嵌入式操作系统组成原理与应用设计课程设计
一、课程设计背景
嵌入式系统是指将计算能力集成进了物理设备内部、通过人机交互接口与外界进行数据交互的系统。嵌入式系统逐渐在现代物联网应用、汽车、智能家居、医疗设备等领域中得到广泛应用, 这些系统同时也就需要嵌入式操作系统的支持。
在现代的嵌入式系统设计中，操作系统至关重要。操作系统并不是简单输出和接受数据的层面，它负责设备的资源管理、多线程同步和互斥机制、内存管理、文件系统的维护等，是整个系统的中枢。因此，系统设计者需要对嵌入式操作系统有全面而深入的认识和理解。
二、课程设计目的
本课程设计旨在让学生掌握嵌入式系统中操作系统的组成原理以及应用设计的方法。同时全面了解嵌入式系统所依赖的编译工具与开发平台，用实践的方式提高学生的应用能力和创新能力。
三、课程设计内容
3.1 环境搭建
介绍常见的嵌入式系统编程环境，如Keil、CooCox、IAR等，讲解如何搭建Mbed、Arduino等开发板。同时，学生还将学会使用 VirtualBox 等虚拟机管理工具，完成 Ubuntu 环境的配置，掌握 Linux 系统编程能力。
3.2 操作系统
理论效果不如实践的活动，因此，在这个部分，学生将学习如何使用已有的嵌入式操作系统，理解并模仿开源操作系统的核心源代码。
1.实现一个最小的裸机程序
嵌入式多线程编程
2.实现一个最小的任务切换操作
3.模拟裸机程序和操作系统交互
3.3 推理算法
本部分将从两个方面介绍不同的实现。
4.进行最小优先级算法（MPR）的实现
5.实现红黑树搜索算法（RB-tree）
对于以上两个算法，学生将实现代码，并对代码进行调试和测试。
3.4 页面置换
本部分将介绍操作系统中的最主要模块页表和页换算。学生将实现页面置换算法。
6.基于 LRU 置换算法的页面置换实现
7.基于 Clock 置换算法的页面置换实现
8.基于 LRU CLOCK 置换算法的页面置换实现
以上三个实现均根据数据情况进行设计，并用不同实验场景进行验证。
3.5 实战项目
在这个环节，学生将选定一个好的开源嵌入式操作系统，比如 µC/OS-Ⅱ或者 FreeRTOS，并完成以下部分：
9.构建ROM、RAM、flash等，针对系统进行调试
10.设计一个系统，能够针对是当前的硬件进行开发并完成功能
11.针对 LED 灯的开关操作、时间戳储存等做实验
12.实现网络连接与驱动。
四、课程设计总结
本课程设计采用了理论学习与实践操作相结合的方式，将理论和实际相结合，让学生能够真正掌握嵌入式系统中操作系统的组成原理以及应用设计的方法。使学生在理解基础理论的同时，更加迅速地熟悉和运用实际开发工具，更有利于培养学生的工程能力和创新能力。

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