嵌入式系统
Embedded System
课程代码：04010621
学位课程/非学位课程：非学位课程
学时/学分：45/3（实验12学时）
先修课程：高级程序设计、操作系统、Linux/Unix系统
一、课程在人才培养中的地位和作用
嵌入式系统是计算机科学技术专业的一门专业课，讲述嵌入式系统的基本理论、原理。本课程是一门既与硬件关系紧密，又与嵌入式操作系统、嵌入式软件关系十分紧密的课程。它围绕目前流行的32位ARM处理器和源码开放的Linux操作系统，讲述嵌入式系统的概念，软、硬件组成，开发过程以及嵌入式应用程序开发设计方法。本课程的知识将为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
二、课程教学目标
本课程借助于ARM的微处理器和实时操作系统Linux,介绍了嵌入式系统的设计方法.课程采用讲课与实验相结合的方式, 通过理论和实验教学使学生能够掌握从事ARM+Linux嵌入式应用程序的基本方法，通过综合设计使学生具备一定的嵌入式系统综合应用程序的设计能力，为今后从事嵌入式应用程序设计以及进一步提高科学技术水平打下坚实的基础。此外还增加了灵活多样的自主开放式实验,供基础较好的学生深入学习.
（一）知识目标
通过对基于ARM嵌入式芯片的系统的基本组织结构与工作原理的学习， 使学生对计算机系统的硬件部分有一个全面的了解，对嵌入式软件的开发过程有一个清楚的认识，通过对嵌入式操作系统的工作原理的学习，使学生对嵌入式操作系统有一个清晰的认识，提高学生在嵌入式软件设计设计能力及解决实际问题的动手能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。教学内容的基本要求分为掌握、理解、了解三级，这三类要求是：
（1）掌握：要求学生对这些内容深入领会，并能熟练运用。
（2）理解：要求学生对这些内容全面理解，但对一些定理的复杂推导一般不作要求，只要求会用其进行分析、计算有关简单问题。
（3）了解：只要求对这些内容有所了解，一般不要求应用。
（二）能力目标
通过本课程的学习，学生应获得如下能力：（1）进行抽象思维和逻辑推理的理性思维能力；（2）综合运用嵌入式系统的知识和方法进行分析和解决问题的能力；（3）较强的自主学习能力，提高学生学习嵌入式知识的积极性,激发学习兴趣,增强学习的信心；（4）主动探索和独立思考的能力,提高学生的创新意识。
（三）素质目标
通过本课程的学习，应注意培养学生以下素质：（1）理解嵌入式系统的基本工作原理，具备利用嵌入式系统的知识解决实际问题的方法与手段的基本能力，（2）具备求实创新意识和严谨的科学素养（3）深入理解嵌入式系统的基本概念和基本方法，对各种问题能以多角度探寻解决问题的道路的素养；（4）具有良好的科学态度和创新精神，合理地提出新思想
、新概念、新方法的素养。
三、课程教学内容
（一）课程的知识体系
知识领域1：嵌入式系统（CS－ES）
知识单元ES1: 嵌入式处理器（ 4学时）
知识单元ES2: 嵌入式系统的开发平台（2学时）
    知识单元ES3：嵌入式系统的程序开发基础 （2学时）
    知识单元ES4：嵌入式开发环境的建立 （4学时）
    知识单元ES5：嵌入式系统的调试技术 （2学时）
知识单元ES6: 嵌入式系统的Boot Loader技术（4学时）
知识单元ES7: 嵌入式Linux操作系统的构建（4学时）
    知识单元ES8:嵌入式系统驱动程序的开发 （5学时）
    知识单元ES9：嵌入式操作系统的应用开发 （6学时）
（二）课程涵盖的知识单元
序号
知识领域
核心知识单元（参考学时）
选修知识单元
（参考学时）
1
嵌入式系统的硬件
ES1(4),ES2(2),ES3(2),ES4(4),ES5(2),ES6(4),ES7(4),ES8(5),ES9(6)
（三）知识单元的描述
知识单元ES1: 嵌入式处理器（核心）
参考学时：4学时
知识点：
        Cpu的系统结构
嵌入式处理器芯片结构与特性
学习目标：
1.了解ARM处理器的指令系统和内部架构
2.了解处理器的时钟和电源管理模块、系统综合单元、DMA控制器
知识单元ES2：嵌入式系统的开发平台（核心）
参考学时：2学时
    知识点：
        硬件资源
        软件资源
学习目标：
        1.了解嵌入式系统开发平台的存储器接口、LCD接口、以太网接口、音频接口、实时时钟RTC、串口、USB接口、扩展接口等；
        2.理解嵌入式系统的内存（Flash和SDRAM）部分的地址空间分布、物理地址和虚拟地址的分配、静态片选和动态片选的使用以及中断资源的使用情况等。
知识单元ES3：嵌入式系统的程序开发基础（核心）
参考学时：2学时
    知识点：
GCC工具的使用
MakeFile的使用
    学习目标：
        1.掌握GCC二进制工具的安装以及GCC交叉编译工具集合的使用；
        2.掌握Make工具的使用、熟练使用MakeFile文件来进行自动化编译。
知识单元ES4：嵌入式开发环境的建立（核心）
嵌入式linux开发书籍
参考学时：4学时
    知识点：
串口终端工具
简单文件传输协议（TFTP）
网络文件系统（NFS）
    学习目标：
        1.掌握利用Windows下的超级终端和Linux下的minicom串口终端工具实现目标机和主机的通信；
        2.掌握通过网络连接的方式，利用TFTP和NFS实现目标机与主机的通信方法。
知识单元ES5：嵌入式系统的调试技术（核心）
参考学时：2学时
    知识点：
嵌入式系统的硬件调试技术
嵌入式系统的源码级软件调试技术
    学习目标：
        1.了解在线仿真器、片上调试器、JTAG的硬件调试技术；
        2.掌握GDB调试工具的使用。
知识单元EOS6：嵌入式系统的Bootloader技术（核心）
参考学时：4学时
    知识点：
嵌入式Bootloader技术
U－Boot在嵌入式系统中的使用
    学习目标：
        1.理解Bootloader的结构以及Bootloader的启动过程；
        2.了解U-Boot的编译及使用。
知识单元ES7：嵌入式Linux操作系统的构建（核心）
参考学时：4学时
    知识点：
ARM Linux内核的配置和编译
ARM Linux文件系统的制作
    学习目标：
        1.理解基于Linux 2.6内核的ARM系统结构；
        2.掌握ARM Linux内核的配置以及内核的编译；
        3.掌握使用BusyBox生成文件系统的方法
知识单元ES8：嵌入式系统驱动程序的开发（核心）
参考学时：5学时
    知识点：
嵌入式Linux下设备驱动程序的结构
嵌入式系统下驱动程序的编写
    学习目标：
        1.掌握嵌入式Linux下的设备的分类、设备驱动程序的特点、驱动程序的注册和注销、设备的打开与释放、设备的读写和控制操作；
        2.掌握嵌入式Linux下内存设备驱动、串口驱动程序的编写。
知识单元ES9：嵌入式操作系统的应用开发（核心）
参考学时：6学时
    知识点：
GUI应用开发
网络应用开发
    学习目标：
        1.掌握QTE的程序框架、MiniGUI的程序框架；
        2.了解TCP网络编程和UDP网络编程的结构。
四、教学方法与手段
1．教学方法和教学手段
教学方法——本门课程的教学采取课堂理论授课和学生机房上机实验，在理论教学过程中教师主要通过PPT讲授理论，同时通过投影切换到实际的编程环境现场给学生编写程序并进行运行。使学生在课堂就能把理论和实际运行相结合起来。为了更好的达到教学效果，每讲授过一个章节的内容后教师要给学生设定一个程序编写任务，这个任务的设计主要为了巩固课堂上的教学内容，然后让学生在实验平台上编写这个任务程序，并且在教学实验平台上完成调试运行。
教学手段——通过在多媒体教室进行教学，在教师的电脑上安装VMWARE软件，在该软件上安装虚拟的Linux操作系统。教师在理论讲课时可以通过PPT教学，讲到重难点知识点时可以切换到Linux操作系统教师现场编写调试关于这个知识点的程序，加深学生对知识点的理论和掌握，同时学习到程序调试的技巧。针对嵌入式应用程序的实践性较强，在实验室
配置嵌入式教学开发平台，让学生把编写的嵌入式应用程序下载到目标板上运行调试，进一步加深学生对嵌入式开发环境和平台的理解和掌握，增加课程的实用性。
2．课程主要教学方式的学时分配
容
时
学
内
学
教
方式
教学环
学时
讲  授
讨论课
习题课
实  验
嵌入式处理器
4
4
嵌入式系统 的开发平台
2
2
嵌入式系统的程序开发基础
2
2
嵌入式开发环境的建立
4
3
1
嵌入式系统的调试技术
2
2
嵌入式系统的Boot Loader技术
4
4
嵌入式Linux操作系统的构建
4
嵌入式系统驱动程序的开发
6
5
1
嵌入式操作系统的应用开发
5
4
1
实验
12
12
合计（45）
30
2
1
12
五、作业要求

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