嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)
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嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)范文第1篇
關(guān)鍵詞：獨(dú)立學(xué)院嵌入式課程設(shè)置課程改革優(yōu)化
中圖分類號(hào)：G423.04
引言
以我校（武漢長(zhǎng)江工商學(xué)院）為例，電子信息工程專業(yè)主要培養(yǎng)能在信息通信、電子技術(shù)、智能控制、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域和行政部門從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)的科學(xué)研究、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝制造、應(yīng)用開發(fā)和技術(shù)管理的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，因此，我們以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)制定了培養(yǎng)方案。
課程設(shè)置現(xiàn)狀
在我們的培養(yǎng)方案中，除了專業(yè)基礎(chǔ)課程（C語言程序設(shè)計(jì)、電路分析、電工基礎(chǔ)、數(shù)字電路、模擬電路）外，有兩條主線：嵌入式方向與信號(hào)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(xué)生的基礎(chǔ)以及培養(yǎng)方案總課時(shí)的要求，最終選擇了嵌入式與信號(hào)處理兩個(gè)方向，當(dāng)然，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，以后的培養(yǎng)方案可能會(huì)考慮微電子等較新的方向。
之所以選擇嵌入式硬件方向?yàn)槲覀兊囊粭l主線是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)是當(dāng)前很熱門而且很有發(fā)展前景并且對(duì)于學(xué)生而言也是比較好就業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。嵌入式系統(tǒng)在智能化家居、家電，汽車電子、醫(yī)療、交通等各個(gè)方面都有應(yīng)用，我們的生活已經(jīng)離不開嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是軟硬結(jié)合的技術(shù)，我們以硬件設(shè)計(jì)為主設(shè)置了我們的課程如下：
表1：嵌入式方向的課程設(shè)置
圍繞ARM嵌入式技術(shù)這門課，還有微機(jī)原理、單片機(jī)、EDA、DSP等課程及相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
學(xué)習(xí)了微機(jī)原理和單片機(jī)這兩門課后再學(xué)習(xí)嵌入式，學(xué)生更容易入門，因?yàn)榍度胧奖旧硎菑膯纹瑱C(jī)發(fā)展而來，并且在微機(jī)原理與單片機(jī)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(tǒng)除了了解ARM處理器工作原理和接口技術(shù)還要了解ARM的匯編指令系統(tǒng)。
考慮到嵌入式開發(fā)的發(fā)展方向與相關(guān)領(lǐng)域，我們還設(shè)置了EDA技術(shù)與DSP技術(shù)兩門課。數(shù)字圖像壓縮技術(shù)是嵌入式的應(yīng)用領(lǐng)域之一，主要是掌握MPEG編解碼算法和技術(shù)和DSP技術(shù)，另外，為追求更高速的信號(hào)處理速度，現(xiàn)在一些速度要求較高場(chǎng)合，有不少公司是將一些DSP算法用硬件來實(shí)現(xiàn)，這就涉及到HDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)技術(shù)及其FPGA/IP核實(shí)現(xiàn)技術(shù)。這也是我們將EDA技術(shù)與DSP技術(shù)這兩門課作為這個(gè)方向的專業(yè)課程的原因。
課程改革思路
首先是微機(jī)原理與單片機(jī)這兩門課，目前我們開設(shè)《微機(jī)原理與接口技術(shù)》理論課54課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18課時(shí)，《單片機(jī)原理及其應(yīng)用》理論課54課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18課時(shí)，課程設(shè)計(jì)36課時(shí)。微機(jī)原理課程主要是幫助學(xué)生理解一款微型計(jì)算機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、匯編語言編程及其接口電路，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)不同的CPU以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。目前我們的教學(xué)還是以8086/8088作為微機(jī)原理主講芯片，其難度較大，與實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生在課外的實(shí)際應(yīng)用（如參加電子設(shè)計(jì)系列競(jìng)賽、制作小作品、畢業(yè)論文、課程設(shè)計(jì)等）脫節(jié)，教學(xué)效果不理想。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，處理器從單核時(shí)代進(jìn)步到了多核時(shí)代，并且將來處理核的數(shù)目將會(huì)越來越多。隨著多核技術(shù)的發(fā)展，可能不久的將來大多數(shù)的軟件開發(fā)都將以多核芯片為基礎(chǔ)硬件平臺(tái)，隨之而來的是編程語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法理論、軟件工程等都將隨著多核的出現(xiàn)而進(jìn)行修訂，對(duì)我們專業(yè)而言，要考慮的主要是計(jì)算機(jī)硬件方向的課程設(shè)置要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)多核時(shí)代的到來。經(jīng)過調(diào)研與研討，我們決定將上述兩門課整合優(yōu)化為《單片機(jī)原理與接口技術(shù)》54課時(shí)及《多核架構(gòu)與編程技術(shù)》54課時(shí)。前瞻性的將多核架構(gòu)及編程技術(shù)引入到獨(dú)立學(xué)院電子信息工程本科培養(yǎng)方案中，將培養(yǎng)方案中的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行綜合與升華，幫助學(xué)生，順應(yīng)市場(chǎng)格局變化，接受新技術(shù)新理念，建立系統(tǒng)、完整的專業(yè)基礎(chǔ)理論體系，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力與創(chuàng)新型思維，提高動(dòng)手實(shí)踐能力，開拓學(xué)生的專業(yè)學(xué)術(shù)視野。使我們的學(xué)生能順應(yīng)時(shí)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(shù)，以適應(yīng)高新技術(shù)的飛速發(fā)展的需要。
其次是EDA技術(shù)與數(shù)字電路的整合。目前我們開設(shè)《EDA技術(shù)》理論課34課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18課時(shí)，課程設(shè)計(jì)18課時(shí)，《數(shù)字電路》理論課54課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18課時(shí)，課程設(shè)計(jì)36課時(shí)。這兩門課在實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容上有一定的重復(fù)。我們可以將這兩門課整合成一門課《數(shù)字電路與VHDL》，理論課72，實(shí)驗(yàn)課18，課程設(shè)計(jì)36課時(shí)，改變?cè)械慕虒W(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容，建立新的實(shí)驗(yàn)體系，讓學(xué)生感受2種不同的設(shè)計(jì)方法，擺脫傳統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)方法與思維模式，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與競(jìng)爭(zhēng)能力，適應(yīng)市場(chǎng)的需要。
最后是ARM嵌入式技術(shù)，目前我們以ARM7進(jìn)行理論教學(xué)，以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，理論課36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課18學(xué)時(shí)，只能滿足低端教學(xué)任務(wù)。在最初制定教學(xué)計(jì)劃，大部分ARM系統(tǒng)都是基于ARM7處理器，但是隨著更多應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)向著更高級(jí)、更復(fù)雜的方向發(fā)展，現(xiàn)在基于ARM9處理器的產(chǎn)品越來越多，我們的教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，教學(xué)內(nèi)容也要進(jìn)行升級(jí)為以ARM9進(jìn)行教學(xué)。從ARM體系結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容上看，ARM9的指令集完全兼ARM7，教學(xué)上沒有任何區(qū)別。并且學(xué)生們面對(duì)的編程模型和架構(gòu)基礎(chǔ)也保持一致。
本校電子信息工程專業(yè)實(shí)行3+1培養(yǎng)模式，所有課程安排在大一到大三完成，大四學(xué)生全部參加實(shí)習(xí)，現(xiàn)有培養(yǎng)方案中，專業(yè)基礎(chǔ)課排在第三、四學(xué)期，專業(yè)課基本壓縮在第五、六學(xué)期，比如上面提到的微機(jī)原理安排在第五學(xué)期，單片機(jī)、EDA技術(shù)、ARM嵌入式技術(shù)安排在第六學(xué)期。通常在第六學(xué)期，一部分學(xué)生忙于考研，一部分學(xué)生忙于找工作，精力沒有全部用于學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)上，但是，經(jīng)過上面的整合后，我們可以將單片機(jī)以及ARM嵌入式技術(shù)提前一個(gè)學(xué)期，再將EDA技術(shù)提前兩學(xué)期，讓學(xué)生們?cè)谡麄€(gè)大學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，盡早的接觸到專業(yè)課程，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，這不僅可以讓一部分想?yún)⒓与娮釉O(shè)計(jì)系列競(jìng)賽的同學(xué)可以盡早的進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，也可以讓準(zhǔn)備考研和找工作的同學(xué)投入更多精力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)。
參考文獻(xiàn)
嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)范文第2篇
關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng);教學(xué)改革;課程建設(shè)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):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(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。20世紀(jì)90年代以來,嵌入式系統(tǒng)軟、硬件技術(shù)發(fā)展迅速,應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大,嵌入式技術(shù)也成為最熱門、最有發(fā)展前途的計(jì)算機(jī)技術(shù)之一。
隨著嵌入式技術(shù)人才需求量的增加,許多高校的計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)化等專業(yè)都相繼將嵌入式系統(tǒng)課程列入教學(xué)計(jì)劃。嵌入式系統(tǒng)作為一門較新的課程,其教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)模式的確定、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織等問題,依然處于探索階段。
本文主要針對(duì)應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué),對(duì)湘南學(xué)院在教學(xué)改革過程中取得的成果和經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié),提出一些改革措施和建議。
1 課程目標(biāo)
目前社會(huì)所需的嵌入式人才是掌握電子設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)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(shè)計(jì)人才約占80%左右[2]。硬件工程師主要由電子技術(shù)類專業(yè)的人員擔(dān)任,軟件工程師則主要為計(jì)算機(jī)類專業(yè)人員。
對(duì)于應(yīng)用型本科計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生,嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)目標(biāo)是:通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生了解和掌握嵌入式的基本概念、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的基本方法;能夠使用開發(fā)工具設(shè)計(jì)開發(fā)簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件;為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究嵌入式系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。
2 課程的特點(diǎn)
嵌入式系統(tǒng)是一門綜合性很高的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程,所需基礎(chǔ)知識(shí)較多,涉及內(nèi)容廣泛,不僅涵蓋軟、硬件技術(shù)的很多方面,而且與通信、自動(dòng)控制、電子等專業(yè)知識(shí)相關(guān)。要求學(xué)生具有較好的計(jì)算機(jī)軟、硬件基礎(chǔ)知識(shí),教學(xué)的難度較大。嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,只有通過實(shí)驗(yàn)才能真正理解和掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的方法。
嵌入式系統(tǒng)具有非壟斷性的特點(diǎn),沒有哪一個(gè)系列的處理器和操作系統(tǒng)能夠壟斷市場(chǎng)。主流產(chǎn)品的多樣性決定了嵌入式教學(xué)內(nèi)容的多選擇性,各高校講授的處理器和操作系統(tǒng)不盡相同,配備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)也不一樣。
3 課程改革與實(shí)踐
3.1 教學(xué)中存在的主要問題
基于嵌入式系統(tǒng)課程的上述特點(diǎn),嵌入式系統(tǒng)教學(xué)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(xué)環(huán)節(jié)有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行改進(jìn)。主要問題有:內(nèi)容多,課時(shí)少;沒有統(tǒng)一的經(jīng)典教材;實(shí)踐能力培養(yǎng)不夠,實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足,過于依賴實(shí)驗(yàn)箱;學(xué)生對(duì)此課程的興趣小;師資力量較弱;等等。
3.2 相應(yīng)的課程建設(shè)與改革實(shí)踐
1)教學(xué)內(nèi)容選擇。2004年IEEE和ACM對(duì)計(jì)算機(jī)類本科教育的課程體系進(jìn)行設(shè)置時(shí)指出,嵌入式系統(tǒng)課程應(yīng)包括以下內(nèi)容:嵌入式的發(fā)展歷程和概述、嵌入式微處理器、嵌入式軟件設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、低功耗計(jì)算、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具、嵌入式多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)化嵌入式系統(tǒng)、接口和混合信號(hào)系統(tǒng)等。講授全部這些內(nèi)容是不切實(shí)際的。目前,各高校嵌入式系統(tǒng)課程多為32～48課時(shí),湘南學(xué)院為50課時(shí),即便只講授其中的基礎(chǔ)和核心內(nèi)容,課時(shí)安排也非常緊張。
根據(jù)課程目標(biāo)的要求,有所側(cè)重地選擇教學(xué)內(nèi)容,以軟件開發(fā)為主,包括應(yīng)用軟件和驅(qū)動(dòng)程序開發(fā),放棄硬件設(shè)計(jì)內(nèi)容。并且在多種處理器、操作系統(tǒng)中選擇主流、有發(fā)展前景的ARM微處理器和嵌入式Linux作為主要授課內(nèi)容,不貪多貪全。教學(xué)內(nèi)容包括主要的開發(fā)過程和技術(shù),用少量簡(jiǎn)單例子說明各環(huán)節(jié)的相關(guān)知識(shí)和開發(fā)方法。不追求多和復(fù)雜,而重視來龍去脈,既讓學(xué)生有全局觀,便于知識(shí)擴(kuò)展和課后自學(xué),又不會(huì)讓多、難、復(fù)雜的內(nèi)容嚇跑學(xué)生。湘南學(xué)院嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容如表1所示。
2)教材建設(shè)。確定了教學(xué)內(nèi)容之后,應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生選擇一本合適的教材,教材應(yīng)當(dāng)包含盡可能多的教學(xué)內(nèi)容,并且在教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上有所擴(kuò)展。目前并沒有統(tǒng)一的經(jīng)典教材可供使用,現(xiàn)有的教材多但不實(shí)用。解決方法:選購現(xiàn)有教材+試驗(yàn)箱提供的教材+自己補(bǔ)充內(nèi)容。湘南學(xué)院選用的教材是《基于ARM嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)與實(shí)例教程》[1],補(bǔ)充內(nèi)容主要包括嵌入式系統(tǒng)概述、匯編語言和C語言混合編程、簡(jiǎn)單的啟動(dòng)程序和Linux常用命令,以及一些例子程序。此外,結(jié)合學(xué)院實(shí)際情況,積極展開自編教材和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的相關(guān)工作。
3)實(shí)踐教學(xué)。針對(duì)嵌入式課程實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)課時(shí)普遍偏少的現(xiàn)狀,引入“Learning by Doing”的教學(xué)思想,適當(dāng)提高實(shí)驗(yàn)課比例。建議將總學(xué)時(shí)的3/4安排為實(shí)驗(yàn)課,把與實(shí)驗(yàn)直接相關(guān)的理論帶到實(shí)驗(yàn)課上講解。理論課占總學(xué)時(shí)的1/4左右,主要講授基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理,比如第一章的全部和第二、三章的大部分內(nèi)容。另外,對(duì)學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室也可以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)課時(shí)的不足,提高學(xué)生動(dòng)手能力,特別是對(duì)于進(jìn)行嵌入式課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的高年級(jí)學(xué)生。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在過于依賴實(shí)驗(yàn)箱的問題,學(xué)生只需按照試驗(yàn)箱自帶的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟一步一步操作就可以輕松完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)箱就像一個(gè)“黑盒子”,學(xué)生對(duì)其中的功能實(shí)現(xiàn)不甚了解。針對(duì)這種情況,建議任課教師將實(shí)驗(yàn)箱現(xiàn)有的例子程序作為參考例題,對(duì)題目進(jìn)行一些修改后再作為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)題。包括實(shí)驗(yàn)箱提供的驅(qū)動(dòng)程序,不宜全部作為“黑盒子”直接調(diào)用,而是讓學(xué)生編寫最簡(jiǎn)單的一兩種設(shè)備(比如LED和串口)的驅(qū)動(dòng),以了解驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)方法。
4)興趣培養(yǎng)。興趣是最好的老師,只有學(xué)生對(duì)這門課程有了興趣,才會(huì)有更高的學(xué)習(xí)熱情和積極性,才能有更多收獲。為了提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)課程的興趣,采取下面的幾條措施。
①在理論教學(xué)中,選擇簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)、易于理解的內(nèi)容及實(shí)際應(yīng)用中最常用到的內(nèi)容來講解,難以理解和非常用的內(nèi)容則盡量不涉及,以減少學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的挫折感。
②在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),教師布置的實(shí)驗(yàn)題目要集知識(shí)性、趣味性于一體,使學(xué)生能夠把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到解決一些趣味性的問題上,變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)[3]。
③提前布置課程設(shè)計(jì)題目。在課程的前期就把課程設(shè)計(jì)的選題公布給學(xué)生,并且在其后的教學(xué)中盡量以課程設(shè)計(jì)中需要用到的功能作為例題或者實(shí)驗(yàn)題,讓學(xué)生帶著問題和需求學(xué)習(xí)。
④注意發(fā)現(xiàn)對(duì)嵌入式系統(tǒng)有興趣的學(xué)生,提議他們將嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題之一。此外,鼓勵(lì)這部分學(xué)生參加大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大賽,這樣既可以發(fā)掘和進(jìn)一步培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)的人才,又可以通過這部分學(xué)生帶動(dòng)其他學(xué)生的積極性。
5)師資隊(duì)伍建設(shè)。嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展速度快,課程的實(shí)踐性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)課程教師不僅應(yīng)該具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ),還應(yīng)具有較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)教師理論基礎(chǔ)扎實(shí)但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足的情況,學(xué)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(fā)能力強(qiáng)的高校進(jìn)行短則幾天、長(zhǎng)則半年到一年的進(jìn)修學(xué)習(xí)。到目前為止,大部分授課教師都有外出學(xué)習(xí)和培訓(xùn)的經(jīng)歷,極大地提高了教師的實(shí)踐能力。另外,學(xué)院也在積極爭(zhēng)取“把實(shí)際項(xiàng)目請(qǐng)進(jìn)來”,由教師組成開發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā),進(jìn)一步豐富教師的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。只有具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),教師才能在教學(xué)中理論聯(lián)系實(shí)際,把握重點(diǎn),激發(fā)學(xué)生的興趣,取得更好的教學(xué)效果。
4 結(jié)束語
上述改革措施已在學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮了積極作用,顯示出成效,對(duì)各院校的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)模式改革和課程建設(shè)具有一定的借鑒意義。不同院校可以根據(jù)自身及學(xué)生的特點(diǎn),選擇教學(xué)內(nèi)容,調(diào)整教學(xué)方式,培養(yǎng)出更優(yōu)秀的嵌入式系統(tǒng)的人才。
參考文獻(xiàn)
[1]林曉飛,劉彬,張輝.基于ARM嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)與實(shí)例教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007
嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)范文第3篇
[關(guān)鍵詞]RFID射頻識(shí)別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)改革
中圖分類號(hào)：D68 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）04-0267-01
0 引言
射頻識(shí)別是無線電頻率識(shí)別（Radio Frequency Identification，RIFD）的簡(jiǎn)稱，即通過無線電波進(jìn)行識(shí)別。[1]RFID射頻識(shí)別技術(shù)是當(dāng)前熱點(diǎn)技術(shù)之一，也是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之一，它能夠在不需要人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)完成物品信息的采集、處理和識(shí)別等功能，給交通、安全、銷售、管理和物流等領(lǐng)域帶來了巨大的變革，也為我國信息化建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。RFID射頻識(shí)別技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程之一，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，RFID射頻識(shí)別技術(shù)不但能夠結(jié)合之前的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，還能為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好地基礎(chǔ)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力和理論知識(shí)體系的培養(yǎng)至關(guān)重要。
1“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程的教學(xué)模式
1.1 理論教學(xué)模式
“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程的理論教學(xué)方法如下：首先，簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)RFID射頻識(shí)別技術(shù)中的一些基本概念和基本原理，主要包括RFID射頻識(shí)別技術(shù)的概念、特點(diǎn)、基本工作原理和應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)架；其次，重點(diǎn)剖析RFID射頻識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)理論和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括射頻前端電路的原理、編碼和調(diào)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、防碰算法、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸约癐SO/IEC標(biāo)準(zhǔn)這幾部分；最后，從應(yīng)用的角度出發(fā)，分別從軟硬件角度介紹125kHz、13.56MHz、900MHz和2.4GHz@四個(gè)頻率下的閱讀器、應(yīng)答器以及天線的設(shè)計(jì)方法。
通過本課程的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使得學(xué)生能夠熟悉RFID射頻識(shí)別技術(shù)的概念和工作原理，在理論教學(xué)的過程當(dāng)中通過采用典型案例分析的方法，比如學(xué)校食堂飯卡、圖書館管理以及公交車刷卡等生活中經(jīng)常使用和隨處可見的案例，使學(xué)生通過案例理解進(jìn)而掌握RFID射頻識(shí)別技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用、設(shè)計(jì)方法和開發(fā)過程等，逐步培養(yǎng)學(xué)生掌握RFID射頻識(shí)別技術(shù)的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的分析能力，并通過實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)和搭建實(shí)際的射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)，為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加工作和增加就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力打下良好的基礎(chǔ)。[2]
1.2 實(shí)踐教學(xué)模式
實(shí)踐教學(xué)是“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程中至關(guān)重要的一部分，實(shí)踐教學(xué)不僅是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力的重要組成部分，而且實(shí)踐教學(xué)必須以理論教學(xué)為依據(jù)，只有兩者相結(jié)合才能讓學(xué)生更好地去理解和應(yīng)用RFID射頻識(shí)別技術(shù)。實(shí)踐教學(xué)是在本校的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，主要包括RFID射頻識(shí)別技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)課程設(shè)計(jì)兩大部分，通過這兩部分的實(shí)踐教學(xué)來鞏固學(xué)生的理論知識(shí)并提高學(xué)生的實(shí)踐能力。
實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)一方面由教師向?qū)W生演示物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的門禁系統(tǒng)，以及通過原理機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和原理機(jī)通信協(xié)議實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，原理機(jī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括通過示波器查看RFID系統(tǒng)載波的產(chǎn)生、RFID系統(tǒng)的編碼、RFID系統(tǒng)的信號(hào)功率放大、RFID系統(tǒng)副載波解調(diào)、RFID系統(tǒng)包絡(luò)檢波、RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率選擇和RFID系統(tǒng)天線等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，原理機(jī)通信協(xié)議實(shí)驗(yàn)包括CRC計(jì)算實(shí)驗(yàn)、讀單個(gè)Block實(shí)驗(yàn)、寫單個(gè)Block實(shí)驗(yàn)、讀多個(gè)Block實(shí)驗(yàn)、寫多個(gè)Block實(shí)驗(yàn)、標(biāo)簽選擇命令實(shí)驗(yàn)和復(fù)位命令實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠?qū)FID射頻識(shí)別技術(shù)的理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用有個(gè)直觀的認(rèn)知；另一方面是讓學(xué)生使用應(yīng)用型RFID實(shí)驗(yàn)箱中的125kHz、13.56MHz、900MHz和2.4GHz這四個(gè)頻率模塊分別進(jìn)行尋找標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)、識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)、識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)、讀取標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)、寫入標(biāo)簽實(shí)驗(yàn)以及標(biāo)簽的防碰撞實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合嵌入式開發(fā)環(huán)境搭建、Qt開發(fā)環(huán)境搭建和嵌入式串口通信這三個(gè)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，通過LCD液晶顯示器觀察不同頻率下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過這幾個(gè)頻率模塊下的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更好地理解在不同頻率下的應(yīng)答器和閱讀器的工作原理、通訊協(xié)議、RFID兩個(gè)常用標(biāo)準(zhǔn)、選擇方法以及相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，還能進(jìn)一步鞏固之前嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)課程的知識(shí)。通過實(shí)驗(yàn)部分的學(xué)習(xí)，一方面鞏固了之前的理論課程的學(xué)習(xí)，另一方面為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)也打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。
課程設(shè)計(jì)部分采用讓學(xué)生分組進(jìn)行一個(gè)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)的方法來加強(qiáng)學(xué)生的綜合能力和合作能力，每組學(xué)生可以根據(jù)自身的特點(diǎn)選擇自己比較擅長(zhǎng)的模塊，課程設(shè)計(jì)部分的題目如下：圖書館管理系統(tǒng)、超市會(huì)員卡管理系統(tǒng)、ETC充值系統(tǒng)、商品溯源系統(tǒng)和校園一卡通系統(tǒng)，通過課程設(shè)計(jì)部分讓學(xué)生掌握RFID射頻識(shí)別技術(shù)的基本設(shè)計(jì)原理、流程和方法，學(xué)生在這部分的學(xué)習(xí)當(dāng)中不但能夠發(fā)揮自己的長(zhǎng)處，提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)自信心，還能夠互相學(xué)習(xí)和溝通，增加學(xué)生之間的感情。實(shí)踐教學(xué)方案如圖1所示[3]。
2 “RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程的教學(xué)改革與實(shí)現(xiàn)
“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程的教學(xué)改革主要從考核方式這方面進(jìn)行全面改革，由于傳統(tǒng)的考核方式都是采用期末考試作為檢驗(yàn)學(xué)生掌握情況的標(biāo)準(zhǔn)，這種考核方法嚴(yán)重忽略了學(xué)生的實(shí)踐能力，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)出現(xiàn)不學(xué)習(xí)、不認(rèn)真和不動(dòng)手的情況。針對(duì)這種情況，改革后的“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”課程的考核主要由學(xué)生的平時(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)和最后的筆試環(huán)節(jié)兩部分構(gòu)成，實(shí)踐環(huán)節(jié)不但包括要檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果和相應(yīng)的軟件程序代碼，針對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)還包括相應(yīng)的答辯環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)主要要求學(xué)生回答教師和其他學(xué)生針對(duì)于設(shè)計(jì)提出的問題，通過學(xué)生的答辯來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并計(jì)入到最后的考核成績(jī)當(dāng)中。
通過這種考核方式能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)興趣，能夠讓學(xué)生主動(dòng)參與到教師的教學(xué)過程當(dāng)中，積極與教師和學(xué)生進(jìn)行溝通交流，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力，也能更好地鞏固理論基礎(chǔ)。當(dāng)然，教師在整個(gè)教學(xué)過程中也要多學(xué)習(xí)，多參加一些相關(guān)的培訓(xùn)和研討會(huì)議來提高自身的知識(shí)水平和實(shí)際應(yīng)用能力，能夠更好地指導(dǎo)學(xué)生，而且針對(duì)學(xué)生在實(shí)際的上課過程當(dāng)中遇到的問題要及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，這樣才能更好地幫助和指導(dǎo)學(xué)生。
2 總結(jié)
“RFID射頻識(shí)別技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程之一，該課程不僅對(duì)學(xué)生之前所學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行了延續(xù)和鞏固，還對(duì)學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力、畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)前景都具有一定的影響。本文結(jié)合我校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，從理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分對(duì)這門課程進(jìn)行了探索和改革。同時(shí)，教師在教學(xué)的過程當(dāng)中也要不斷地總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，積極參與相關(guān)培訓(xùn)和研討，與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代步伐，對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，以便學(xué)生能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的技術(shù)和就業(yè)需求。
參考文獻(xiàn)
[1] 單承贛，單玉峰，姚磊.射頻識(shí)別（RFID）原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社.2015（7）.
嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)范文第4篇
關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī);嵌入式;教學(xué);ARM
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ),軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。它一般由嵌入式微處理器、硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四部分組成,用于實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。嵌入式系統(tǒng)因體積小、可靠性高、功能強(qiáng)、靈活方便,其應(yīng)用已深入到各個(gè)領(lǐng)域[2]。每年全球嵌入式系統(tǒng)帶來的相關(guān)工業(yè)產(chǎn)值已超過1萬億美元。嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一[3]。針對(duì)市場(chǎng)對(duì)嵌入式人才的巨大需求,許多高校的計(jì)算機(jī),通信、電子、自動(dòng)化等專業(yè)都相繼開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)課程。嵌入式系統(tǒng)作為高校新興的一個(gè)專業(yè)方向,如何開展“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué),以達(dá)到學(xué)習(xí)嵌入式技術(shù)知識(shí)、掌握嵌入式系統(tǒng)基本開發(fā)方法和應(yīng)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(tǒng)”教學(xué)普遍存在的一些問題,然后對(duì)本科院校計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的教學(xué)和課程設(shè)置應(yīng)解決的主要問題進(jìn)行了探討,最后,結(jié)合教學(xué)實(shí)踐,總結(jié)了一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
1“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)中存在的問題
由于各高校開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程的時(shí)間并不長(zhǎng)。目前,各高校在教學(xué)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(zhì)量的教材
因?yàn)榍度胧郊夹g(shù)往往和行業(yè)背景結(jié)合緊密,所以高校在選用課程教材時(shí),應(yīng)考慮理論和實(shí)踐應(yīng)用相結(jié)合、面向應(yīng)用的教材,只有選用這類教材,教學(xué)才不會(huì)和實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié),陷入空洞的理論講解。但通過近幾年的教學(xué)實(shí)踐和市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),由于新技術(shù)日新月異,相應(yīng)教材的更新速度很難趕上技術(shù)更新的速度,這也導(dǎo)致了很難找到一套普遍適用的系列教材,給教學(xué)帶來一定不利影響。
1.2內(nèi)容深度不夠
嵌入式系統(tǒng)是一門很新的技術(shù),目前雖然很多高校開設(shè)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(jī)教學(xué)轉(zhuǎn)型而來,缺少嵌入式系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的系統(tǒng)培訓(xùn),在短期內(nèi)無法跟上新技術(shù)變革,因此出現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容廣度有限,深度不夠的現(xiàn)象。
1.3缺少實(shí)踐性
嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù),實(shí)踐是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。如指令編程、驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)、內(nèi)核的移植設(shè)計(jì)和應(yīng)用等知識(shí)的學(xué)習(xí),需要學(xué)生通過大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)來加深理解和掌握。但是目前很多高校在開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程時(shí),缺少相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,沒有與工程實(shí)際應(yīng)用密切結(jié)合的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì),使得學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng),學(xué)習(xí)沒有興趣,達(dá)不到應(yīng)有的效果,學(xué)生發(fā)展后勁不足。
2計(jì)算機(jī)專業(yè)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)的一些思考
嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)是涉及知識(shí)面廣,綜合性、實(shí)踐性強(qiáng),學(xué)科發(fā)展快,因而學(xué)習(xí)難度大。不同的專業(yè)有不同的特點(diǎn),對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程而言,不能簡(jiǎn)單的照搬其它專業(yè)的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)模式,必須根據(jù)計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生和課程特點(diǎn)量身打造適合本專業(yè)的教學(xué)模式。經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程,若想達(dá)到良好的教學(xué)效果,需要先解決以下幾個(gè)方面的問題。
2.1選擇ARM芯片還是其它芯片
構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的核心之一是嵌入式處理器。可以作為嵌入式處理器的主流芯片有ARM、微處理器(MPU)、微控制器(MCU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)等。目前在嵌入式領(lǐng)域中廣泛應(yīng)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(shí)產(chǎn)權(quán)廠商,ARM公司本身不直接生產(chǎn)芯片,而是靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可,將其設(shè)計(jì)的芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)給其他公司,由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。可以說,ARM公司引發(fā)了嵌入式領(lǐng)域的一場(chǎng)革命,在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位,是目前32位市場(chǎng)中使用最廣泛的微處理器[5]。目前,ARM已經(jīng)成為移動(dòng)通信、手持計(jì)算設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式應(yīng)用的RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))標(biāo)準(zhǔn)。因此,學(xué)習(xí)以ARM為核心芯片架構(gòu)的嵌入式技術(shù)具有非常廣闊的前景。基于ARM芯片的應(yīng)用廣泛性,在教學(xué)實(shí)踐中,應(yīng)選擇ARM作為學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容。
2.2選擇ARM7還是ARM9
眾所周知,ARM7的教學(xué)偏重于硬件,ARM9的教學(xué)偏重于軟件。談到計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)“嵌入式系統(tǒng)”課程,大家自然就會(huì)選擇ARM9。于是,現(xiàn)在各高校計(jì)算機(jī)專業(yè)在引進(jìn)“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱時(shí),一種流行的趨勢(shì)是普遍采用ARM9核的實(shí)驗(yàn)箱,一方面體現(xiàn)了教師們迫切希望讓學(xué)生能接觸最先進(jìn)的、實(shí)用的、前沿技術(shù)的良好用心,另一方面也暴露了一
些認(rèn)知上不足之處,因?yàn)檫@種追求高端設(shè)備的做法并非適合計(jì)算機(jī)專業(yè)。ARM7作為學(xué)習(xí)ARM9的基礎(chǔ),如果讓學(xué)生跳過ARM7而直接學(xué)習(xí)ARM9是比較困難的,也達(dá)不到良好的學(xué)習(xí)效果。因此,計(jì)算機(jī)專業(yè)的“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)也離不開ARM7這一教學(xué)環(huán)節(jié),因?yàn)橐粋€(gè)從事基于ARM9的嵌入式Linux或Windows CE軟件開發(fā)的程序員,如果沒有扎實(shí)的硬件理論,硬件設(shè)計(jì)和制作基礎(chǔ),是很難勝任的。此外,計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生還有部分人將從事基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),這也是離不開對(duì)ARM7的學(xué)習(xí)的。有鑒于此,我們完全有理由在教學(xué)中著重強(qiáng)調(diào)ARM7的重要性。
基于上述原因,我們認(rèn)為ARM9教學(xué)偏重于軟件,ARM7教學(xué)偏重于硬件,二者是互補(bǔ)的。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)而言,最好能在課時(shí)允許的條件下,兩方面的課程都能開設(shè)。我們的做法是:教學(xué)中側(cè)重于ARM7,而科研中側(cè)重于ARM9。這種做法經(jīng)教學(xué)實(shí)踐證明是可行和有效的。
2.3選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)還是其它操作系統(tǒng)
目前,嵌入式操作系統(tǒng)可選范圍很大,成熟的嵌入式操作系統(tǒng)有嵌入式Linux系列、Windows CE系列和眾多的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)用于嵌入式系統(tǒng),產(chǎn)生了幾個(gè)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(nèi)沒有MMU(內(nèi)存管理單元)的ARM處理器,RTLinux則側(cè)重改善Linux的實(shí)時(shí)性,而嵌入式Linux除了在圖形和文件系統(tǒng)上與桌面Linux有所不同外,內(nèi)核本身并無差別,因此作為內(nèi)核一部分的網(wǎng)絡(luò)功能與桌面Linux的一樣強(qiáng)大。Linux作為一種開放源代碼的操作系統(tǒng),在嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。因此,在實(shí)際教學(xué)中選擇嵌入式Linux操作系統(tǒng)是非常合適的,既不存在版權(quán)問題,可以免費(fèi)使用,同時(shí)其開源性,有利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。在嵌入式操作系統(tǒng)教學(xué)中,應(yīng)以嵌入式Linux操作系統(tǒng)作為講授和學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。
另外,“嵌入式系統(tǒng)”課程可以說是整個(gè)計(jì)算機(jī)學(xué)科的綜合,它基本上涉及了計(jì)算機(jī)學(xué)科的方方面面,包括硬件方面、軟件方面和網(wǎng)絡(luò)方面等。這就要求學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)之前,首先學(xué)好這些方面的課程,打下了良好的基礎(chǔ),才能把嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容學(xué)好。
3教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
在“嵌入式系統(tǒng)”教學(xué)實(shí)踐中,除了注重課堂教學(xué)效果外,還需要采用多樣化的輔助教學(xué)手段,全面提高課程的教學(xué)效果。
嵌入式課程設(shè)計(jì)總結(jié)范文第5篇
關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；體系結(jié)構(gòu)；課程研究
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）23-0070-02
近年來嵌入式Linux系統(tǒng)發(fā)展較快，在中國，以Linux為基礎(chǔ)的嵌入式操作系統(tǒng)也很活躍，其中中軟Linux、紅旗Linux、東方Linux是業(yè)界的代表。嵌入式Linux系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣，尤其隨著智能手機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，基于嵌入式Linux系統(tǒng)的電子產(chǎn)品已進(jìn)入人們的生活，如基于Linux的Android系統(tǒng)，基于Linux的智能家居系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，3G行業(yè)應(yīng)用如移動(dòng)視頻監(jiān)控-車輛應(yīng)急指揮調(diào)度、遠(yuǎn)程的區(qū)域監(jiān)測(cè)、安防領(lǐng)域、移動(dòng)電子商務(wù)等。嵌入式Linux是把Linux內(nèi)核移植到一個(gè)專用嵌入式設(shè)備的CPU和主板上。嵌入式Linux和桌面Linux提供的API函數(shù)與內(nèi)核源代碼都是相同的，嵌入式Linux開發(fā)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(fā)平臺(tái)如手機(jī)、機(jī)頂盒或智能家居等產(chǎn)品上運(yùn)行的可執(zhí)行文件。嵌入式Linux開發(fā)的工具還包括調(diào)試器、CVS等項(xiàng)目管理軟件等。
一、嵌入式Linux設(shè)計(jì)課程概述
嵌入式Linux設(shè)計(jì)是電子信息專業(yè)及相近專業(yè)的一門專業(yè)課，其目的是使學(xué)生了解主流嵌入式系統(tǒng)開發(fā)軟件嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。學(xué)生熟悉掌握嵌入式系統(tǒng)常用的硬件接口時(shí)序、電氣特性；掌握針對(duì)硬件的Linux驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)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(wǎng)及Flash的使用及驅(qū)動(dòng)程序的編寫。[1]熟悉嵌入式Linux的中斷處理、Boot Loader和內(nèi)核電啟動(dòng)過程。圖1為嵌入式Linux系統(tǒng)架構(gòu)圖。
二、嵌入式Linux設(shè)計(jì)課程研究
1.嵌入式Linux系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
（1）嵌入式Linux系統(tǒng)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(jī)、自適應(yīng)10/100M網(wǎng)卡、板載GSM/GPRS模塊、步進(jìn)電機(jī)電路模塊，搭載射頻模塊；擴(kuò)展模塊：主/從藍(lán)牙模塊、Zigbee模塊、傳感器部分。
（2）軟件組成。操作系統(tǒng)：Linux2.6.21，Linux2.6.38。引導(dǎo)程序：U-boot.1.1.6。圖形界面：QT 4.6。嵌入式Linux系統(tǒng)的開發(fā)流程。元器件選型：根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能及目前市場(chǎng)上可選用的元器件來設(shè)計(jì)電路。原理圖編制：用Protel等相關(guān)電子CAD工具將設(shè)計(jì)好的電路圖在電腦中繪制出來。印制板設(shè)計(jì)：在Protel等工具中畫好芯片及電阻、電容等封裝，將原理圖轉(zhuǎn)換成PCB板圖，并完成布線。樣板試制：把PCB板圖進(jìn)行制板，并焊接好相應(yīng)元器件。硬件功能測(cè)試：在焊接元器件時(shí)要按功能模塊順序焊接，焊接好一個(gè)模塊后接著測(cè)試其功能，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。如通過USB供電模塊對(duì)應(yīng)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(cè)量USB接口引腳電壓，如果顯示5V即為正確電壓，說明電路設(shè)計(jì)及焊接都成功。如果以后其他部分出現(xiàn)問題時(shí)可以排除這部分芯片的嫌疑。編寫引導(dǎo)程序：分匯編語言部分和C語言部分，實(shí)現(xiàn)硬件初始化和引導(dǎo)操作系統(tǒng)的功能。操作系統(tǒng)移植：在官網(wǎng)下載最新Linux版本，根據(jù)本設(shè)備硬件配置裁剪Linux源代碼并修改。文件系統(tǒng)：沒有文件系統(tǒng)，內(nèi)核不完整，最后內(nèi)核啟動(dòng)后要找文件系統(tǒng)，如果沒有文件系統(tǒng)會(huì)提示失敗。通過文件系統(tǒng)管理硬盤，下載應(yīng)用程序。驅(qū)動(dòng)程序編寫：用戶程序無法直接操作用戶態(tài)，要用中間層軟件―設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。用戶程序必須通過系統(tǒng)調(diào)用，間接調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序訪問硬件。API設(shè)計(jì)與開發(fā)：API設(shè)計(jì)是為了讓應(yīng)用程序員在開發(fā)時(shí)更方便，提供了繪圖接口函數(shù)、文件接口函數(shù)及控件函數(shù)等。應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：根據(jù)功能需求設(shè)計(jì)如手機(jī)游戲、PDA基本管理功能、機(jī)頂盒信號(hào)處理等。[2]系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：產(chǎn)品所有功能設(shè)計(jì)好后，整體加載到硬件設(shè)備中，調(diào)試其功能穩(wěn)定性。樣機(jī)支付：加工外殼，封裝好設(shè)備，可以投入市場(chǎng)。
該部分要在課程講解的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生通過實(shí)踐課或課程設(shè)計(jì)完成一項(xiàng)電子產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)，讓學(xué)生真正體會(huì)到嵌入式產(chǎn)品是什么，怎么移植嵌入式Linux系統(tǒng)。
2.引導(dǎo)程序
引導(dǎo)程序Bootloader是系統(tǒng)加電后運(yùn)行的第一段代碼，也就是在內(nèi)核啟動(dòng)前運(yùn)行的第一段程序。引導(dǎo)程序的功能：初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖。將操作系統(tǒng)內(nèi)核映像從Flash內(nèi)拷貝到RAM中，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核的入口點(diǎn)去運(yùn)行，即啟動(dòng)操作系統(tǒng)。常見的Bootloader有Vivi、Blob、Redboot和U-Boot。下面介紹U-Boot的啟動(dòng)流程：
（1）第一階段。依賴于CPU體系結(jié)構(gòu)的代碼，用匯編來實(shí)現(xiàn)：系統(tǒng)上電后進(jìn)入svc模式；關(guān)閉看門狗禁止所有中斷；進(jìn)行初級(jí)硬件初始化后將自身代碼拷貝到SDRAM中；設(shè)置堆棧、清空bss段，最后跳轉(zhuǎn)到C語言實(shí)現(xiàn)的第二階段中。
（2）第二階段。設(shè)置參數(shù)引導(dǎo)內(nèi)核，并跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核入口處。通常用C語言來實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)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(gè)系統(tǒng)中的第一段代碼，很重要，需要帶著學(xué)生從第一行代碼開始逐行剖析。
3.嵌入式Linux內(nèi)核
分析內(nèi)核源碼：包括初始化Cache、Mum等設(shè)置；內(nèi)核解壓函數(shù)；非壓縮內(nèi)核啟動(dòng)匯編段。內(nèi)核移植：修改與具體的硬件構(gòu)架和開發(fā)板類型相關(guān)的文件代碼，如.config文件。選擇相近的demo板，可以最大實(shí)現(xiàn)代碼重用，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的修改。對(duì)不同類型的NAND Flash、網(wǎng)卡、YAFFS FLASH進(jìn)行移植修改。Linux代碼量很大，該部分的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是如何移植Linux到嵌入式平臺(tái)上，如何裁剪代碼。
4.設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
上層應(yīng)用程序是通過驅(qū)動(dòng)程序使用底層硬件。應(yīng)用程序使用標(biāo)準(zhǔn)庫調(diào)用，用戶程序必須通過系統(tǒng)調(diào)用，間接調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序訪問硬件。每個(gè)硬件接口不一樣，由內(nèi)核提供黑匣子接口屏蔽用戶。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（包括各種串行接口、并行接口等）、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（包括磁盤設(shè)備等）、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（包括網(wǎng)卡等）及雜項(xiàng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（如SCSI、時(shí)鐘等）。[3]驅(qū)動(dòng)程序代碼也是以移植修改為主，根據(jù)新增加接口及設(shè)備型號(hào)修改廠商支持的原有程序代碼。
5.文件系統(tǒng)
Linux中一切皆文件，所有的設(shè)備、內(nèi)存都模擬成文件。Linux的文件系統(tǒng)包括四種：命名空間、API（用來便利和操作對(duì)象的一套系統(tǒng)調(diào)用）、安全模型（用來保護(hù)、隱藏和共享事物的方案）和實(shí)現(xiàn)（把邏輯模型同實(shí)際硬件聯(lián)系到一起的軟件）。建立在Flash上的文件系統(tǒng)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(shè)備、塊設(shè)備、連接、普通文件和目錄。
構(gòu)建嵌入式文件系統(tǒng)先構(gòu)建根文件目錄，文件系統(tǒng)通過busybox工具集來制作目錄和根文件系統(tǒng)，通過mk命令做成crmafs只讀根文件系統(tǒng)鏡像，最后燒寫根文件系統(tǒng)。
6.圖形界面
QT是現(xiàn)在流行的跨平臺(tái)的C++圖形用戶界面（GUI）工具包。通過QT能設(shè)計(jì)2D、3D等多種界面圖形。在QT程序中，利用信號(hào)和插槽機(jī)制進(jìn)行對(duì)象間的通信。QT有Windows版本，可以在Windows操作系統(tǒng)中開發(fā)后通過交叉編譯后移植到嵌入式Linux環(huán)境中。[4]在設(shè)計(jì)嵌入式Linux界面時(shí)使用Windows QT4.0在Windows環(huán)境下開發(fā)，屬于可視化界面，不用通過代碼創(chuàng)建控件，通過工具可以直接拖拉控件到窗口中，簡(jiǎn)單方便。
三、嵌入式Linux的發(fā)展方向
嵌入式Linux發(fā)展的前景非常好，但是人才的缺乏已經(jīng)成為當(dāng)前制約嵌入式Linux發(fā)展的瓶頸。一方面，因?yàn)榍度胧饺瞬蓬I(lǐng)域門檻較高，從事嵌入式軟件開發(fā)的工作人員不僅要熟練掌握C/C++、匯編語言等基礎(chǔ)，而且對(duì)Linux內(nèi)核和底層驅(qū)動(dòng)程序及硬件都要熟悉。另一方面，因?yàn)檫@一領(lǐng)域較新，目前發(fā)展太快，很多軟硬件技術(shù)出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，如ARM11/A8處理器、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、無線通信協(xié)議、移動(dòng)USB3.0高速傳輸?shù)龋壳皣鴥?nèi)乃至國際上能夠掌握這些新技術(shù)的人才相當(dāng)匱乏。所以近幾年包括未來幾年，市場(chǎng)對(duì)嵌入式Linux人才的需求都非常旺盛。
四、總結(jié)
嵌入式Linux設(shè)計(jì)課程涉及嵌入式Linux系統(tǒng)構(gòu)建、驅(qū)動(dòng)開發(fā)、內(nèi)核移植、根文件構(gòu)建、應(yīng)用及圖形開發(fā)。嵌入式Linux設(shè)計(jì)還可以增加系統(tǒng)管理部分內(nèi)容，如服務(wù)器管理、數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)配置、防火墻配置與管理、日志管理及維護(hù)等。隨著Linux操作系統(tǒng)的完善和發(fā)展，以嵌入式Linux為內(nèi)核的嵌入f系統(tǒng)也已無處不在。數(shù)字化、智能化使傳統(tǒng)設(shè)備電子化，具有這些功能的嵌入式Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用前景會(huì)越來越廣，學(xué)好該課程對(duì)發(fā)展嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有重要意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]王小妮.基于嵌入式系列課程的教學(xué)改革與探索[J].教育理論與教學(xué)研究，2013，（5）.
[2]冼進(jìn).嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，
2007.
