“嵌入式系统”课程教学的设计
陈乃金，周鸣争
(安徽工程科技学院计算机科学与工程系，安徽芜湖　241000)
摘　要：阐述了“嵌入式系统”课程的理论和实验教学体系，倡导了两种教学体系的有机结合，另外，应充分重视学生的实践环节的教学方法.教学实践表明，该方法提高了工科院校学生的动手能力，培养了学生的创新意识和学习思考的能力.最后，指出了今后的努力方向.
关键词：嵌入式系统；理论教学；实验教学；创新意识
中图分类号:G642.0  　文件标识码:A    文章编号:1673-162X (2008)04-0082-03
随着大规模和超大规模的集成电路的发展，以及国内外微电子芯片供应商加大对各种各样的CP U 和微电子芯片开发和供应力度，使得架构各种嵌入式系统主板资源成为可能，从而使得嵌入式系统知识更新日益加快.另外，嵌入式系统是一门综合性的课程，它涉及微电子、单片机设计、实时操作系统、计算机接口技术、嵌入式系统C 语言和汇编语言、智能控制、软件工程等诸多知识，这就对“嵌入式系统”课程的教学提出一定的要求.传统的以课堂讲授为中心的教学理念已不能适应“嵌入式系统”课程的教学.故在“嵌入式系统”课程开展研究性教学，激发和培养学生的创新意识、善于思考问题的能力、实践动手能力具有
重
要的现实意义[1-3].
1　嵌入式系统的教学体系建设
图1所示的嵌入式系统的课程体系的内容丰富，涉及相关的软、硬件知识.
本课程共有64学时,3学分，为系定必修课.嵌入式系统的教学包括理论教学和实验教学两部分
.
图1　嵌入式系统的课程体系
1.1　嵌入式系统的理论教学
嵌入式系统理论课教学的内容主要围绕嵌入式系
统的概念、处理器体系结构、嵌入式系统的编程和相关
语言、实时嵌入式操作系统及嵌入式系统最新的发展情
况展开的[4,5].
理论教学授课为16次，每次2学时，共32学时.16
次的授课内容为:(1)嵌入式系统的概述(1次);(2)嵌
入式处理器体系结构(1次);(3)Pr otel99SE 的使用(1
次);(4)嵌入式处理器内部可编程组件及外设电路(2
次);(5)嵌入式处理器的32位汇编指令系统及16位的
Thu mb 汇编指令集(3次);(6)嵌入式系统的汇编程序
设计基础(2次);(7)嵌入式系统的C 语言、汇编程序和
嵌入式C 语言的交叉编译(2次);(8)嵌入式操作系统
原理(以μCOS/Ⅱ和μCL inux 为例)(2次);(9)嵌入式
系统的仿真开发工具和开发环境(1次);(10)嵌入式系
统的设计流程(1次).通过理论的学习，使学生理解和掌握嵌入式系统的概念、实时嵌入式操作系统的基本原理，熟悉AR M 处理器及其接口电路的体系结构、32位AR M 的汇编指令集及16位的Thu mb 汇编指令集、嵌入式系统C 语收稿日期:2008-04-09  修回日期:2008-08-31
基金项目：安徽工程科技学院教研项目(2007yjy50)资助.
作者简介：陈乃金(1972—)，男，安徽合肥人，安徽工程科技学院计算机科学与工程系讲师，硕士
.
(自然科学版)Journal of Hefei University (Natural Sciences )　2008年11月　第18卷第4期                            Nov .2008Vol .18No .4　
言及其与AR M 的汇编的交叉编译，熟悉嵌入式系统的开发流程、硬件开发平台的组成，熟悉嵌入式μCOS/Ⅱ和μCL inux 的开发原理.在理论课教学的同时，穿插嵌入式系统的实验教学，使二者相互有机的融合在一起.
1.2　嵌入式系统的实验教学
采用嵌入式实验系统包括(1)硬件资源平台：博创UP -NET AR M3000(AR M7系列)实验主板、JT AG 实时仿真器接口(14p in 和10p in 两种标准)、PC 机、相关的串口、并口线、以太网线、CAN 总线等.(2)两种软件资源平台：一是通过JT AG 烧写Nor Flash (ARM7为2M )，在目标机建立嵌入式μClinux；另一个是目标机通过JT AG 烧写Nor Flash (ARM7为2M )，在目标机建立嵌入式μCOS/Ⅱ.实验总学时为32学时分为两个部分，分述如下.
1.2.1　关于μCOS/Ⅱ的实验(共8次)　开展了4个层次的教学实验内容，实验的内容不是简单的验证工具箱配套的实验，而是经过二次开发或改写一部分内容，从而做到融会贯通，实验指导书自编.
(1)嵌入式系统硬件驱动基础实验(4次).硬件驱动基础实验的目的是使学生熟悉嵌入式系统的开发调试工具和开发语言，交叉编译环境以及嵌入式系统简单的编程技术.实验内容包括：嵌入式系统软硬件平台的搭建、I/O 接口实验、串行口实验、D /A 和A /D 接口实验、LED 驱动实验(C 语言和AR M 汇编两种方法实现)、步进电机控制、触摸屏驱动、CAN 总线通讯，实际选取嵌入式系统软硬件平台的搭建、I/O 接口实验、LED 驱动实验、触摸屏驱动4个实验.关于实验的内容改写，以I/O 接口实验和LED 驱动实验为例.针对I/O 接口实验下载到触摸屏的字符串不是“Hell ow World ”，而是两串字符“I a m a college student ”和“I a m a postgraduate student ”，这是对源代码做了一下简单的改写；针对LE D 驱动实验，要对Zlg7289寄存器的矩阵代码做一下简单改写，使键盘上的数字与输出到LE D 的数字的次序相同或相反等.至于嵌入式系统软硬件平台的搭建，教师首先做一个软、硬件架接示范，然后硬件连接，超级终端的设置等工作由每一个同学自主完成，以此提高学生的动手能力.其他实验由学生利用课外时间完成，另外，学生还必须弄懂ADS 集成开发环境的各个文件夹代码的加载方法和各个AP I 函数的含义，真正做到知其然且知其所以然.
(2)基于μCOS/Ⅱ操作系统的开发实验(3次).在这一层面的实验选做的实验有：音频实验、文本框控件的使用、多任务和系统时钟.以音频实验为例，通过动态下载，实现1.wav 文件的播放，做完后引导学生
思考，假设音频文件为一个mp3文件，如何实现播放?播放的时间长一点又该如果实现?让学生课后动手动脑，从而激发学生的学习主动性.
(3)综合大作业设计(课下完成).综合设计的命题由教师命题和学生自选.该项占课程成绩的30%,3～4人一组，文献和资料自，充分挖掘学生的潜能，培养学生的创新意识.例如利用嵌入式系统的开发平台和相关的硬件扩展模块实现无线点菜、计算器和十字路口的交通灯控制等的开发，让学生能综合所学的知识去努力解决一些复杂问题.
(4)嵌入式系统扩展板的设计(1次).主要做了一个GPRS 和GPS 的通信实验，扩展学生的知识面，让学生了解用嵌入式系统扩展板模块实现无线通讯.
1.2.2　关于μClinux 的实验(共8次)　开展了3个层次的教学实验内容.
(1)基础实验：熟悉μClinux 的开发环境，多线程应用程序设计,LE D 实验.
(2)核心实验：引导装载程序(Bootl oader )移植实验———BLOB ，内核移植和编译实验，内核、根文件系统烧写实验.
(3)综合实验：简单嵌入式W EB 服务器实验,P DA -G U I 设计[6,7].
2　实际教学效果
通过对安徽工程科技学院2004、2005级自动化专业本科生210人，计算机科学与技术专业本科生216人在“嵌入式系统及应用”课程的教学方面实施了理论和实际有机结合，充分重视实践教学的理念，发现教学效果良好，基本实现了以下几个目标.
(1)有效提高了学生工程实践的素质.通过课堂教学和实验教学的一体化融合，促进了学生自主学习，增强了学生的动手能力；同时在综合大作业设计开发的过程中，学生在搭建嵌入式系统软、硬件平台38第4期陈乃金，等:“嵌入式系统”课程教学的设计
时，相互之间做到分工协作，取长补短，从而培养了学生的团队合作精神.
(2)使得学生学会将所学的嵌入式系统软、硬件课程和各课程体系之间融合.例如基于AR M 的32位汇编学习，一方面用ADS 集成环境编程调试相关的汇编程序，另一方面让学生用32位汇编编写相关的硬件接口、驱动程序.又如学生学习用ARM 开发一个酒店的无线点菜系统同时，可用UML 等软件工程知识对无线点菜系统的开发流程进行描述，从而实现相关课程体系的融会贯通，相得益彰.
(3)与博创搭建了相关的专业实验室，实行开放实验室.实验和教学的一体化流程促进了我校本科生课外科技创新活动的开展，效果良好，如安徽工程科技学院本科生分别在2007年举行的全国、安徽挑战杯电子大赛中获奖.表1给出一些课程建设前后的比较.
表1　“嵌入式系统及应用”课程建设前后部分项目的比较项目名称建设前建设后嵌入式系统概念及相关开发环境不熟悉熟悉教学和实验时数3264授理论和实验教师人数15教师培训人数112毕业设计选题比重/%00CA I 课件无有实验指导书无自编学生在嵌入式方面就业/%
无10～203　今后努力的方向
教学无止境，今后的目标是不断的探索各种教
学方法，努力提高教学效果.
(1)目前安徽工程科技学院正规划购买若干
UP -NET ARM2410/PXA270的教学平台，从而实现
在嵌入式操作系统W inCE 和Vx works 的环境下开
展教学和科研工作.
(2)针对安徽工程科技学院嵌入式系统的教学
特点，目前尚未到一本完全合适的教材，下一步打
算自编讲义，并且充实和完善自编嵌入式系统的实验指导书.
(3)进一步完善实验室建设，为学生提供一个自由学习、资源共享的平台.
(4)实验方面，力争和学生一起自主研发一些综合性的课题，让学生分组讨论，逐步提高学生分析、解决问题的能力，培养学生团队合作的精神.
(5)有意培养学有余力学生去参加“博创杯”全国大学生嵌入式大赛和挑战杯全国大学生电子大赛，以此深化学生所学的嵌入式系统知识.
4　结束语
随着嵌入式系统应用的不断发展，嵌入式系统的产品已渗透到人们的日常生活中，对嵌入式系统相关技术进行教学研究具有重要的现实意义.通过对学生进行一定的理论教学和实践能力的培养，使学生了解和掌握，乃至熟练编写嵌入式系统相关的应用程序.重视和培养了学生的动手能力，促进学生勤于思考，敢于创新，从而实现理论教学和实验教学的深度融合，使学生在嵌入式系统方面具有一定的操作能力和研发能力.
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嵌入式多线程编程
[责任编校：罗季重]
(下转第89页)
48合肥学院学报(自然科学版)第18卷
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[责任编校：张永军]
B ibli o m etr i cs Ana lysis of Ba si c Sc i ence
and Technology i n Ch i n a
—T o Take Nano 2disci p linary Doct oral Thesis as an Examp le
L I Shu 2p ing
(L ibrary ,Hefei Teachers College,Hefei  230061,China )
Abstract:U sing bibli ometrics methods,the paper analyses a doct oral of the nano 2disci p linary in the W anfang data,including foll owing indexes:publicati ons,patents,conference papers and SC I i m pact fact ors etc .,which p r ovide research directi ons and characteristics t o certain authorities,and gives s oluti ons t o s ome p r oble m s .
Key word:basic science and technol ogy;doct oral theses;nano 2disci p linary;bibli ometrics
(上接第84页)
The D esi gn on the Teach i n g of
“Em bedded System ”Course Teach i n g
CHEN Nai 2jin,Z HOU M ing 2zheng
(Depart m ent of Computer Science and Engineering,Anhui University of
Technol ogy and Science,W uhu,Anhui  241000,China )
Abstract:This paper intr oduces the syste m on teaching of theories and experi m ents of “E mbedded Syste m ”,organic combinati on bet w een theory teaching and lab teaching is p r oposed particularly f or the teaching of e mbedded syste m;on the other hand,teachers must attach more i m portance on the part of p ractice during the ti m e of teaching .A result of teaching experi m ents shows that this teaching pattern i m p r oves hand 2on abilities of engineering students,cultivates student πs innovating consci ousness and ability of learning and thinking .For the require ment of further i m p r ove ment of teaching quality,at the end of this paper,we state the future work we will do .
Keywords:e mbedded syste m;theory teaching;lab teaching;innovati on consci ousness 9
8第4期
李舒平：中国基础科技的文献计量学研究—以纳米学科博士学位论文为例

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