才能讓學生更好地去理解和應用RFID射頻識別技術。實踐教學是在本校的物聯網實驗室中進行的，主要包括RFID射頻識別技術基礎實驗和RFID射頻識別技術課程設計兩大部分，通過這兩部分的實踐教學來鞏固學生的理論知識并提高學生的實踐能力。
實驗部分的教學一方面由教師向學生演示物聯網智能家居中的門禁系統，以及通過原理機基礎實驗和原理機通信協議實驗的學習，原理機基礎實驗包括通過示波器查看RFID系統載波的產生、RFID系統的編碼、RFID系統的信號功率放大、RFID系統副載波解調、RFID系統包絡檢波、RFID系統數據速率選擇和RFID系統天線等基礎實驗，原理機通信協議實驗包括CRC計算實驗、讀單個Block實驗、寫單個Block實驗、讀多個Block實驗、寫多個Block實驗、標簽選擇命令實驗和復位命令實驗，讓學生能夠對RFID射頻識別技術的理論知識和實際應用有個直觀的認知；另一方面是讓學生使用應用型RFID實驗箱中的125kHz、13.56MHz、900MHz和2.4GHz這四個頻率模塊分別進行尋找標簽實驗、識別單個標簽實驗、識別多個標簽實驗、讀取標簽實驗、寫入標簽實驗以及標簽的防碰撞實驗，并結合嵌入式開發環境搭建、Qt開發環境搭建和嵌入式串口通信這三個嵌入式系統應用技術的相關實驗，通過LCD液晶顯示器觀察不同頻率下的實驗結果，通過這幾個頻率模塊下的實驗讓學生更好地理解在不同頻率下的應答器和閱讀器的工作原理、通訊協議、RFID兩個常用標準、選擇方法以及相應的應用領域，還能進一步鞏固之前嵌入式系統應用技術課程的知識。通過實驗部分的學習，一方面鞏固了之前的理論課程的學習，另一方面為后續的課程設計也打下扎實的基礎。
課程設計部分采用讓學生分組進行一個實際應用設計的方法來加強學生的綜合能力和合作能力，每組學生可以根據自身的特點選擇自己比較擅長的模塊，課程設計部分的題目如下：圖書館管理系統、超市會員卡管理系統、ETC充值系統、商品溯源系統和校園一卡通系統，通過課程設計部分讓學生掌握RFID射頻識別技術的基本設計原理、流程和方法，學生在這部分的學習當中不但能夠發揮自己的長處，提高學習興趣、增強自信心，還能夠互相學習和溝通，增加學生之間的感情。實踐教學方案如圖1所示[3]。
2 “RFID射頻識別技術”課程的教學改革與實現
“RFID射頻識別技術”課程的教學改革主要從考核方式這方面進行全面改革，由于傳統的考核方式都是采用期末考試作為檢驗學生掌握情況的標準，這種考核方法嚴重忽略了學生的實踐能力，導致學生在實踐環節出現不學習、不認真和不動手的情況。針對這種情況，改革后的“RFID射頻識別技術”課程的考核主要由學生的平時實踐環節和最后的筆試環節兩部分構成，實踐環節不但包括要檢查學生的實驗運行結果和相應的軟件程序代碼，針對不同的實驗還包括相應的答辯環節，這個環節主要要求學生回答教師和其他學生針對于設計提出的問題，通過學生的答辯來檢查學生的學習效果，并計入到最后的考核成績當中。
通過這種考核方式能夠提高學生學習的積極性和學習興趣，能夠讓學生主動參與到教師的教學過程當中，積極與教師和學生進行溝通交流，進而提高學生的實踐能力，也能更好地鞏固理論基礎。當然，教師在整個教學過程中也要多學習，多參加一些相關的培訓和研討會議來提高自身的知識水平和實際應用能力，能夠更好地指導學生，而且針對學生在實際的上課過程當中遇到的問題要及時調整教學方法，這樣才能更好地幫助和指導學生。
2 總結
“RFID射頻識別技術”是物聯網專業的核心課程之一，該課程不僅對學生之前所學習的知識進行了延續和鞏固，還對學生的后續學習、實踐能力、畢業設計和就業前景都具有一定的影響。本文結合我校物聯網專業學生的實際學習情況，從理論教學和實踐教學兩部分對這門課程進行了探索和改革。同時，教師在教學的過程當中也要不斷地總結教學經驗，積極參與相關培訓和研討，與時俱進，緊跟時代步伐，對學生認真負責，以便學生能夠勝任物聯網專業的技術和就業需求。
參考文獻
[1] 單承贛，單玉峰，姚磊.射頻識別（RFID）原理與應用[M].北京：電子工業出版社.2015（7）.
嵌入式課程設計總結范文第4篇
關鍵詞:計算機;嵌入式;教學;ARM
嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統[1]。它一般由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統以及用戶的應用程序等四部分組成,用于實現對其他設備的控制、監視或管理等功能。嵌入式系統因體積小、可靠性高、功能強、靈活方便,其應用已深入到各個領域[2]。每年全球嵌入式系統帶來的相關工業產值已超過1萬億美元。嵌入式系統是當前最熱門最有發展前途的IT應用領域之一[3]。針對市場對嵌入式人才的巨大需求,許多高校的計算機,通信、電子、自動化等專業都相繼開設了嵌入式系統的相關課程。嵌入式系統作為高校新興的一個專業方向,如何開展“嵌入式系統”教學,以達到學習嵌入式技術知識、掌握嵌入式系統基本開發方法和應用的目的,是很多高校都在思索的問題。
本文首先分析了目前“嵌入式系統”教學普遍存在的一些問題,然后對本科院校計算機專業嵌入式系統方向的教學和課程設置應解決的主要問題進行了探討,最后,結合教學實踐,總結了一些教學經驗。
1“嵌入式系統”教學中存在的問題
由于各高校開設“嵌入式系統”課程的時間并不長。目前,各高校在教學中都處于探索階段,存在如
下一些亟待解決的問題。
1.1缺少高質量的教材
因為嵌入式技術往往和行業背景結合緊密,所以高校在選用課程教材時,應考慮理論和實踐應用相結合、面向應用的教材,只有選用這類教材,教學才不會和實踐應用脫節,陷入空洞的理論講解。但通過近幾年的教學實踐和市場調研發現,由于新技術日新月異,相應教材的更新速度很難趕上技術更新的速度,這也導致了很難找到一套普遍適用的系列教材,給教學帶來一定不利影響。
1.2內容深度不夠
嵌入式系統是一門很新的技術,目前雖然很多高校開設了這方面的課程,但是師資往往沒有同步跟上,很多教師都是從單片機教學轉型而來,缺少嵌入式系統相關技術的系統培訓,在短期內無法跟上新技術變革,因此出現教學內容廣度有限,深度不夠的現象。
1.3缺少實踐性
嵌入式系統技術是一門實踐性很強的技術,實踐是教學的重要環節。如指令編程、驅動程序設計、內核的移植設計和應用等知識的學習,需要學生通過大量的實踐環節來加深理解和掌握。但是目前很多高校在開設“嵌入式系統”課程時,缺少相應的實驗設備,沒有與工程實際應用密切結合的課程設計和畢業設計,使得學生實踐能力不強,學習沒有興趣,達不到應有的效果,學生發展后勁不足。
2計算機專業“嵌入式系統”教學的一些思考
嵌入式系統的特點是涉及知識面廣,綜合性、實踐性強,學科發展快,因而學習難度大。不同的專業有不同的特點,對于計算機專業開設“嵌入式系統”課程而言,不能簡單的照搬其它專業的“嵌入式系統”教學模式,必須根據計算機專業學生和課程特點量身打造適合本專業的教學模式。經過近幾年的教學實踐發現,對于計算機專業開設“嵌入式系統”課程,若想達到良好的教學效果,需要先解決以下幾個方面的問題。
2.1選擇ARM芯片還是其它芯片
構成嵌入式系統的核心之一是嵌入式處理器?？梢宰鳛榍度胧教幚砥鞯闹髁餍酒蠥RM、微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、數字信號處理器(DSP)等。目前在嵌入式領域中廣泛應用的是ARM系列芯片。ARM處理器具有高性能、低功耗、低成本的特征[4]。作為世界第一大IP知識產權廠商,ARM公司本身不直接生產芯片,而是靠轉讓設計許可,將其設計的芯片知識產權授權給其他公司,由合作公司生產各具特色的芯片。可以說,ARM公司引發了嵌入式領域的一場革命,在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位,是目前32位市場中使用最廣泛的微處理器[5]。目前,ARM已經成為移動通信、手持計算設備、多媒體數字消費等嵌入式應用的RISC(精簡指令集計算機)標準。因此,學習以ARM為核心芯片架構的嵌入式技術具有非常廣闊的前景。基于ARM芯片的應用廣泛性,在教學實踐中,應選擇ARM作為學習嵌入式系統的重點內容。
2.2選擇ARM7還是ARM9
眾所周知,ARM7的教學偏重于硬件,ARM9的教學偏重于軟件。談到計算機專業開設“嵌入式系統”課程,大家自然就會選擇ARM9。于是,現在各高校計算機專業在引進“嵌入式系統”教學實驗箱時,一種流行的趨勢是普遍采用ARM9核的實驗箱,一方面體現了教師們迫切希望讓學生能接觸最先進的、實用的、前沿技術的良好用心,另一方面也暴露了一
些認知上不足之處,因為這種追求高端設備的做法并非適合計算機專業。ARM7作為學習ARM9的基礎,如果讓學生跳過ARM7而直接學習ARM9是比較困難的,也達不到良好的學習效果。因此,計算機專業的“嵌入式系統”教學也離不開ARM7這一教學環節,因為一個從事基于ARM9的嵌入式Linux或Windows CE軟件開發的程序員,如果沒有扎實的硬件理論,硬件設計和制作基礎,是很難勝任的。此外,計算機專業的學生還有部分人將從事基于實時操作系統的軟件設計,這也是離不開對ARM7的學習的。有鑒于此,我們完全有理由在教學中著重強調ARM7的重要性。
基于上述原因,我們認為ARM9教學偏重于軟件,ARM7教學偏重于硬件,二者是互補的。對計算機專業而言,最好能在課時允許的條件下,兩方面的課程都能開設。我們的做法是:教學中側重于ARM7,而科研中側重于ARM9。這種做法經教學實踐證明是可行和有效的。
2.3選擇嵌入式Linux操作系統還是其它操作系統
目前,嵌入式操作系統可選范圍很大,成熟的嵌入式操作系統有嵌入式Linux系列、Windows CE系列和眾多的實時操作系統。Linux操作系統用于嵌入式系統,產生了幾個不同的版本,重要包括µClinux、嵌入式Linux和RTLinux等,其中µClinux適用于處理器內沒有MMU(內存管理單元)的ARM處理器,RTLinux則側重改善Linux的實時性,而嵌入式Linux除了在圖形和文件系統上與桌面Linux有所不同外,內核本身并無差別,因此作為內核一部分的網絡功能與桌面Linux的一樣強大。Linux作為一種開放源代碼的操作系統,在嵌入式領域應用越來越廣泛。因此,在實際教學中選擇嵌入式Linux操作系統是非常合適的,既不存在版權問題,可以免費使用,同時其開源性,有利于創新性人才的培養。在嵌入式操作系統教學中,應以嵌入式Linux操作系統作為講授和學習的重點。
另外,“嵌入式系統”課程可以說是整個計算機學科的綜合,它基本上涉及了計算機學科的方方面面,包括硬件方面、軟件方面和網絡方面等。這就要求學生在學習嵌入式系統之前,首先學好這些方面的課程,打下了良好的基礎,才能把嵌入式系統的相關內容學好。
3教學實踐經驗
在“嵌入式系統”教學實踐中,除了注重課堂教學效果外,還需要采用多樣化的輔助教學手段,全面提高課程的教學效果。
嵌入式課程設計總結范文第5篇
關鍵詞：嵌入式Linux；體系結構；課程研究
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0070-02
近年來嵌入式Linux系統發展較快，在中國，以Linux為基礎的嵌入式操作系統也很活躍，其中中軟Linux、紅旗Linux、東方Linux是業界的代表。嵌入式Linux系統的應用范圍很廣，尤其隨著智能手機及物聯網系統的發展，基于嵌入式Linux系統的電子產品已進入人們的生活，如基于Linux的Android系統，基于Linux的智能家居系統、物聯網系統，3G行業應用如移動視頻監控-車輛應急指揮調度、遠程的區域監測、安防領域、移動電子商務等。嵌入式Linux是把Linux內核移植到一個專用嵌入式設備的CPU和主板上。嵌入式Linux和桌面Linux提供的API函數與內核源代碼都是相同的，嵌入式Linux開發主要通過在桌面Linux利用源碼編輯器如vi編寫源代碼，通過交叉編譯器編譯出能在嵌入式開發平臺如手機、機頂盒或智能家居等產品上運行的可執行文件。嵌入式Linux開發的工具還包括調試器、CVS等項目管理軟件等。
一、嵌入式Linux設計課程概述
嵌入式Linux設計是電子信息專業及相近專業的一門專業課，其目的是使學生了解主流嵌入式系統開發軟件嵌入式Linux驅動程序的設計和開發過程。學生熟悉掌握嵌入式系統常用的硬件接口時序、電氣特性；掌握針對硬件的Linux驅動程序實現方法，包括I/O口、CAN總線、觸摸屏、IIC、異步串口、音頻、顯示、USB、以太網及Flash的使用及驅動程序的編寫。[1]熟悉嵌入式Linux的中斷處理、Boot Loader和內核電啟動過程。圖1為嵌入式Linux系統架構圖。
二、嵌入式Linux設計課程研究
1.嵌入式Linux系統體系結構
（1）嵌入式Linux系統硬件組成。核心板：采用高性能嵌入式處理器、Mobile DDR、NAND Flash、NOR Flash；電路：帶觸摸屏真彩色寬屏LCD、USB HOST、UART，RS232端口、立體聲語音輸出、耳機、自適應10/100M網卡、板載GSM/GPRS模塊、步進電機電路模塊，搭載射頻模塊；擴展模塊：主/從藍牙模塊、Zigbee模塊、傳感器部分。
（2）軟件組成。操作系統：Linux2.6.21，Linux2.6.38。引導程序：U-boot.1.1.6。圖形界面：QT 4.6。嵌入式Linux系統的開發流程。元器件選型：根據要實現的系統功能及目前市場上可選用的元器件來設計電路。原理圖編制：用Protel等相關電子CAD工具將設計好的電路圖在電腦中繪制出來。印制板設計：在Protel等工具中畫好芯片及電阻、電容等封裝，將原理圖轉換成PCB板圖，并完成布線。樣板試制：把PCB板圖進行制板，并焊接好相應元器件。硬件功能測試：在焊接元器件時要按功能模塊順序焊接，焊接好一個模塊后接著測試其功能，發現問題及時解決。如通過USB供電模塊對應的USB接口及降壓芯片、電阻、電容等焊接完后，將USB接口插到電腦USB接口處，并通過萬用表測量USB接口引腳電壓，如果顯示5V即為正確電壓，說明電路設計及焊接都成功。如果以后其他部分出現問題時可以排除這部分芯片的嫌疑。編寫引導程序：分匯編語言部分和C語言部分，實現硬件初始化和引導操作系統的功能。操作系統移植：在官網下載最新Linux版本，根據本設備硬件配置裁剪Linux源代碼并修改。文件系統：沒有文件系統，內核不完整，最后內核啟動后要找文件系統，如果沒有文件系統會提示失敗。通過文件系統管理硬盤，下載應用程序。驅動程序編寫：用戶程序無法直接操作用戶態，要用中間層軟件―設備驅動程序。用戶程序必須通過系統調用，間接調用驅動程序訪問硬件。API設計與開發：API設計是為了讓應用程序員在開發時更方便，提供了繪圖接口函數、文件接口函數及控件函數等。應用程序設計：根據功能需求設計如手機游戲、PDA基本管理功能、機頂盒信號處理等。[2]系統聯調：產品所有功能設計好后，整體加載到硬件設備中，調試其功能穩定性。樣機支付：加工外殼，封裝好設備，可以投入市場。
該部分要在課程講解的基礎上帶領學生通過實踐課或課程設計完成一項電子產品的整體設計，讓學生真正體會到嵌入式產品是什么，怎么移植嵌入式Linux系統。
2.引導程序
引導程序Bootloader是系統加電后運行的第一段代碼，也就是在內核啟動前運行的第一段程序。引導程序的功能：初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖。將操作系統內核映像從Flash內拷貝到RAM中，然后跳轉到內核的入口點去運行，即啟動操作系統。常見的Bootloader有Vivi、Blob、Redboot和U-Boot。下面介紹U-Boot的啟動流程：
（1）第一階段。依賴于CPU體系結構的代碼，用匯編來實現：系統上電后進入svc模式；關閉看門狗禁止所有中斷；進行初級硬件初始化后將自身代碼拷貝到SDRAM中；設置堆棧、清空bss段，最后跳轉到C語言實現的第二階段中。
（2）第二階段。設置參數引導內核，并跳轉到內核入口處。通常用C語言來實現，可以實現復雜的功能，并具有很好的可讀性和可移植性。
該部分的源代碼量比較少，涉及到ARM匯編和C語言編程，是整個系統中的第一段代碼，很重要，需要帶著學生從第一行代碼開始逐行剖析。
3.嵌入式Linux內核
分析內核源碼：包括初始化Cache、Mum等設置；內核解壓函數；非壓縮內核啟動匯編段。內核移植：修改與具體的硬件構架和開發板類型相關的文件代碼，如.config文件。選擇相近的demo板，可以最大實現代碼重用，在此基礎上進行必要的修改。對不同類型的NAND Flash、網卡、YAFFS FLASH進行移植修改。Linux代碼量很大，該部分的學習重點是如何移植Linux到嵌入式平臺上，如何裁剪代碼。
4.設備驅動程序
上層應用程序是通過驅動程序使用底層硬件。應用程序使用標準庫調用，用戶程序必須通過系統調用，間接調用驅動程序訪問硬件。每個硬件接口不一樣，由內核提供黑匣子接口屏蔽用戶。設備驅動程序分為字符設備驅動程序（包括各種串行接口、并行接口等）、塊設備驅動程序（包括磁盤設備等）、網絡設備驅動程序（包括網卡等）及雜項設備驅動程序（如SCSI、時鐘等）。[3]驅動程序代碼也是以移植修改為主，根據新增加接口及設備型號修改廠商支持的原有程序代碼。
5.文件系統
Linux中一切皆文件，所有的設備、內存都模擬成文件。Linux的文件系統包括四種：命名空間、API（用來便利和操作對象的一套系統調用）、安全模型（用來保護、隱藏和共享事物的方案）和實現（把邏輯模型同實際硬件聯系到一起的軟件）。建立在Flash上的文件系統包括EXT2、Jffs2、yaffs、CRAMFS、proc等文件類型。Linux下的文件分成五種文件類型：字符設備、塊設備、連接、普通文件和目錄。
構建嵌入式文件系統先構建根文件目錄，文件系統通過busybox工具集來制作目錄和根文件系統，通過mk命令做成crmafs只讀根文件系統鏡像，最后燒寫根文件系統。
6.圖形界面
QT是現在流行的跨平臺的C++圖形用戶界面（GUI）工具包。通過QT能設計2D、3D等多種界面圖形。在QT程序中，利用信號和插槽機制進行對象間的通信。QT有Windows版本，可以在Windows操作系統中開發后通過交叉編譯后移植到嵌入式Linux環境中。[4]在設計嵌入式Linux界面時使用Windows QT4.0在Windows環境下開發，屬于可視化界面，不用通過代碼創建控件，通過工具可以直接拖拉控件到窗口中，簡單方便。
三、嵌入式Linux的發展方向
嵌入式Linux發展的前景非常好，但是人才的缺乏已經成為當前制約嵌入式Linux發展的瓶頸。一方面，因為嵌入式人才領域門檻較高，從事嵌入式軟件開發的工作人員不僅要熟練掌握C/C++、匯編語言等基礎，而且對Linux內核和底層驅動程序及硬件都要熟悉。另一方面，因為這一領域較新，目前發展太快，很多軟硬件技術出現時間不長，如ARM11/A8處理器、嵌入式Linux操作系統、無線通信協議、移動USB3.0高速傳輸等，目前國內乃至國際上能夠掌握這些新技術的人才相當匱乏。所以近幾年包括未來幾年，市場對嵌入式Linux人才的需求都非常旺盛。
四、總結
嵌入式Linux設計課程涉及嵌入式Linux系統構建、驅動開發、內核移植、根文件構建、應用及圖形開發。嵌入式Linux設計還可以增加系統管理部分內容，如服務器管理、數據庫管理、網絡配置、防火墻配置與管理、日志管理及維護等。隨著Linux操作系統的完善和發展，以嵌入式Linux為內核的嵌入f系統也已無處不在。數字化、智能化使傳統設備電子化，具有這些功能的嵌入式Linux操作系統的應用前景會越來越廣，學好該課程對發展嵌入式系統、物聯網技術具有重要意義。
參考文獻：
[1]王小妮.基于嵌入式系列課程的教學改革與探索[J].教育理論與教學研究，2013，（5）.
[2]冼進.嵌入式Linux應用開發詳解[M].北京：電子工業出版社，
2007.
