導(dǎo)語：如何才能寫好一篇嵌入式系統(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)；計算機(jī)系統(tǒng)

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：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。通過分析不同觀點，可以得到合適的指導(dǎo)原則。

一種觀點認(rèn)為，嵌入式系統(tǒng)是非PC系統(tǒng)，有計算機(jī)功能，但不能稱之為計算機(jī)設(shè)備或設(shè)備。它是一種以軟件和硬件為中心的專用計算機(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)格要求的場合。簡單地說，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，具有自動化程度高、軟件代碼小、響應(yīng)速度快的特點，特別是具有實時多任務(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。

這種觀點看似面面俱到，實則主次不分，沒有指出嵌入式系統(tǒng)的本質(zhì)，其中把嵌入式系統(tǒng)稱為專用計算機(jī)系統(tǒng)更是錯誤的，因為事實上，嵌入式系統(tǒng)也可以作為通用計算機(jī)系統(tǒng)。

另一種觀點認(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)用程序的開發(fā)與調(diào)試，LINUX操作系統(tǒng)驅(qū)動程序的調(diào)試。

這種觀點混淆了嵌入式系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)的區(qū)別，實質(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，可以看到對于嵌入式系統(tǒng)的定位比較混亂，正確的定位該以計算機(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)，把整個計算機(jī)系統(tǒng)分為三大類：服務(wù)式、桌面式、嵌入式。

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

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

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

這種分類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前提下的最小封裝。事實上，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。

至于每類計算機(jī)系統(tǒng)要做成通用還是專用，要根據(jù)實際需求而定。如手機(jī)這個嵌入式系統(tǒng)，發(fā)展初期是專用的，到智能手機(jī)時期，已經(jīng)是通用系統(tǒng)了。

簡單說，嵌入式系統(tǒng)是采用嵌入式處理器的計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式處理器又稱為單片機(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)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能，有的還包含顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路。單片機(jī)是一個小而完善的計算機(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)，毫無疑問，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硅片上集成了盡可能多的部件，以便實現(xiàn)尺寸小的目標(biāo)，這個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，單片機(jī)是嵌入式處理器的一個別稱。

目前，單片機(jī)課程普遍以51為主，這容易造成一種錯誤認(rèn)識：單片機(jī)就是51。事實上，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作為一種最簡單的嵌入式處理器進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時學(xué)習(xí)一種較高級的嵌入式處理器STM32，相互對照，以便樹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，要明確有無操作系統(tǒng)，這是設(shè)定教學(xué)方向的依據(jù)。

如果沒有操作系統(tǒng)，則需要在程序設(shè)計中直接操作各個硬件寄存器，和硬件直接打交道，程序和硬件直接相關(guān)，稱為嵌入式系統(tǒng)的硬方向。一個嵌入式處理器是否具有操作系統(tǒng)不是隨意的，因為操作系統(tǒng)屬于額外代碼，對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)運行操作系統(tǒng)，也是沒有意義的，不如裸機(jī)運行快。這方面的嵌入式處理器有51、61、STM32等，學(xué)習(xí)的重點在于處理器本身。嵌入式系統(tǒng)的硬方向，其課程名仍稱為嵌入式系統(tǒng)。

如果有操作系統(tǒng)，則程序設(shè)計中無須直接操作各個硬件寄存器，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)動程序）完成，程序可以做到和硬件無關(guān)，只需和操作系統(tǒng)（含驅(qū)動程序）軟件接口，稱為嵌入式系統(tǒng)的軟方向。一個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，必須采用嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，如Linux、Android、iOS，學(xué)習(xí)的重點在于操作系統(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)建立一個扎實的硬件基礎(chǔ)。沒有這個環(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)開發(fā)的過程和常用方法。通過本課程的學(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、開發(fā)流程和步驟、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)工程設(shè)計和解決技術(shù)問題的基本方法，具備一個合格的高新技術(shù)工程研發(fā)人員綜合運用所學(xué)各種知識和技能，從分析嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用項目需求，到確立設(shè)計開發(fā)方案，到方案實施和解決基本問題的能力。

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；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)計等內(nèi)容。該課程是一門實踐與理論結(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。

課程重點與難點：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，電源及時鐘引腳等。

第3章 C51語言編程基礎(chǔ)：Keil C51簡介，Keil C51的開發(fā)工具，C51語言程序設(shè)計基礎(chǔ)，C51語言中的數(shù)據(jù)類型與存儲類型等。

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)先級的控制，響應(yīng)中斷請求的條件，中斷函數(shù)。

第6章 AT89s51單片機(jī)的定時器/計數(shù)器：工作方式控制寄存器TMOD，定時器/計數(shù)器的4種工作方式，定時器/計數(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儲存地址映射，復(fù)位和時鐘控制。

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

第3章 STM32軟件開發(fā)：STM32軟件開發(fā)環(huán)境，MDKKeil開發(fā)環(huán)境，獲得和理解固件庫，操作GPIO和管理中斷，嵌套向量中斷控制器NVIC庫函數(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

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）36-8340-01

嵌入式是一門從上層應(yīng)用到底層內(nèi)核開發(fā)的軟硬件結(jié)合，對綜合技術(shù)要求較高的技術(shù)領(lǐng)域，各高校近年來普遍開設(shè)嵌入式方向或?qū)I(yè)，我校也已經(jīng)在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系設(shè)置嵌入式專業(yè)。目前我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系已經(jīng)開設(shè)的嵌入式課程的前續(xù)課程有數(shù)字電路，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口技術(shù)、程序設(shè)計語言I及面向過程程序設(shè)計、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)動開發(fā)和嵌入式軟件設(shè)計在內(nèi)的嵌入式專業(yè)課程體系。下面主要介紹這三門課程的建設(shè)。

1 嵌入式課程設(shè)置

我系首次開設(shè)的嵌入式系統(tǒng)課程是偏硬件系統(tǒng)設(shè)計的一門課程，目標(biāo)是通過對本門課程的學(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)核的編譯過程；掌握Linux下C與匯編混合編程，同時理解嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動程序編寫思想。

考慮到實際的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計過程中，對特定的微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的知識要求淡化的同時，對處理器接口知識的要求卻在增加。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)生可以通過本門課程的學(xué)習(xí)，自己動手搭建定制的嵌入式操作系統(tǒng)，并通過對實際的硬件接口學(xué)習(xí)及操作，增強(qiáng)學(xué)生的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的能力。

嵌入式驅(qū)動開發(fā)要求學(xué)生掌握驅(qū)動開發(fā)方法、開發(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)時限制，起初開設(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)動設(shè)備的類型及驅(qū)動開發(fā)流程。本次將嵌入式驅(qū)動開發(fā)部分的內(nèi)容獨立設(shè)置為一門課程——嵌入式內(nèi)核編程與驅(qū)動開發(fā)，目標(biāo)是通過學(xué)習(xí)本門課程，學(xué)生能夠理解嵌入式驅(qū)動開發(fā)基本概念、理論和方法；了解嵌入式Linux驅(qū)動工作原理，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)動開發(fā)整體流程。使學(xué)生在學(xué)完本門課程后，能夠自己動手開發(fā)驅(qū)動程序，并進(jìn)行內(nèi)核編程開發(fā)。

嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計和底層開發(fā)后，僅是一個具備了硬件、驅(qū)動及操作系統(tǒng)的設(shè)備，還需要在該系統(tǒng)上開發(fā)大量的應(yīng)用軟件，才能稱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，這僅適用于底層開發(fā)驅(qū)動的要求，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今企業(yè)對嵌入式軟件開發(fā)人員的要求。本次將嵌入式軟件開發(fā)獨立設(shè)置為一門課程，目標(biāo)是通過本課程學(xué)習(xí)掌握Linux常用命令及Linux下C編程及開發(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，實現(xiàn)操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)。

嵌入式系統(tǒng)，其前期課程為計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，計算機(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)動開發(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，其前期課程為程序設(shè)計語言I、面向過程程序設(shè)計、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)動開發(fā)。

2 教學(xué)方法的運用

2.1 嵌入式系統(tǒng)課程

1）嵌入式Linux常用開發(fā)工具及GNU工具鏈生成部分采用案例教學(xué)法。通過搭建GNU工具鏈任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的同時達(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)建部分采用項目驅(qū)動法，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，通過綜合運用以上知識點，自己動手定制一個U盤上的最小系統(tǒng)，實現(xiàn)從U盤啟動系統(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，通過設(shè)置設(shè)計型實驗項目，讓學(xué)生先討論，提出一個可行性方案，并最終在設(shè)備上實現(xiàn)各種功能。

2.2 嵌入式內(nèi)核編程及驅(qū)動開發(fā)課程

1）Linux設(shè)備驅(qū)動概述及開發(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)動開發(fā)的方法； （下轉(zhuǎn)第8354頁）

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)動法，通過對模塊的加載卸載、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)動部分采用案例分析法，了解嵌入式Linux驅(qū)動工作原理；

4）并發(fā)與競態(tài)、LINUX設(shè)備驅(qū)動中的阻塞、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)計課程

每部分都配有相應(yīng)的任務(wù)或項目，各重點知識點都配有案例進(jìn)行分析，便于學(xué)生理解和掌握。具體需要完成的項目包括：Linux下服務(wù)器配置項目；簡單程序開發(fā)項目；多進(jìn)程及守護(hù)進(jìn)程程序編寫任務(wù)；管道通信及共享內(nèi)存任務(wù)；生產(chǎn)者消費者項目；NTP協(xié)議項目。最終實現(xiàn)一個嵌入式Web應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)項目。

3 結(jié)束語

綜上所述，嵌入式課程由原來的一門課程，即嵌入式系統(tǒng)課程，通過教學(xué)內(nèi)容的擴(kuò)充及調(diào)整為三門課程。將課程分為系統(tǒng)設(shè)計類課程，即嵌入式系統(tǒng)；底層開發(fā)類課程，即嵌入式內(nèi)核編程及驅(qū)動開發(fā)；軟件開發(fā)應(yīng)用類課程，即嵌入式軟件設(shè)計。通過綜合運用項目驅(qū)動教學(xué)法、分組討論法、任務(wù)驅(qū)動法、案例分析法等教學(xué)方法開展教學(xué)，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和探究意識，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的動手實踐意識，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；自動化專業(yè)；實踐教學(xué)

作者簡介：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）

基金項目：本文系河南省高等教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：2012SJGLX151）、河南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃實驗課題“基于開放實驗室的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)改革與實踐”（課題編號：[2011]-JKGHAC-0150）、河南工業(yè)大學(xué)高等教育研究項目（項目編號：2012一般項目-15）、河南省“自動化”特色專業(yè)項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）08-0035-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，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)測控儀表、軍事技術(shù)、汽車電子、醫(yī)療儀器、無線通信、智能家居以及消費電子產(chǎn)品等眾多重要行業(yè)，成為“后PC時代”最有前景的研究熱點之一。[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、硬件開發(fā)工程師等技術(shù)人員在就業(yè)市場上較為緊缺，社會對嵌入式相關(guān)技術(shù)人才有迫切需求。[2，3]因此，嵌入式系統(tǒng)正逐漸成為國內(nèi)相關(guān)高校的重點開設(shè)課程，高校嵌入式相關(guān)人才的培養(yǎng)方案還是一個較為新穎的重要的研究課題。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)已經(jīng)成為電子信息類工程技術(shù)人員必備的專業(yè)知識和技能。不同領(lǐng)域嵌入式產(chǎn)品的應(yīng)用特點不盡相同，高校不同學(xué)科、專業(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年開始面向自動化、電氣工程及其自動化等多個專業(yè)的本科生開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”等專業(yè)選修課程。運行六年以來，作為省級和地廳級多個教改課題的支持項目，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)實踐與深入探索，獲得了一些有益經(jīng)驗。

一、課程體系的目標(biāo)與定位

“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”課程是河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院面向自動化等專業(yè)開設(shè)的結(jié)合ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計、實時操作系統(tǒng)、驅(qū)動程序設(shè)計、SOPC技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫等嵌入式軟、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，實踐嵌入式系統(tǒng)項目開發(fā)的基本流程。重點培養(yǎng)能夠解決嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域具體應(yīng)用問題且具備的分析、設(shè)計、調(diào)試、運行等實踐動手能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才，為深入開展嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的后續(xù)科研開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)。

對于選修“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”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)、計算機(jī)組成原理、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C語言程序設(shè)計、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處理器的硬件開發(fā)平臺；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)嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立和嵌入式Linux應(yīng)用程序開發(fā)與調(diào)試過程；嘗試常用設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)和嵌入式圖形用戶界面的編程；最終使學(xué)生具備獨立設(shè)計一個較為完整的嵌入式系統(tǒng)的初步能力。[5]

根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會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)器或者工廠運行的裝置。[6]嵌入式系統(tǒng)的主要特點是軟、硬件結(jié)合，面向應(yīng)用；嵌入性、專用性和計算機(jī)系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。[7]因此，“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”是一門綜合性、實踐性以及應(yīng)用性都較強(qiáng)的專業(yè)任選課，必須通過課程實驗、項目開發(fā)、科技競賽等環(huán)節(jié)進(jìn)一步加深對課堂理論內(nèi)容的理解，才能將理論知識與實踐應(yīng)用有機(jī)地融合起來。

二、建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”是一門融合了多學(xué)科內(nèi)容的綜合性課程，所授課程涉及的知識面廣泛，課堂信息量較大。[8]但作為一門專業(yè)選修課程，受制于培養(yǎng)計劃的限制，課內(nèi)理論講授及實驗學(xué)時數(shù)都較少，在有限的學(xué)時內(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)效果變差的問題也越來越突出。傳統(tǒng)的板書或投影儀授課方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足該課程理論密切聯(lián)系實踐的講授需要。

筆者所在的教學(xué)團(tuán)隊經(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)實驗室的硬件資源建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，進(jìn)行教學(xué)模式改革探索。利用實驗室電腦以及“電子教室”多媒體教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，教師使用一臺教師機(jī)進(jìn)行集中講授，學(xué)生在實驗室近在咫尺的幾十臺網(wǎng)絡(luò)終端旁即可實現(xiàn)理論授課及實驗講解的全程可視化。利用“電子教室”的遠(yuǎn)程傳輸功能，教師可以在實驗課前將相關(guān)的課件、指導(dǎo)書等各種電子資源快速分發(fā)給學(xué)生機(jī)；通過“電子教室”的廣播演示功能即可將實驗步驟及實驗過程中發(fā)現(xiàn)的一般性問題清晰準(zhǔn)確地講解給學(xué)生；講解或?qū)嶒炦^程中學(xué)生甚至可以通過“電子舉手”等對話功能將所遇到的問題反映給教師，隨時向教師提問。將傳統(tǒng)講堂搬進(jìn)實驗室，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行教學(xué)雖然增加了教師的課前準(zhǔn)備時間和課堂工作量，但是大大提高了有限課堂時間內(nèi)的授課效率。授課方式變得活潑生動，學(xué)生對授課及實驗細(xì)節(jié)的掌握程度也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)板書或投影儀授課方式。

三、開放式實驗教學(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)也離不開實踐環(huán)節(jié)的鍛煉?！扒度胧较到y(tǒng)設(shè)計”課程是一門強(qiáng)調(diào)理論知識聯(lián)系實際應(yīng)用的課程，學(xué)生必須在實驗中通過項目實踐鍛煉才能真正了解嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)知識，掌握嵌入式驅(qū)動程序和應(yīng)用軟件開發(fā)的主要過程。[9]高校傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式一般采用填鴨式教學(xué)。在教師講解實驗大綱后，學(xué)生根據(jù)其中的實驗?zāi)繕?biāo)和實驗步驟進(jìn)行驗證式實驗。學(xué)生缺乏主觀能動性，難以滿足嵌入式系統(tǒng)課程開設(shè)綜合性設(shè)計性實驗的需要，無法真正激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識、培養(yǎng)其實踐動手能力。

為了解決上述問題，實現(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)課程的實驗教學(xué)改革。為此，實驗室籌措經(jīng)費大力改進(jìn)實驗環(huán)境，購置了多套典型的周立功EasyARM2131開發(fā)套件、博創(chuàng)UP-NETARM2410-S嵌入式實驗平臺以及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)課程的開放實驗教學(xué)改革提供了良好的條件。另一方面，在實驗組織形式上采用了開放式實驗教學(xué)模式。開放實驗室為學(xué)生提供了優(yōu)良的硬件設(shè)施和實驗場所。實驗課前教師根據(jù)近期所講授的理論知識制訂部分小型項目課題，學(xué)生可從中選題或自帶課題。在實驗過程中將解決實際應(yīng)用問題的思想作為實驗教學(xué)切入點，以項目驅(qū)動的方式促使學(xué)生分模塊、分任務(wù)針對實際應(yīng)用問題進(jìn)行分析；引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)的嵌入式軟硬件開發(fā)方法實現(xiàn)項目提出的軟硬件開發(fā)目標(biāo)或解決開發(fā)過程中的實際應(yīng)用問題。指導(dǎo)教師注意在實驗過程中給予學(xué)生必要的指導(dǎo)并在實驗結(jié)束后及時進(jìn)行總結(jié)點評。經(jīng)過對實驗效果的對比驗證，開放式實驗教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生作為實驗中心，充分發(fā)揮、調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，是傳統(tǒng)實驗教學(xué)改革的一次有益嘗試。

四、教材和師資隊伍建設(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)活動中發(fā)揮著至關(guān)重要的核心作用。[10]國內(nèi)高校嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的開設(shè)時間較短，開課較早的清華大學(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)容與實驗室中嵌入式實驗平臺所用的微處理器類型密切相關(guān)，因此市場上很難找到合適的嵌入式系統(tǒng)課程通用教材。經(jīng)過歷年的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實踐探索，筆者迫切感覺到該課程教材建設(shè)的重要性。

為此，自嵌入式系統(tǒng)開課之初，筆者就結(jié)合所選的嵌入式硬件實驗平臺編寫了《嵌入式系統(tǒng)實驗指導(dǎo)書》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)驗的基礎(chǔ)上，筆者所在的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)團(tuán)隊積極籌劃高水平教材的建設(shè)，組織優(yōu)秀師資力量編寫了《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》，并已被列入“普通高等教育電氣工程與自動化（應(yīng)用型）‘十二五’規(guī)劃教材”和“河南工業(yè)大學(xué)校級規(guī)劃教材”的編寫計劃。該教材堅持“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)計基本方法的基礎(chǔ)上著重實踐嵌入式系統(tǒng)項目的開發(fā)流程。該配套教材重視知識更新和實用性，具有較強(qiáng)的學(xué)科前沿性和針對性；同時文后增加了工程設(shè)計實例，注重理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中做到理論知識與實踐技能的融會貫通，可有效提高學(xué)生對理論知識的掌握程度和實踐動手能力。

2.師資隊伍建設(shè)

開放式實驗教學(xué)模式改革對師資隊伍的建設(shè)提出了全新的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式相比，教師課前要布置并不斷更新貼近實際應(yīng)用的開放式項目課題；實驗過程中需要對現(xiàn)場涌現(xiàn)出來的各種問題及時給予解答、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?！扒度胧较到y(tǒng)設(shè)計”等系列課程的教學(xué)需要有一支基礎(chǔ)知識扎實、實踐經(jīng)驗豐富的教師隊伍。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。一方面督促教師不斷提高自己的業(yè)務(wù)素質(zhì)，鼓勵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)隊的業(yè)務(wù)素質(zhì)和授課水平有了較大的提高。

五、結(jié)語

河南工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計”選修課程自2007年開設(shè)以來，選課人數(shù)不斷增加并獲得了學(xué)生的好評。隨著嵌入式技術(shù)的快速發(fā)展和社會對嵌入式研發(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)研究優(yōu)秀成果一等獎、河南省素質(zhì)教育理論與實踐教育教學(xué)一等

（下轉(zhuǎn)第38頁）

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獎并培養(yǎng)學(xué)生獲得多個國家級大學(xué)生科技競賽的獎勵。在以往多年教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊積極改革教學(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)的同時真正做到了理論聯(lián)系實踐和學(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

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

第一作者簡介：鄭廣海，男，副教授，研究方向為計算機(jī)應(yīng)用、Agent技術(shù)，zhmos@163.com。

0 引 言

隨著計算機(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)如今成了焦點的應(yīng)用技術(shù)之一。嵌入式無處不在，隨著嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，國內(nèi)外機(jī)構(gòu)投入大量資金對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，引發(fā)了對嵌入式系統(tǒng)技術(shù)人才需求的增長。嵌入式系統(tǒng)本身需要軟硬件技術(shù)的緊密結(jié)合，開發(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，堅持創(chuàng)新教育理念，堅持以學(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)生主動構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)。

1.1 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點

嵌入式系統(tǒng)具有嵌入性、專用性和計算機(jī)系統(tǒng)三個基本要素[1]。它涉及微處理器、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)設(shè)計方法以及高性能計算等基本原理和關(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。嵌入式系統(tǒng)實踐性強(qiáng)，不僅要求學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ)，更要求他們有很強(qiáng)的工程實踐能力。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)具有如下特點：①嵌入式系統(tǒng)課程具有多學(xué)科交叉性，融合了計算機(jī)、通信以及微電子技術(shù)等多項技術(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)計軟硬件課程；③嵌入式系統(tǒng)課程實踐性極強(qiáng)，需要通過大量的實驗、實習(xí)實訓(xùn)、學(xué)科競賽、科研項目等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)來進(jìn)一步加深學(xué)生對理論知識的理解。

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)，各課程所面對的教育對象是一樣的，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)，而不是考慮每門課程的個體特征[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)是以單獨每門課程建設(shè)為基礎(chǔ)，通過對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、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，要充分考慮培養(yǎng)方案中在知識點、技術(shù)原理和實現(xiàn)方法等方面存在邏輯聯(lián)系的課程，通過優(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階段到基礎(chǔ)建設(shè)階段的過渡，最終邁進(jìn)創(chuàng)新提高階段。在課程群的建設(shè)過程中，我們始終堅持以穩(wěn)定為主旋律，在一定時期保持課程群教學(xué)內(nèi)容的相對穩(wěn)定，從深度和廣度上對教學(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、研究成果等新的知識點加入到教學(xué)中；采用“理論+實踐+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、實踐教學(xué)體系和教學(xué)評價體系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，應(yīng)該從嵌入式系統(tǒng)的底層硬件知識，考慮到頂層應(yīng)用開發(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。通過精心選擇、重組課程群的相關(guān)知識點，充實新知識點到課程群中，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)計學(xué)生應(yīng)掌握的知識點和創(chuàng)新能力發(fā)展要求，按照最優(yōu)選擇原則，對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、計算機(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)計與開發(fā)、ARM體系結(jié)構(gòu)與編程等6門課程。

C/C++程序設(shè)計是程序設(shè)計的基礎(chǔ)課程。C++由C語言發(fā)展而來，可用于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，也可用于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計，是嵌入式系統(tǒng)常用的開發(fā)語言，是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最佳選擇。計算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)課程深入剖析計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)部工作機(jī)制，是掌握計算機(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。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。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)也是課程群的核心課程之一，它綜合了多門課程的教學(xué)內(nèi)容，講授嵌入式軟硬件環(huán)境及開發(fā)流程。ARM體系結(jié)構(gòu)與編程課程重點講解微處理器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設(shè)計的有關(guān)知識和技術(shù)。

課程群建設(shè)要有整體全局觀念，對課程群進(jìn)行整體統(tǒng)籌優(yōu)化，整合課程群理論知識體系，融合不同課程的知識點，要確保課程之間的無縫銜接，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。

1.2.2 課程群實踐教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)實踐教學(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)過多年的實踐探索，嵌入式系統(tǒng)課程群的實踐教學(xué)體系由1個中心、3個教學(xué)層次和4個教學(xué)環(huán)節(jié)組成[3]，體系結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

3個層次的實踐教學(xué)包括：

（1）基礎(chǔ)實踐層，是課程群理論課程的課內(nèi)相關(guān)實驗，主要以驗證性實驗為主，通過這層教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以加深領(lǐng)會和掌握所學(xué)理論知識。

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

（3）創(chuàng)新實踐層，以創(chuàng)新為目的，通過項目實訓(xùn)、學(xué)科競賽和科學(xué)研究項目等創(chuàng)新實踐教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

3個實踐教學(xué)層需要通過如下4個具體的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)來完成：

（1）課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)，是與理論教學(xué)相配合的必要環(huán)節(jié)，通過課內(nèi)實驗強(qiáng)化重點內(nèi)容和知識點，進(jìn)一步鞏固課堂講授的理論知識，將理論與實踐緊密結(jié)合，提高學(xué)生處理問題的能力。

（2）實習(xí)實訓(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)對員工的知識、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)的項目開發(fā)流程的實習(xí)實訓(xùn)工作環(huán)境，在企業(yè)項目經(jīng)理團(tuán)隊指導(dǎo)下，學(xué)生在企業(yè)化情境中開發(fā)項目。

（3）畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，是實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，通過畢業(yè)設(shè)計將所學(xué)知識進(jìn)行整合運用，具有綜合性和總結(jié)性，是培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要環(huán)節(jié)。

（4）學(xué)科競賽及科學(xué)研究環(huán)節(jié)，可以培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊協(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、課程之間互動有序的相關(guān)課程，重新規(guī)劃并整合成一個整體，構(gòu)成課程群[8]。課程群建設(shè)是對課程集的再設(shè)計，對課程集中課程的知識點進(jìn)行分解與融合，有效結(jié)合了課程體系的開發(fā)和課程建設(shè)的實施過程[9]。

采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計原則，實施嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)，將課程群作為一個整體進(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。我們將嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的這6門課程統(tǒng)一進(jìn)行優(yōu)化整合，不再考慮每門課程內(nèi)容的系統(tǒng)性，超越系統(tǒng)性約束，調(diào)整6門課程的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對這6門課程內(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，淘汰陳舊過時的知識，適當(dāng)增加新技術(shù)和新知識。同樣，課程群的實踐教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了優(yōu)化整合，針對實踐教學(xué)內(nèi)容交叉重疊，多重視驗證性實驗，而忽略綜合性和設(shè)計性實驗等問題。在大量教學(xué)改革研究與實踐的基礎(chǔ)上，我們對6門課程實踐教學(xué)的內(nèi)容、知識點及培養(yǎng)計劃等進(jìn)行優(yōu)化整合，增加綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性的實踐教學(xué)內(nèi)容。培養(yǎng)方案、教學(xué)計劃及教學(xué)大綱等的再設(shè)計，實現(xiàn)了課程群知識體系的優(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)過優(yōu)化整合，更能發(fā)揮群體課程的優(yōu)勢。

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、計算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)等6門相關(guān)課程構(gòu)成課程群，這些課程具有一定的相對獨立性，而課程內(nèi)容縱向具有前導(dǎo)和后繼關(guān)系，橫向存在知識結(jié)構(gòu)上的內(nèi)在聯(lián)系，各門課程合理分工，構(gòu)成一個系統(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)計與開發(fā)課程需要軟硬件的緊密結(jié)合，涉及硬件設(shè)計、操作系統(tǒng)、系統(tǒng)開發(fā)等相關(guān)課程的內(nèi)容，對課程群的課程內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化融合，課程群以ARM為硬件平臺， Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，將Linux內(nèi)核移植到ARM硬件平臺上，在這樣的軟硬件平臺上，使用C/C++開發(fā)嵌入式系統(tǒng)。

課程融合突破了課程之間的壁壘，沒有了學(xué)科、課程的界限，是實現(xiàn)了課程群共融的教學(xué)活動。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，實現(xiàn)課程群跨越式發(fā)展。

2.3 實踐課程的融合

嵌入式系統(tǒng)課程實踐性強(qiáng)，根據(jù)嵌入式專業(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)課程群實踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。整合嵌入式系統(tǒng)課程群實踐教學(xué)課程，實現(xiàn)課程群實踐課程合理分工，保證課程群實踐課程之間的緊密銜接，優(yōu)化整合實踐教學(xué)內(nèi)容，減少驗證性實驗，增加綜合性、設(shè)計性實踐教學(xué)內(nèi)容，增加具有創(chuàng)新性的實踐教學(xué)內(nèi)容，開展多層次遞進(jìn)式的嵌入式課程群實踐教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新實踐能力為主線，優(yōu)化整合課程群的實踐教學(xué)資源和實踐教學(xué)過程，形成多層次、多環(huán)節(jié)的實踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

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

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)知識的基本概念、原理和方法。隨著計算機(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)展的趨勢和方向，以基礎(chǔ)共性的新方法與新技術(shù)為切入點，將嵌入式新方法與新技術(shù)的前瞻性知識引入課程群理論教學(xué)中。我們在理論課程中先后引入微控制器、可編程計算、多核和虛擬化等知識；通過案例分析和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，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知識等。

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

及時修訂和調(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，借鑒國內(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，堅持學(xué)科優(yōu)勢，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)動教學(xué)，可以提高學(xué)生工程實踐能力和應(yīng)用能力；依托學(xué)科競賽和科學(xué)研究，促進(jìn)課程群教學(xué)改革。通過產(chǎn)、學(xué)、研合作培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，廣泛開展學(xué)科競賽活動、學(xué)生科研訓(xùn)練和科技活動，積極引導(dǎo)學(xué)生參加研究實踐活動，促進(jìn)教學(xué)與實踐的緊密結(jié)合。

3.3 改革評價方式，考核教學(xué)效果

課程考核是檢查和評價教與學(xué)效果的主要手段，是對學(xué)生的知識掌握程度、綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行的綜合評定。我們通過課程考核，及時反饋評價結(jié)果，跟蹤分析教學(xué)中存在的問題，通過創(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。

課程群評價體系設(shè)計遵循多元化考核、考核辦法全程化、考核方式多樣化、考核內(nèi)容綜合化、考核成績合理化、考核反饋經(jīng)常化、建立考核反饋機(jī)制等原則。

課程群的考核評價體系包括3個方面的評價：

（1）教師教學(xué)過程評價（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、課外書面作業(yè)、隨堂測試和學(xué)期小組活動5項，每項占6%。

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

（3）期末試卷測試（30%）：期末測試采取定量評價和教師評價的方式，具有較強(qiáng)的操作性和實用性，占30%。

3.4 注重隊伍建設(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。師資隊伍是課程群建設(shè)的基本保證，師資隊伍應(yīng)該具有對課程群內(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)的教師需要通過各種方式提高素質(zhì)，從而加強(qiáng)師資隊伍的整體建設(shè)，促進(jìn)課程群的建設(shè)。

教學(xué)團(tuán)隊的建設(shè)應(yīng)圍繞課程群進(jìn)行，通過引進(jìn)、進(jìn)修培養(yǎng)等手段，構(gòu)建年齡、職稱、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。課程群建設(shè)需要不斷調(diào)整優(yōu)化教學(xué)隊伍，逐步形成教學(xué)與科研的良性互動局面。

4 結(jié) 語

經(jīng)過多年的改革創(chuàng)新與實踐，從單一課程到課程群建設(shè)的發(fā)展，課程群知識結(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，增加新的知識；通過強(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

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

關(guān)鍵詞：實踐性教學(xué)活動；綜合性項目設(shè)計；開放式考核

【中圖分類號】G640

1、實踐教學(xué)活動的設(shè)計思想

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

圖1 實驗過程知識結(jié)構(gòu)示意圖

2、實驗項目

嵌入式系統(tǒng)實驗是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，它在培養(yǎng)學(xué)生掌握實驗技能、強(qiáng)化概念、提高觀察、分析和解決問題的能力方面具有獨到之處。實驗類型分為基礎(chǔ)實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新實驗三類。

表1 實驗項目分類表

實驗項目 描述 基礎(chǔ)實驗 選作實驗 創(chuàng)新實驗

嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立 交叉開發(fā)環(huán)境的建立（包括宿主平臺及目標(biāo)平臺的軟硬件配置，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），掌握開發(fā)工具的基本使用，熟悉嵌入式軟件運行的載體嵌入式目標(biāo)平臺 √

嵌入式微處理器基礎(chǔ)實驗 包括匯編指令實驗、C語言程序?qū)嶒灱癈語言調(diào)用匯編實驗、GPIO輸入/輸出實驗、存儲器讀寫實驗、中斷實驗、定時器實驗、脈寬調(diào)制PWM實驗、 模擬比較器、看門狗實驗、ADC數(shù)據(jù)采集實驗 √

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

嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)實驗 嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS操作系統(tǒng)的基本管理功能的驗證性實驗，包括任務(wù)管理、任務(wù)的設(shè)計、信號量機(jī)制、消息隊列、優(yōu)先級反轉(zhuǎn)及解決策略、動態(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、特點與使用方法 √

嵌入式系統(tǒng)硬件驅(qū)動開發(fā)實驗 開發(fā)板初始化、系統(tǒng)自舉（BOOT LODER）、人機(jī)接口驅(qū)動（鍵盤、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)動開發(fā)實驗 源代碼開放操作系統(tǒng)（uC/OS-II）的移植實驗、移植操作系統(tǒng)到LM3S8962 √

嵌入式操作系統(tǒng)應(yīng)用綜合實驗 電腦自動打鈴器設(shè)計與實現(xiàn)、基于CAN現(xiàn)場總線的數(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)用實驗 ZLG/GUI（圖形用戶界面）開發(fā)應(yīng)用實驗 √

嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計開發(fā)實驗 基于開源軟件的應(yīng)用軟件架構(gòu)設(shè)計與實踐、逆變電源制作、IEEE國際電腦鼠跑迷宮競賽、“飛思卡爾”杯全國大學(xué)生智能車競賽等 √

3、實踐時間和方式

上述實踐內(nèi)容由簡單到復(fù)雜，僅靠課內(nèi)時間難以完全實現(xiàn)。本著“充分發(fā)揮個人的學(xué)習(xí)潛力，目標(biāo)動態(tài)差異化管理，讓優(yōu)秀的學(xué)生脫穎而出”的理念，實踐課分為四個階段，即實驗課階段、課外實驗階段、課程設(shè)計階段和項目綜合實訓(xùn)階段。

4、實踐課程組織形式

在整個實踐教學(xué)過程中，以學(xué)生為主體，教師僅起引導(dǎo)作用，教師通過和企業(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)。鼓勵學(xué)生提出問題、思考問題、解決問題。實踐課程組織形式如圖2所示。

圖2 實踐課程組織形式示意圖

5、教師指導(dǎo)方法

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

⑵對實驗難度較大的實驗，教師進(jìn)行實驗難點講解，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)模式的時空界限，動手實驗，自己做決定；在教師的指導(dǎo)下制定工作計劃，以保證學(xué)生能夠順利地完成實踐項目。

⑶設(shè)計性和創(chuàng)新實驗，預(yù)先將實驗題目告訴學(xué)生，要求學(xué)生查閱資料，根據(jù)所學(xué)的理論知識，寫出實驗原理，設(shè)計出具體的實驗步驟，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)系實際，教會他們解決問題的方法，幫助他們在出現(xiàn)分歧時加強(qiáng)溝通，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動探索的愿望。

6、考試方法與考核內(nèi)容

傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式的考試方式還是停留在紙張上，可以說是“一紙定成績，一紙定能力”的不合理方式。助長死記硬背的應(yīng)試教育模式，不能夠準(zhǔn)確反映學(xué)生的應(yīng)用知識和解決實際問題的能力。本門課程的實踐教學(xué)考試方式根據(jù)需要進(jìn)行了全面改革，以綜合性項目設(shè)計為主的開放式考核方法，考核內(nèi)容包括“設(shè)計、制作、編程、調(diào)試與文檔寫作”等，學(xué)生通過考核就相當(dāng)于參與了一個項目的研發(fā)過程。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，又起到融會貫通所學(xué)知識的作用。

開放式考核是衡量學(xué)生能力的好方式，學(xué)生不需要死記硬背，注重知識應(yīng)用與分析、解決問題的能力，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)過程，促進(jìn)了學(xué)生的能力培養(yǎng)。通過分析考試結(jié)果不僅較準(zhǔn)確的反映了學(xué)生的應(yīng)用知識和解決實際問題的能力，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?？荚嚱M織形式見圖3 。

圖3 開放式考試組織形式圖

7、實踐教學(xué)活動的教學(xué)效果

篇6

嵌入式系統(tǒng)的研究內(nèi)容較為寬泛，其中主要包括嵌入式硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。嵌入式軟、硬件設(shè)計的教學(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)的可靠性和實時性，決定嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的成敗，因此硬件設(shè)計在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計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)的三個層次給學(xué)生講解嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計。

1.嵌入式處理器，它是嵌入式系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)整個嵌入式系統(tǒng)的運行。嵌入式處理器選型原則是硬件設(shè)計的重要教學(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應(yīng)考慮的因素，如處理器性能、價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和實際工程需要對處理器選型能力[3]，為其后續(xù)嵌入式硬件設(shè)計的學(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)存儲器、時鐘電路、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，具有這三個基本單元和處理器單元的系統(tǒng)即可正常工作，也稱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、功能及其設(shè)計方法，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)與真實環(huán)境交互的各種設(shè)備，包括外存儲設(shè)備（如FlashCard）、IO設(shè)備（如鍵盤、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電路的設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計方法和設(shè)計目標(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象時，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、家電等各個領(lǐng)域，STM32F104微處理器對于初學(xué)者來說具有開發(fā)簡單、直觀并且可獲取豐富的網(wǎng)絡(luò)支持的特點，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，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，掌握英文數(shù)據(jù)手冊的章節(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、復(fù)位電路設(shè)計以及時鐘電路設(shè)計。

嵌入式電源電路設(shè)計教學(xué)主要向?qū)W生介紹電源電路的兩種類型，即線性電源和開關(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以及應(yīng)用場合，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，開關(guān)電源則常采用LM2596、MP2359等開關(guān)電源芯片，簡單介紹各個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)時鐘電路設(shè)計的課程教學(xué)主要向?qū)W生介紹兩種類型的時鐘電路，即無源晶體和有源晶振電路，講解這兩種類型時鐘的特點和應(yīng)用場合以及時鐘電路設(shè)計的注意的事項，并用多媒體給出兩種類型電路結(jié)構(gòu)，向?qū)W生分析電路中各個元件的作用。嵌入式系統(tǒng)復(fù)位電路教學(xué)需向?qū)W生介紹兩種類型的嵌入式復(fù)位電路，即阻容式復(fù)位和專用復(fù)位芯片復(fù)位，介紹兩種電路的特點，同時介紹幾款常用的專用復(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)計方法。如果說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、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)接口類型，并根據(jù)實際工程需要選擇不同接口類型的IO設(shè)備，同時引導(dǎo)學(xué)生掌握各種接口的時序，并能夠熟悉幾種常用的接口類型，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)計的核心內(nèi)容，因此，嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計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)動程序，加強(qiáng)學(xué)生對各個軟件層次的把握。嵌入式軟件設(shè)計授課需要向?qū)W生講授各軟件層的功能與特點、嵌入式軟件開發(fā)所需要具備的先行課程知識，明確嵌入式實時操作系統(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)會軟件設(shè)計的分工。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及其主要特點有所了解。目前，嵌入式實時操作系統(tǒng)可分為兩種類型，即商用型和免費型，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)，但是價格昂貴；免費型操作系統(tǒng)在價格方面具有較大的優(yōu)勢，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)用程序開發(fā)、驅(qū)動程序開發(fā)以及圖形用戶接口的使用方法。同時，嵌入式軟件教學(xué)需向?qū)W生介紹嵌入式軟件開發(fā)工具和開發(fā)平臺，其中主要介紹交叉開發(fā)系統(tǒng)調(diào)試結(jié)構(gòu)和使用方法。嵌入式交叉開發(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發(fā)的工作形式、嵌入式軟件開發(fā)需要具備哪些條件和做哪些準(zhǔn)備工作。同時，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)開發(fā)軟件，目前STM32F104微處理器的軟件開發(fā)普遍采用KeilμVision開發(fā)軟件以及JLINK仿真器，則嵌入式課程需要向?qū)W生介紹KeilμVision開發(fā)環(huán)境設(shè)置方法、工程項目的建立方法、JLINK仿真器硬件連接方式以及驅(qū)動程序安裝方法，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、硬件開發(fā)平臺，并能在此開發(fā)平臺上新建工程項目、下載程序、仿真運行、斷點跟蹤調(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，注重知識的承前啟后，對嵌入式系統(tǒng)的一些先行課的相關(guān)章節(jié)知識點需要進(jìn)行必要的復(fù)習(xí)，比如在硬件設(shè)計中，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)知識點，在嵌入式軟件設(shè)計教學(xué)中，需復(fù)習(xí)C語言程序設(shè)計、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)計教學(xué)方式改革

嵌入式硬件設(shè)計教學(xué)中，任課教師可在課堂上準(zhǔn)備一些實驗設(shè)備[5]，將軟、硬件實驗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，并作簡要介紹，使得學(xué)生能夠直觀的認(rèn)識嵌入式系統(tǒng)硬件電路，然后以提問的方式引導(dǎo)學(xué)生對電路圖如何設(shè)計和生成產(chǎn)生興趣，授課教師此時可介紹嵌入式硬件設(shè)計步驟以及電路設(shè)計的相關(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)計過程和設(shè)計方法。在此基礎(chǔ)上，授課教師在課堂上以一個簡單的嵌入式電路系統(tǒng)為例，現(xiàn)場安裝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)試過程和調(diào)試方法，讓學(xué)生掌握嵌入式電源電路、時鐘電路、接口電路的調(diào)試方法，并在課堂上現(xiàn)場演示硬件調(diào)試，最后以處理器的一個IO接口控制的LED燈閃爍為例，編寫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。授課教師在講解嵌入式操作系統(tǒng)的使用方法時，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)編寫應(yīng)用程序，在操作系統(tǒng)的每個任務(wù)的主循環(huán)中添加斷點，讓學(xué)生直觀的感受操作系統(tǒng)多任務(wù)切換機(jī)制，并以一個簡單的軟件例程，要求學(xué)生現(xiàn)場進(jìn)行構(gòu)思，開展廣泛的交流，然后將學(xué)生構(gòu)思的各種方案在多媒體上進(jìn)行現(xiàn)場編程實現(xiàn)、輸出結(jié)果，讓學(xué)生對自己方案的正確性、合理性有直觀的認(rèn)識和理解，并促使其對方案進(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)計方法。

三、嵌入式系統(tǒng)實驗和實踐教學(xué)的優(yōu)化

實驗教學(xué)和實踐教學(xué)是教學(xué)過程中重要環(huán)節(jié)，可提高學(xué)生對理論知識的理解和把握，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐能力、獨立思考解決問題的能力。學(xué)生可以通過實驗來驗證理論課程知識，對于課堂上的例程，學(xué)生可以通過自己的學(xué)習(xí)和理解對其進(jìn)行修改，然后進(jìn)行實驗，驗證其修改正確與否，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)計是嵌入式系統(tǒng)課程的工程實踐環(huán)節(jié)，旨在訓(xùn)練學(xué)生的動手實踐能力和培養(yǎng)學(xué)生的方案論證能力、工程項目設(shè)計和開發(fā)能力，適應(yīng)學(xué)生就業(yè)和社會需求。

（一）嵌入式課程實驗教學(xué)

嵌入式實驗教學(xué)需要向?qū)W生詳細(xì)介紹實驗系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電原理圖和系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境，并以一個簡單的例程引導(dǎo)學(xué)生熟悉和如何使用實驗系統(tǒng)的硬件電路和軟件開發(fā)環(huán)境以及實驗操作步驟。實驗課程的章節(jié)內(nèi)容安排應(yīng)遵循由簡入繁的原則，明確實驗方法、實驗步驟和實驗?zāi)康?，引?dǎo)學(xué)生從一個簡單的IO端口控制LED燈閃爍的例程開始學(xué)習(xí)，完成從新建工程、編寫程序、下載程序調(diào)試、觀看實驗結(jié)果的實驗過程，再以2~3個難度逐步增加的實驗，明確實驗?zāi)繕?biāo)（即實驗成功后應(yīng)看到的實驗現(xiàn)象），激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和動手實驗的興趣。學(xué)生在實驗期間遇到問題，指導(dǎo)教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生檢查問題并解決問題，而并非直接告訴學(xué)生答案，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。在學(xué)生正確完成實驗后，指導(dǎo)教師應(yīng)積極鼓勵學(xué)生采用多種不同的軟件算法完成同一個實驗，提高學(xué)生的編程能力和拓寬學(xué)生的視野。在完成實驗的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在現(xiàn)有實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)一些簡單的電子設(shè)備，如數(shù)字電子鐘、數(shù)字溫度計、計算器等，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)計教學(xué)

嵌入式系統(tǒng)作為一門應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，進(jìn)行項目化教學(xué)是課程設(shè)計教學(xué)改革的必由之路[6]。本文采用項目開發(fā)為驅(qū)動的課程設(shè)計形式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)嵌入式硬件設(shè)計、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動設(shè)計、應(yīng)用程序設(shè)計，以一個完整的項目開發(fā)作為課程設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生全面掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的全部過程，鞏固所學(xué)的理論知識。在課程設(shè)計選題方面，指導(dǎo)教師可提供一定數(shù)量設(shè)計課題，設(shè)計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)計能力的目的。學(xué)生也可根據(jù)自身的知識特點擬定課題，經(jīng)指導(dǎo)教師審核修改后進(jìn)行課程設(shè)計，同樣，自擬課題也要達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的。課程設(shè)計的選題和實施應(yīng)能培養(yǎng)學(xué)生的嵌入式方案論證和制定項目具體實施計劃的能力，規(guī)范學(xué)生的嵌入式項目開發(fā)方法和開發(fā)步驟。在嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計結(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)計大賽，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生嵌入式工程實踐能力，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)展和對嵌入式行業(yè)人才的持續(xù)需求,各個高等院校紛紛開設(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題?，F(xiàn)將本人在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方法教學(xué)過程中存在的問題提出自己的一些想法。

1. 市場人才要求和高校畢業(yè)生素質(zhì)之間的差異。目前,智能化計算機(jī)領(lǐng)域就業(yè)市場對嵌入式從業(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發(fā)工作的能力,即便企業(yè)錄用的專業(yè)畢業(yè)生,也通常需要對其進(jìn)行一段相當(dāng)長時間的再培訓(xùn)。市場人才要求和高等畢業(yè)生素質(zhì)之間的矛盾日益突出。

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

我校是在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)開設(shè)嵌入式方向,其作為專業(yè)方向課開設(shè)在大學(xué)三年級,前修課程為《程序設(shè)計基礎(chǔ)》、《計算機(jī)操作系統(tǒng)》、《計算機(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驗都是以系統(tǒng)層面為基礎(chǔ),每個實驗均需要投入較多時間來完成,因此實驗學(xué)時需求較大,而從整體課程體系來看,確實存在理論部分內(nèi)容占用較多學(xué)時的問題,目前,我校在課程設(shè)置中理論學(xué)時較小,加大了實驗學(xué)時的比重,然而實驗學(xué)時如何有效使用以及如何對實踐環(huán)節(jié)進(jìn)行外延,這是擺在我們面前一個嚴(yán)峻的問題。3.缺乏與企業(yè)和公司的合作。除了必要的相關(guān)課程實驗項目,我們在教學(xué)過程中,發(fā)現(xiàn)有些實驗項目與公司企業(yè)的需求有一定差異,其一,實驗項目內(nèi)容和市場整個行業(yè)發(fā)展之間的不協(xié)調(diào),使得嵌入式課程的實踐教學(xué)跟市場有所脫節(jié);其二,嵌入式方向課程綜合性的特征使得實驗項目的實施必須得到必要的資金支持。否則在校學(xué)生接觸市場的機(jī)會減少,使得嵌入式課程的實踐教學(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,和當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)緊密聯(lián)系,通過校企合作,由教師審核指導(dǎo),學(xué)生動手,開展校企合作項目,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。我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(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)用軟件的開發(fā)。我們在實際的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)和一般的PC機(jī)開發(fā)具有明顯的差異。首先,嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)往往需要根據(jù)用戶的需求進(jìn)行定制,而不是通用操作,開發(fā)人員必須具備完善的知識體系;其次,嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的工程性,嵌入式系統(tǒng)開發(fā)往往都是一個體積非常小的部件,CPU通常不采用Intelx86系列,開發(fā)工具也是專用的開發(fā)板。學(xué)生如果不通過實際動手開發(fā)一個系統(tǒng)模塊,就很難了解嵌入式開發(fā)的基本過程,因此,實際動手能力是嵌入式課程最顯著的特點。

2.我校嵌入式課程體系設(shè)置。嵌入式課程的特點使得學(xué)生必須有較完整的知識結(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)容及時間設(shè)置情況。

表1顯示,我校計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)嵌入式方向?qū)I(yè)課程從第二學(xué)年第4學(xué)期開始,從系統(tǒng)開發(fā)基本概念以及開發(fā)平臺出發(fā),依次對嵌入式操作系統(tǒng)Linux、嵌入式程序設(shè)計基礎(chǔ)以及Java程序設(shè)計基礎(chǔ)進(jìn)行深入講解,最后對嵌入式接口技術(shù)以及高級編程展開講解,第四學(xué)年兩個學(xué)期分別對專業(yè)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)進(jìn)行持續(xù)性的工程化實踐教學(xué)。

三、教學(xué)改革措施與創(chuàng)新實踐

1.注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)依托產(chǎn)品和市場,而設(shè)計的創(chuàng)新性決定了系統(tǒng)的價值,因此,如何通過課程加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)是我們面臨的難題。我們在教學(xué)過程中的措施如下:理論學(xué)時僅概要講解基本原理和方法,要求學(xué)生充分利用課外時間,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)個人興趣有選擇地對某些問題進(jìn)行深入的分析研究,環(huán)境搭建以及技術(shù)要點則通過實驗學(xué)時完成;將學(xué)生兩人一組,要求每組必須選取至少一個實驗?zāi)K,小組內(nèi)進(jìn)行任務(wù)分工,對實驗?zāi)K所涉及的知識點以及代碼編寫,甚至存在的問題等,在實驗學(xué)時容許的范圍內(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)生有充分時間準(zhǔn)備,將被動接受知識的灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿魉伎?鼓勵學(xué)生對實例所采用的技術(shù)和方案進(jìn)行不同角度的評價,深入研究實際系統(tǒng),任課教師也對分組學(xué)生的任務(wù)完成給予一定的評價和考核,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性;利用實驗學(xué)時6學(xué)時的綜合開放實驗,任課教師鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生積極提出自己的設(shè)計思想,并且注重設(shè)計的原創(chuàng)性。2.以生命期為線,規(guī)劃教學(xué)體系。完整的知識結(jié)構(gòu)離不開完善的嵌入式系統(tǒng)開發(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,從平臺到應(yīng)用的“三步走”思路,將嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的生命周期和課程設(shè)置進(jìn)行對應(yīng):①嵌入式開發(fā)環(huán)境的建立,對應(yīng)課程《嵌入式軟件開發(fā)導(dǎo)論》、《嵌入式接

口技術(shù)》,著重開發(fā)平臺的了解和認(rèn)識,交叉編譯、仿真開發(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)開發(fā)的基礎(chǔ),也是實際工程項目的開始。②基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件開發(fā),對應(yīng)課程《嵌入式操作系統(tǒng)》、《嵌入式程序設(shè)計基礎(chǔ)》,包括應(yīng)用開發(fā)和核心編寫代碼,是實際工程項目中的應(yīng)用程序設(shè)計的基礎(chǔ)。③嵌入式綜合應(yīng)用的開發(fā),對應(yīng)課程《嵌入式高級編程》、《Java程序設(shè)計》,包括農(nóng)業(yè)移動多媒體、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)用的開發(fā),直接面向?qū)嶋H工程項目。 這完整的嵌入式課程實驗體系,不僅使得教師可以在各個層面對學(xué)生的實踐能力進(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,對嵌入式系統(tǒng)有更加深入的認(rèn)識。

3.強(qiáng)化實踐教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容以及硬件平臺是影響實踐教學(xué)的重要因素,也是強(qiáng)化實踐教學(xué)的兩個關(guān)鍵方面。我校教學(xué)平臺是購買市面上現(xiàn)成的通用型實驗開發(fā)箱,按照廠家提供的內(nèi)容來授課,實驗課程初期,學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)受限于教學(xué)內(nèi)容和實驗設(shè)備,大多只能做些驗證性實驗,直接影響學(xué)生面對實際系統(tǒng)時的實際操作創(chuàng)新能力與后續(xù)開發(fā)實際動手能力,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,在通用型的開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上,自行改進(jìn)設(shè)計成為適合本校學(xué)生使用的開發(fā)板,在實踐教學(xué)中,通用型和改進(jìn)型開發(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。對實驗指導(dǎo)書的實驗要求進(jìn)行一定的調(diào)整;減少驗證性實驗數(shù)量,增加了創(chuàng)新性實驗部分;基于現(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺擴(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),而且更好地與實際[文秘站:]應(yīng)用接軌。

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【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，以滿足帶寬成本敏感性的市場需求。該系列有兩類芯片：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)部存儲容量，其18*18乘法器數(shù)量最多可達(dá)360個；M9K存儲模塊可提供9kbit的嵌入式SRAM，并可配置為多個數(shù)據(jù)寬度的存儲模塊，如真實雙端口的×1、×2、×4、×8/9、×16/18；全局時鐘高達(dá)30個，8個PLLs連接5個輸出時鐘；該系列芯片支持SDR、DDR、DDR2 SDRAM、和QDRII SRAM，可以利用Memory Controller MegaCore function完成存儲器界面的設(shè)計。

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，可實現(xiàn)可編程的總線保持、上拉電阻、時延、速率轉(zhuǎn)換控制以優(yōu)化信號完整性；其配置方式包括AS、AP、PS、FPP和JTAG，通過選擇EPCS和并行FLASH采取相應(yīng)的配置數(shù)據(jù)方式，以實現(xiàn)上電數(shù)據(jù)自動加載；該芯片支持速率等級8。本文采用CycloneⅣ E系列的EP4CE22F17C8來實現(xiàn)無線輸液監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計，可實現(xiàn)多位輸液病人的監(jiān)測與最低液位自動報警，以最大限度地實現(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、無線收發(fā)、編解碼電路和處理器及電路。當(dāng)液位低于某個位置時，輸液監(jiān)測電路驅(qū)動編碼器啟動無線發(fā)射器發(fā)射液位報警信號，接收端譯碼后送入處理器判斷輸液患者編號，啟動聲光報警。

2 基于EP4CE22F17C8 的IP CORE設(shè)計

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個邏輯單元；擁有154個I/O接口和256個管腳，工作溫度0°C - 85°C；嵌入132個9 bit單元乘法器，擁有4個PLL和20個全局時鐘，其核工作電壓為1.2伏；擁有608256 bits存儲容量，packed mode的M9K存儲模塊可設(shè)計為最大數(shù)據(jù)寬度為18bits、單時鐘模式的兩個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)計完成的.mif文件以例化存儲模塊。

2.2 基于EP4CE22F17C8 IP CORE的設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計需要添加以下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)計以節(jié)省全局時鐘，并將存儲器DQS與控制接口的DQS相連。該設(shè)計采用的每個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，存儲器類型為JEDEC DDR2-533 512Mb x8，其原理圖如圖2所示。

3 基于EP4CE22F17C8實現(xiàn)輸液監(jiān)測無線報警系統(tǒng)主要電路的設(shè)計

3.1 液位監(jiān)測及無線報警系統(tǒng)的設(shè)計

本文采用利用TLV1701、SC5262和TDK5110F完成液位監(jiān)測和無線系統(tǒng)的設(shè)計。以輸液編號為第15位說明硬件電路原理圖的設(shè)計，如圖3所示。當(dāng)液位低于設(shè)定值時，紅外對管產(chǎn)生報警電壓經(jīng)電壓比較器處理后，依據(jù)輸液病人編號借助SC5262進(jìn)行編碼，通過TDK5100F調(diào)頻后發(fā)出射頻信號，實現(xiàn)液位監(jiān)測報警。

3.2 液位監(jiān)測無線解碼及報警電路設(shè)計

液位監(jiān)測無線解碼及報警硬件電路設(shè)計基本原理圖如4所示，所采用的集成芯片為TDA5210和SC5272，其中TDA5210能與ASK接收器TDA5200兼容。其基本原理為：TDA5210將接受的射頻信號解調(diào)后送至SC5272，與EP4CE22F17C8處理器定時發(fā)送至SC5272地址入口的輸液編號對比，一致時，處理器針對該輸液編號發(fā)出液位報警提示信號。

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開發(fā)平臺、結(jié)合Qsys設(shè)計NIOSII及IP核、altium designer summer 9.0實現(xiàn)輸液監(jiān)測無線報警系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。該電路將無線編解碼及無線射頻的設(shè)計思想與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)用開闊了設(shè)計思路。

參考文獻(xiàn)

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論文摘要：針對電子電信類專業(yè)的特點，制定了各個教學(xué)階段第二課堂活動的基本內(nèi)容和實施方法，方便了指導(dǎo)教師從事第二課堂的指導(dǎo)活動；在各個教學(xué)階段實施第二課堂教學(xué)實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過第二課堂實踐，我校電子電信類專業(yè)的學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣不斷增加，學(xué)生的創(chuàng)新顯著提高。

第二課堂活動是指在完成專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的課程和實踐環(huán)節(jié)之外，結(jié)合所學(xué)知識，在教師指導(dǎo)之下利用業(yè)余時問進(jìn)行的科研和實踐活動。為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展，山東工商學(xué)院(以下簡稱“我校”)從2002年開始實施第二課堂與創(chuàng)新學(xué)分學(xué)校文件規(guī)定，實行學(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，不可能具體到每個學(xué)科、每個專業(yè)的實施細(xì)節(jié)就電信類專業(yè)來說，專業(yè)的理論性強(qiáng)，且具有較強(qiáng)的實踐性第二課堂的重點是培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力及創(chuàng)新能力。為了做好電信類專業(yè)的第二課堂與創(chuàng)新活動，我們按照教學(xué)過程的幾個不同階段，規(guī)定了第二課堂與創(chuàng)新活動的內(nèi)容及評價方法。

一、基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動

按照規(guī)定，學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)學(xué)科和人文社會學(xué)科課程時可在教師指導(dǎo)下，利用業(yè)余時間開展課程內(nèi)容專題討論、學(xué)術(shù)報告，并寫出書面總結(jié)，經(jīng)任課教師考核，學(xué)生可以取得1到個第二課堂學(xué)分。

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

電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)等專業(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)生都能夠運用所學(xué)的知識，對這次金融危機(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，同時通過圖書、網(wǎng)絡(luò)等手段了解了當(dāng)前經(jīng)濟(jì)活動的熱點問題。

二、專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動

在專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)階段，學(xué)生可開展課外專題討論、寫讀書報告、組織課外科技活動小組等多種形式的活動，由教師考核每項活動可得l到2個該類學(xué)分。電信類專業(yè)的專業(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，且授課學(xué)時較多。因此，我們結(jié)合電路分析、信號與線性系統(tǒng)分析這兩門課程，設(shè)置了課外討論題目。如線性系統(tǒng)的時域解法綜述(電路實例)，通信系統(tǒng)頻分復(fù)用方式的頻域分析，系統(tǒng)的時域解法與變換域解法的比較等。要求寫出書面報告，由指導(dǎo)教師評分。

學(xué)生在學(xué)習(xí)信號與系統(tǒng)時，還未開通信原理課。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(信號的調(diào)制與解調(diào)、信號濾波)，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)。通過這一題目，學(xué)生知道了頻域分析的用途，并對后續(xù)課程有一個大致的了解，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。另外，開展專題演講活動也可作為這一階段的第二課堂活動。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)行評分。這項活動，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、專業(yè)課學(xué)習(xí)階段的第二課堂活動

在專業(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小組，完成一定的科研任務(wù)，并撰寫文獻(xiàn)綜述、生產(chǎn)現(xiàn)狀調(diào)查、研究論文、實驗設(shè)計等，由教師考核，每項活動可得l到2個該類學(xué)分。

在這一階段，學(xué)生已具備一定的專業(yè)知識和科技工作能力，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，可在教師指導(dǎo)下，完成某個項目的部分或全部工作，經(jīng)歷科研及開發(fā)工作的整個過程，積累科研開發(fā)工作經(jīng)驗。

電子設(shè)計大賽是第二課堂活動的重要內(nèi)容。我校自電子信息工程專業(yè)成立至今，每年都組織學(xué)生參加兩年一度的全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽及山東省大學(xué)生電子設(shè)計競賽。競賽的時間在每年的9月，我們在暑假前組織學(xué)生自愿報名，學(xué)生組隊參加，利用假期進(jìn)行認(rèn)真的理論與實踐方面的準(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)生拿到競賽題目后能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成設(shè)計任務(wù)。參加過電子設(shè)計競賽的學(xué)生感慨地說，參賽過程學(xué)到的東西實在是太多了，好多都是教材中沒有的新技術(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賽，如“ZLG杯”ARM嵌入式系統(tǒng)電子設(shè)計競賽，富士通微電子杯MB95200系列MCU競賽等。至今，我校學(xué)生已多次獲國家及山東省的獎項。

選拔有能力的學(xué)生參與教師的科研課題，這是第二課堂活動的另一項內(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)開發(fā)中，LCD顯示驅(qū)動子系統(tǒng)的開發(fā)，無線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)的開發(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，而且得到了在科研團(tuán)隊中的工作經(jīng)驗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，也是第二課堂活動的內(nèi)容。愛好電腦的學(xué)生參加電腦技術(shù)協(xié)會，"協(xié)會是學(xué)生人數(shù)較多的協(xié)會學(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)頁制作技術(shù)等他們把所學(xué)到的知識，利用業(yè)余時間運用到為同學(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)校支付一定的報酬。另外，校外的小企業(yè)需要開發(fā)網(wǎng)頁，大的軟件公司不愿承擔(dān)過小的項目，這種網(wǎng)頁開發(fā)特別適合學(xué)生去做。通過這樣的開發(fā)過程，學(xué)生的網(wǎng)頁制作技術(shù)水平得到提高，并得到與企業(yè)打交道的經(jīng)驗，還得到一定的報酬。

鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。雖然專業(yè)培養(yǎng)計劃中已開設(shè)單片機(jī)原理課程，但對電信類專業(yè)來說，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)。嵌入式開發(fā)系統(tǒng)品種繁多，各種單片機(jī)開發(fā)板，ARM開發(fā)系統(tǒng)價格僅幾百元，學(xué)生可以結(jié)合自己的興趣，自己購買開發(fā)學(xué)習(xí)板，利用業(yè)余時間學(xué)習(xí)。不少學(xué)生把嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)作為畢業(yè)設(shè)計的題目，并取得了良好的成績。

四、總結(jié)

篇10

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

中圖分類號： TN919?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 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

黑盒測試是從用戶觀點出發(fā)的測試，依據(jù)需求功能說明書中的預(yù)期用途、定時和性能的要求，推斷測試結(jié)果。黑盒測試根據(jù)測試階段可分為單元測試、集成測試、確認(rèn)測試、系統(tǒng)測試四個階段[1]。嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)軟件測試不同的新特性，因此需要采取針對性的測試方法。通用的測試方法可分為靜態(tài)時間分析和動態(tài)時間分析。

1 嵌入式軟件測試的環(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，不足之處在于對硬件的依賴性較強(qiáng)，測試范圍較窄；目標(biāo)機(jī)仿真測試結(jié)果真實，但由于實際運行中連接外部設(shè)備，很難辨識軟件和硬件錯誤。在實際測試中，根據(jù)測試效率、成本、可靠性、自動化程度等因素選擇測試環(huán)境[2]。

2 嵌入式測試系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)

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

嵌入式軟件測試系統(tǒng)由功能測試模塊、代碼測試模塊、數(shù)據(jù)分析和文檔報告模塊、通信接口轉(zhuǎn)換模塊組成。對于黑盒測試來說，功能測試模塊居主導(dǎo)地位，它主要通過接收目標(biāo)系統(tǒng)輸出信號和需要的信號進(jìn)行比對來判定目標(biāo)系統(tǒng)在功能上是否達(dá)到最優(yōu)[3]。

3 詞法語法分析的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 Lex?Yacc

Lex是檢測字符匹配性的詞法生成程序，Yacc是測定語法的生成程序。一個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Yacc程序也是由三段組成，分別是聲明、語法規(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程序用來計算數(shù)字字符串，能對各種符號進(jìn)行識別，當(dāng)插碼時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和標(biāo)號。本次設(shè)計全程在Linux下，通過Lex編譯后生成詞法分析程序的C代碼，通過Yacc編譯后生成語法分析程序的C程序代碼。兩者通過gcc命令進(jìn)行編譯形成綜合分析。最后運行該綜合分析器就可以對51系列的匯編語言進(jìn)行分析[4?5]。

3.3 被測源程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析

Lex?Yacc工具對單文件逐行掃描，得出當(dāng)前語句各類參數(shù)類型，不同參數(shù)類型分別進(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、語法分析完畢，五個單鏈表中存儲了對應(yīng)的匯編程序。因為單鏈表本身只是一個轉(zhuǎn)換器，無法顯示匯編程序之間的邏輯關(guān)系，所以需要對程序進(jìn)行二次分析，確定所有邏輯關(guān)系。其中五個單鏈表形成的流程圖如圖2所示。

針對程序流程圖的建立，首先搜索匹配節(jié)點，根據(jù)節(jié)點不同進(jìn)入相應(yīng)分支處理。當(dāng)前語句在順序節(jié)點，則進(jìn)入順序處理模塊。從關(guān)鍵字“結(jié)束行號+1”開始遍歷單鏈表，存在兩種結(jié)果：一是算法出錯；另外一種就是在主程序中時則表明當(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 覆蓋率分析及評測

4.1 被測源程序覆蓋率分析

虛擬插樁技術(shù)就是在匯編語言基本結(jié)構(gòu)的特點上，在源程序的插樁點處設(shè)置斷點，在源程序執(zhí)行到斷點處，響應(yīng)斷點處指令，給出具體的PC地址，自動記錄并打印出來，接連下去形成PC值的數(shù)據(jù)鏈。通過查詢五類單鏈表與之建立對應(yīng)關(guān)系，就可以獲得到源程序的真實運行軌跡，進(jìn)而計算出各類覆蓋指標(biāo)。

4.2 基于代碼的覆蓋評測

在仿真測試平臺原型系統(tǒng)上，基于代碼的覆蓋測試首先需要選定適合用作黑盒測試的子過程模塊。提取的子過程模塊必須具備獨立運行的能力，根據(jù)覆蓋測試的標(biāo)準(zhǔn)和要求對代碼邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，設(shè)計出多個測試用例，然后通過手工運行該子程序的方式，在某一特定測試用例驅(qū)動下運行，測定出運行路徑，通過計算得出兩種覆蓋率理論評測指標(biāo)，與仿真測試平臺上實現(xiàn)的兩種覆蓋率相對比，得出覆蓋率分析法與虛擬插樁的正確性驗證結(jié)果。

5 嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計

設(shè)計一個可以代替人工進(jìn)行黑盒測試的平臺系統(tǒng)，見圖3，其基本原理是通過腳本語言記錄狀態(tài)信息，之后通過PC回放測試信息以判斷結(jié)果是否與記錄腳本一致，以此決定本次測試是否通過。為此，在編輯源代碼時就需要滿足錄制腳本和腳本回放兩個階段的需求。

5.1 插裝代碼分析

在PC上運行插裝系統(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)計嵌入式系統(tǒng)的插裝代碼時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)中的模擬用戶輸入模塊的主要功能是將計算機(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)中對聲音信息的獲取主要是通過識別每個聲音惟一的ID編號和固定的音頻編碼進(jìn)行的。工作時，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)，通過定時刷新函數(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陣截取法和消息截取法。由于點陣截取法操作簡單、測試結(jié)果準(zhǔn)確率高，因此本文使用點陣截取法獲取LCD信息。

（4） 系統(tǒng)狀態(tài)的獲取

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

5.3 自動化比較和測試

軟件是否準(zhǔn)確輸出結(jié)果，需要經(jīng)過多次測試實際輸出和預(yù)期輸出的差別。本文在設(shè)計嵌入式系統(tǒng)時綜合考慮了一些智能比較思想來優(yōu)化設(shè)計流程。由于實際的嵌入式系統(tǒng)會產(chǎn)生上百個復(fù)雜的狀態(tài)信息[7]，為便于比較，本文采用了相對比較的辦法對錄制腳本時的狀態(tài)變遷進(jìn)行比較。

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

6 結(jié) 語

黑盒測試技術(shù)的匯編語言測試系統(tǒng)用例研究在我國已經(jīng)很多，本文最大的亮點是引入虛擬插樁技術(shù)，實現(xiàn)真正插樁，即在被測源程序的插樁點處設(shè)置中斷指令，當(dāng)源程序運行到該點處時自動運行斷點指令，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)定的用例判定運行效果，得出黑盒測試的正確驗證結(jié)果。此方法最大的優(yōu)點在于高效、精確、成本較低，在實際運用中具有較高的實用價值。

參考文獻(xiàn)

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[2] 杜曉東.面向嵌入式系統(tǒng)的測試工具研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2003.

[3] 蘇銘，宋宗宇，王華.多計算機(jī)的自動插樁與監(jiān)測系統(tǒng)[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2002（4）：79?82.

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