導語：如何才能寫好一篇嵌入式課程設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：嵌入式Linux；體系結構；課程研究

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）23-0070-02

近年來嵌入式Linux系統發展較快，在中國，以Linux為基礎的嵌入式操作系統也很活躍，其中中軟Linux、紅旗Linux、東方Linux是業界的代表。嵌入式Linux系統的應用范圍很廣，尤其隨著智能手機及物聯網系統的發展，基于嵌入式Linux系統的電子產品已進入人們的生活，如基于Linux的Android系統，基于Linux的智能家居系統、物聯網系統，3G行業應用如移動視頻監控-車輛應急指揮調度、遠程的區域監測、安防領域、移動電子商務等。嵌入式Linux是把Linux內核移植到一個專用嵌入式設備的CPU和主板上。嵌入式Linux和桌面Linux提供的API函數與內核源代碼都是相同的，嵌入式Linux開發主要通過在桌面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平臺如手機、機頂盒或智能家居等產品上運行的可執行文件。嵌入式Linux開發的工具還包括調試器、CVS等項目管理軟件等。

一、嵌入式Linux設計課程概述

嵌入式Linux設計是電子信息專業及相近專業的一門專業課，其目的是使學生了解主流嵌入式系統開發軟件嵌入式Linux驅動程序的設計和開發過程。學生熟悉掌握嵌入式系統常用的硬件接口時序、電氣特性；掌握針對硬件的Linux驅動程序實現方法，包括I/O口、CAN總線、觸摸屏、IIC、異步串口、音頻、顯示、USB、以太網及Flash的使用及驅動程序的編寫。[1]熟悉嵌入式Linux的中斷處理、Boot Loader和內核電啟動過程。圖1為嵌入式Linux系統架構圖。

二、嵌入式Linux設計課程研究

1.嵌入式Linux系統體系結構

（1）嵌入式Linux系統硬件組成。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、自適應10/100M網卡、板載GSM/GPRS模塊、步進電機電路模塊，搭載射頻模塊；擴展模塊：主/從藍牙模塊、Zigbee模塊、傳感器部分。

（2）軟件組成。操作系統：Linux2.6.21，Linux2.6.38。引導程序：U-boot.1.1.6。圖形界面：QT 4.6。嵌入式Linux系統的開發流程。元器件選型：根據要實現的系統功能及目前市場上可選用的元器件來設計電路。原理圖編制：用Protel等相關電子CAD工具將設計好的電路圖在電腦中繪制出來。印制板設計：在Protel等工具中畫好芯片及電阻、電容等封裝，將原理圖轉換成PCB板圖，并完成布線。樣板試制：把PCB板圖進行制板，并焊接好相應元器件。硬件功能測試：在焊接元器件時要按功能模塊順序焊接，焊接好一個模塊后接著測試其功能，發現問題及時解決。如通過USB供電模塊對應的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，并通過萬用表測量USB接口引腳電壓，如果顯示5V即為正確電壓，說明電路設計及焊接都成功。如果以后其他部分出現問題時可以排除這部分芯片的嫌疑。編寫引導程序：分匯編語言部分和C語言部分，實現硬件初始化和引導操作系統的功能。操作系統移植：在官網下載最新Linux版本，根據本設備硬件配置裁剪Linux源代碼并修改。文件系統：沒有文件系統，內核不完整，最后內核啟動后要找文件系統，如果沒有文件系統會提示失敗。通過文件系統管理硬盤，下載應用程序。驅動程序編寫：用戶程序無法直接操作用戶態，要用中間層軟件―設備驅動程序。用戶程序必須通過系統調用，間接調用驅動程序訪問硬件。API設計與開發：API設計是為了讓應用程序員在開發時更方便，提供了繪圖接口函數、文件接口函數及控件函數等。應用程序設計：根據功能需求設計如手機游戲、PDA基本管理功能、機頂盒信號處理等。[2]系統聯調：產品所有功能設計好后，整體加載到硬件設備中，調試其功能穩定性。樣機支付：加工外殼，封裝好設備，可以投入市場。

該部分要在課程講解的基礎上帶領學生通過實踐課或課程設計完成一項電子產品的整體設計，讓學生真正體會到嵌入式產品是什么，怎么移植嵌入式Linux系統。

2.引導程序

引導程序Bootloader是系統加電后運行的第一段代碼，也就是在內核啟動前運行的第一段程序。引導程序的功能：初始化硬件設備、建立內存空間的映射圖。將操作系統內核映像從Flash內拷貝到RAM中，然后跳轉到內核的入口點去運行，即啟動操作系統。常見的Bootloader有Vivi、Blob、Redboot和U-Boot。下面介紹U-Boot的啟動流程：

（1）第一階段。依賴于CPU體系結構的代碼，用匯編來實現：系統上電后進入svc模式；關閉看門狗禁止所有中斷；進行初級硬件初始化后將自身代碼拷貝到SDRAM中；設置堆棧、清空bss段，最后跳轉到C語言實現的第二階段中。

（2）第二階段。設置參數引導內核，并跳轉到內核入口處。通常用C語言來實現，可以實現復雜的功能，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，是整個系統中的第一段代碼，很重要，需要帶著學生從第一行代碼開始逐行剖析。

3.嵌入式Linux內核

分析內核源碼：包括初始化Cache、Mum等設置；內核解壓函數；非壓縮內核啟動匯編段。內核移植：修改與具體的硬件構架和開發板類型相關的文件代碼，如.config文件。選擇相近的demo板，可以最大實現代碼重用，在此基礎上進行必要的修改。對不同類型的NAND Flash、網卡、YAFFS FLASH進行移植修改。Linux代碼量很大，該部分的學習重點是如何移植Linux到嵌入式平臺上，如何裁剪代碼。

4.設備驅動程序

上層應用程序是通過驅動程序使用底層硬件。應用程序使用標準庫調用，用戶程序必須通過系統調用，間接調用驅動程序訪問硬件。每個硬件接口不一樣，由內核提供黑匣子接口屏蔽用戶。設備驅動程序分為字符設備驅動程序（包括各種串行接口、并行接口等）、塊設備驅動程序（包括磁盤設備等）、網絡設備驅動程序（包括網卡等）及雜項設備驅動程序（如SCSI、時鐘等）。[3]驅動程序代碼也是以移植修改為主，根據新增加接口及設備型號修改廠商支持的原有程序代碼。

5.文件系統

Linux中一切皆文件，所有的設備、內存都模擬成文件。Linux的文件系統包括四種：命名空間、API（用來便利和操作對象的一套系統調用）、安全模型（用來保護、隱藏和共享事物的方案）和實現（把邏輯模型同實際硬件聯系到一起的軟件）。建立在Flash上的文件系統包括EXT2、Jffs2、yaffs、CRAMFS、proc等文件類型。Linux下的文件分成五種文件類型：字符設備、塊設備、連接、普通文件和目錄。

構建嵌入式文件系統先構建根文件目錄，文件系統通過busybox工具集來制作目錄和根文件系統，通過mk命令做成crmafs只讀根文件系統鏡像，最后燒寫根文件系統。

6.圖形界面

QT是現在流行的跨平臺的C++圖形用戶界面（GUI）工具包。通過QT能設計2D、3D等多種界面圖形。在QT程序中，利用信號和插槽機制進行對象間的通信。QT有Windows版本，可以在Windows操作系統中開發后通過交叉編譯后移植到嵌入式Linux環境中。[4]在設計嵌入式Linux界面時使用Windows QT4.0在Windows環境下開發，屬于可視化界面，不用通過代碼創建控件，通過工具可以直接拖拉控件到窗口中，簡單方便。

三、嵌入式Linux的發展方向

嵌入式Linux發展的前景非常好，但是人才的缺乏已經成為當前制約嵌入式Linux發展的瓶頸。一方面，因為嵌入式人才領域門檻較高，從事嵌入式軟件開發的工作人員不僅要熟練掌握C/C++、匯編語言等基礎，而且對Linux內核和底層驅動程序及硬件都要熟悉。另一方面，因為這一領域較新，目前發展太快，很多軟硬件技術出現時間不長，如ARM11/A8處理器、嵌入式Linux操作系統、無線通信協議、移動USB3.0高速傳輸等，目前國內乃至國際上能夠掌握這些新技術的人才相當匱乏。所以近幾年包括未來幾年，市場對嵌入式Linux人才的需求都非常旺盛。

四、總結

嵌入式Linux設計課程涉及嵌入式Linux系統構建、驅動開發、內核移植、根文件構建、應用及圖形開發。嵌入式Linux設計還可以增加系統管理部分內容，如服務器管理、數據庫管理、網絡配置、防火墻配置與管理、日志管理及維護等。隨著Linux操作系統的完善和發展，以嵌入式Linux為內核的嵌入f系統也已無處不在。數字化、智能化使傳統設備電子化，具有這些功能的嵌入式Linux操作系統的應用前景會越來越廣，學好該課程對發展嵌入式系統、物聯網技術具有重要意義。

參考文獻：

[1]王小妮.基于嵌入式系列課程的教學改革與探索[J].教育理論與教學研究，2013，（5）.

[2]冼進.嵌入式Linux應用開發詳解[M].北京：電子工業出版社，

2007.

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關鍵詞：實驗教學；嵌入式系統；Linux系統

嵌入式Linux系統由于具有開源、網絡功能強大、內核穩定高效等特性，在產品開發周期、產品的功能可擴展性、開發時的人力投入等方面都具有顯著的優勢，因此廣泛應用于中低端智能電子設備中。隨著物聯網的趨熱，作為物聯網的底層技術之一的嵌入式智能技術將具有巨大的市場前景[1-2]。

而在高校教學中，對于嵌入式技術這類強調實踐性的學科，實驗對于培養學生的實際操作能力和解決問題的能力是至關重要的。本文針對當前高等院校嵌入式實驗課程，特別是嵌入式實時軟件開發這門課程的教學投入不足、學生學習效果不佳的問題，提出了具體的實驗教學設計方案。并且詳細地剖析了一些重點實驗，給出了這些實驗在教學設計中實現的具體方案。

1嵌入式Linux系統開發實驗課程分析

嵌入式Linux課程設計具有很強的滲透性，與其他專業課程相比，嵌入式Linux課程設計具有獨特的特點[3]：該課程對學生的專業知識有較高的要求，課程具有交叉性，并且對學生的動手能力和系統思考解決問題的能力要求較高。

通過實驗，學生能夠掌握嵌入式Linux系統程序設計方面的基本概念和技能，嵌入式軟件設計的一般方法和流程，以及基本的實時控制方法、嵌入式網絡編程、嵌入式文件系統操作、I/O控制等知識；通過綜合實驗的學習和模擬，使學生能夠達到實際開發能力的目的。然而嵌入式系統的一大特色表現在發展速度上[4]。嵌入式系統的應用無處不在，其知識的新陳代謝的非常快，新技術層出不窮，這就需要教師不斷地將新的應用技術補充到嵌入式系統教學體系之中，推陳出新，設計出新的實驗項目。在實際的教學實驗中，針對嵌入式系統實驗，教師應注重培養學生自己動手設計開發綜合項目的能力，使學生能夠設計出實用的嵌入式軟件系統，適應于社會的需要。

本文的實驗運行在ARM-Linux操作系統下，結合ARM2410/PXA270/OMAP5910平臺的嵌入式Linux程序設計與系統開發技術，秉承理論與實踐相結合的思想，幫助學生快速跨入嵌入式系統開發的門檻。

2嵌入式Linux系統開發實驗教學設計

嵌入式系統開發課程涉及操作系統分析和應用軟件編程等知識，學生需要能夠理解嵌入式實時操作系統的工作原理、掌握基本的開發流程和開發工具的使用方法。在實驗的設計上既有簡單的基礎實驗也有復雜的綜合實驗，每部分的實驗環節充分體現了“分層次、分階段”的教學思想。本文將實驗分為三部分：

2.1基礎性實驗

目的是讓學生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發環境與流程；熟悉實驗開發工具，掌握實驗開發工具的操作方法及使用，熟悉軟件編程環境，為更進一步實驗做準備。

2.1.1嵌入式應用程序交叉開發環境的建立

本實驗介紹了一般的嵌入式開發流程，以及開發環境中的軟件和硬件的安裝與調試。目的是讓學生了解嵌入式交叉編譯的相關知識，以及能夠搭建嵌入式Linux系統的開發環境。

2.1.2開發基本的嵌入式應用程序實例

通過嵌入式應用程序Makefile與Hello World實驗，使學生熟悉Linux開發環境，了解基本的嵌入式開發的基本過程，以及Makefile的基本內容，掌握基本的程序設計方法與流程，建立起任務的概念，為后續的應用程序的設計打基礎。

2.1.3Linux 多線程使用實例――生產者-消費者協議

通過本實驗，學生可以了解操作系統提出的多個機制對線程的執行順序進行限制，包括互斥鎖和條件變量等機制。在這里引入生產者―消費者模型對多線程的管理機制進行描述。目的是讓學生了解多線程程序設計的基本原理，并且使學生學習pthread庫函數的使用。

2.1.4進程相關的應用程序設計――進程創建及通信

通過本實驗，學生可以了解對于操作系統進程的一些基本操作，包括進程函數、信號函數和管道函數的相關使用機制等。目的是讓學生了解在Linux下進程通信的相關原理，以及掌握使用進程進行相關應用程序設計的能力。

2.2基本技能性實驗

通過構建嵌入式Linux系統以及內核定制、系統引導、文件系統、接口設計、驅動程序開發、圖形界面設計、以及通信應用等實驗，學生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統的相關術語，體會嵌入式Linux系統的組成要素，提高操作的人性化水平、完成功能完善的應用系統。目的是讓學生掌握嵌入式系統特有的編程機制和提供的各種編程接口，使之具備基本的嵌入式程序開發技能。

2.2.1嵌入式Linux內核、引導系統和文件系統實驗

通過構建嵌入式Linux系統以及內核定制等實驗，學生可以更清楚深刻地理解嵌入式Linux系統的相關術語、體會嵌入式Linux系統的組成要素。目的是讓學生了解Linux內核的結構、具有編譯Linux內核的能力，以及了解一個操作系統的構造。

1)Linux內核裁剪與編譯實驗。

以源程序的形式提供給學生一個分析研究的例子，展示內核的配置、內核鏡像的編譯過程以及內核的測試。讓學生了解Linux內核的結構，以及操作系統的構造，使學生具有編譯Linux內核的能力。

2) 引導系統和文件系統實驗。

此處利用一個階段性的綜合性實驗―軟盤Linux操作系統的實現，使學生了解一個操作系統的構造，以及如何制作軟件Linux操作系統。在該實驗中，要求學生使用軟盤進行GRUB配置，讓學生觀察如何實現的引導系統；之后使用make menuconfig進行內核配置，再使用BusyBox編譯生成一個新的根文件系統，使學生了解文件系統是如何實現的；最后將內核鏡像和根文件系統整合到軟盤中完成實驗。學生在讀懂源程序流程的基礎上可以對例程進行修改，驗證是否完成所設想的功能。

2.2.2嵌入式Linux接口設計與驅動程序實驗

驅動開發是嵌入式Linux系統開發中一個重要的組成部分，此部分實驗對學生的前述基本功要求較高，要求學生不僅要熟悉Linux的內核機制、驅動程序與用戶級應用程序的接口關系，還要考慮設備的并發操作等因素，而且要了解所開發硬件的工作原理。

1) 虛擬驅動模塊實驗。

使用靜態結點方式進行驅動程序的開發和測試。需要學生首先創建一個新目錄，并在其中編寫驅動程序nodevfs.c和Makefile文件，然后編譯生成驅動程序模塊。基于該驅動程序模塊編寫測試程序。然后將程序模塊裝入到目標開發板上，建立設備結點并連接，運行及測試程序。通過本實驗學生可以學習在Linux下進行驅動設計的原理，掌握使用靜態結點方式進行開發調試的過程以及如何使用動態devfs方式進行開發調試的過程。

2)A/D接口驅動實驗。

要求學生使用C語言編程Makefile文件和線程庫，完成A/D驅動程序以及測試程序。例如要求學生編程實現采集A/D前三路通道信息，并在終端上顯示0～9的范圍。通過本實驗，學生能夠掌握程序編寫的基本過程，以及了解S3C2410芯片的8通道10位A/D的操作與控制。

2.2.3嵌入式Linux圖形界面實驗

1)Qt圖形界面相關實驗。

要求學生使用C語言進行編程，以及Makefile文件來完成Qt圖形界面相關實驗。通過本實驗使學生熟悉如何在Linux環境下安裝Qt和Qt/Embedded環境，如何在Qt/Embedded環境下使用qvfb顯示程序結果，以及如何完成Qt/Embedded的交叉編譯環境并且運行程序。

2)Qtopia的移植以及編程實驗。

本實驗的目的在于使學生熟悉如何在Linux環境下安裝Qtopia環境，如何使用qvfb顯示Qtopia環境，以及如何在開發板上運行Qtopia環境。在了解了安裝Qtopia的基本步驟后，需要將Qtopia移植到ARM平臺上運行。

2.2.4嵌入式Linux下的通信實驗

隨著嵌入式系統技術的發展，純單機工作已經遠遠不能滿足用戶的需求，因此各個系統之間的信息交互由于具有廣泛的應用價值面成為嵌入式技術更深層次的應用。因此需要學生掌握嵌入式Linux系統下的各種通信應用，包括串口通信、網絡通信、藍牙通信以及CAN總線通信。學生可以嘗試把通信編程和之前的各種案例結合起來，完成功能更加完善的應用系統。

1) 串口通信實驗。

串口作為計算機一種常用的接口，具有連接線少、通信簡單的優點，因此得到廣泛應用。特別是在嵌入式系統的開發和應用中，經常需要使用宿主機實現目標機的調試及現場數據的采集和控制。從而通過串口線連接宿主機和目標機達到通信的目的。

要求學生編寫發送端程序和接收端程序，發送端程序經交叉編譯后在目標機上運行，接收端程序在宿主機上運行，發送端程序通過串口發送字符給接收端。本實驗的目的在于使學生了解使用Telnet登陸目標機的方法以及掌握串口通信的編程方法。

2) 網絡通信實驗。

隨著網絡的發展，需要解決網絡間不同主機進程間的相互通信問題。為了解決網絡上的不同主機，可以用相同的進程號來表示沒有任何關系的兩個進程的問題，從及操作系統支持的網絡協議眾多，不同協議的工作方式不同，地址格式不同等問題，實驗需要學生首先熟悉TCP/IP協議中引入的地址和端口的概念，并要求學生使用C語言編寫skt_cli.c程序，stk_ser.c程序以及相應的Makefile文件，編譯成功后生成執行文件后，在嵌入式開發平臺和宿主機上運行測試。本部分實驗目的在于使學生了解在Linux系統下的Socket通信的基本原理，以及使學生掌握Socket編程的相關知識。

3) 藍牙相關實驗。

藍牙計劃主要是面向網絡中各類數據及語音設備，使用無線微波的方式將它們連成一個微網，多個微網之間也可以互連，從而方便快速地實現各類設備之間的通信。本實驗要求學生編譯內核，使內核包含藍牙模塊的相關驅動，重新燒寫內核，最終使開發板上的藍牙適配器能夠和Windows主機中的藍牙適配器建立連接。其目的使學生掌握藍牙設備通信原理，以及Linux嵌入式開發平臺上藍牙設備的使用。

4)CAN總線實驗。

要求學生使用C語言進行編程，完成Makefile文件，CAN驅動程序，以及測試程序的編寫。目的在于使學生掌握CAN總線通信原理，以及學習CAN總線控制器MCP2510驅動的開發，使學生能夠更改CAN應用程序的內容，實現兩臺開發板之間CAN數據信息的收發。

2.3綜合應用性實驗

此階段實驗目的在于運用基礎技能部分所學，進行綜合應用，獨立完成項目開發。由于是綜合實驗，因此在第二階段即給出題目，要求學生在整個實驗階段進行構思與準備，最后連接代碼。以基于藍牙技術的嵌入式點菜系統為例，對項目進行整體規劃設計以及具體實現的步驟進行介紹。

大多數無線點菜系統都是一套基于掌上電腦和802.11b無線局域網技術的實用型系統。從功能上來說，嵌入式開發板端即客戶端，包括開臺點菜模塊和藍牙數據傳輸模塊；PC機端即服務器端，包括菜單管理模塊、消費結賬模塊和藍牙數據傳輸模塊。客戶端和服務器端的藍牙傳輸模塊都是通過后臺線程實現的，而其他模塊都是通過與Qt圖形界面的交互實現的。

整個點菜系統的通信結構為一個微微網，服務器端位于該微微網的中心節點，利用BT_PROTO_ RFCOMM協議與其他的點菜端進行通信。

1) 服務器端設定了接收數據和發送數據的緩沖區，分別保存接收到的點菜信息和要發送的結賬房間號，利用多線程技術實現數據的發送、接收和界面事件處理的“并行”執行。服務器端程序一運行，在建立圖形界面的同時，創建用于藍牙通信的線程并進行連接監聽；當客戶端建立藍牙連接后，通信線程不斷地從與點菜終端的連接中讀取數據，若讀到數據，則保存到接收數據緩沖區中，表示有點菜信息，便進行信息提取并保存到數據庫的消費信息表中。同時，不斷地檢查發送數據緩沖區，若緩沖區內容不為空，表示有了結賬的房間，則向點菜終端發送該數據。同樣，客戶端也設定了接收數據和發送數據的緩沖區，分別保存接收到的結賬房間號和要發送點菜信息，利用多線程技術實現數據的發送、接收和界面事件處理的“并行”執行。

2) 藍牙程序的開發主要是利用Bluez協議棧中的相關庫函數，主要數據結構是sockaddr_rc，該結構的用法與Socket中的sockaddr_rc類似。藍牙通信和Socket通信類似。另外藍牙地址BD_ADDR和相應字符串之間的轉換函數：bas2str(&rem_addr.rc_bdaddr, buf); str2ba(dest,&addr.rc_bdaddr)。

3結語

嵌入式Linux系統是一門實踐性很強的學科，本文列出多個實驗及綜合設計環節，構成了一個完整的實驗教學體系，目的是讓學生由淺入深，循序漸進地去學習、了解和掌握嵌入式Linux系統開發流程，對學生的嵌入式Linux系統設計和研發能力培養起到了積極作用。

參考文獻：

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[3] 王先春,郭杰榮,胡惟文,等. 基于ARM_Linux的嵌入式Web服務器的設計與實現[J].微計算機信息,2007(14):163-165.

[4] L.T.Clark，E.J.Hoffillan，J.Miller，et al. An embedded 32- bit microproeessor core or low-power and high-performance applications[J]. In:Proeeeding of IEEE Journal of Solid-State Circuits. San Francisco.2001.US:IEEE Press,2001: 1599-1608.

Design on the Experimental Teaching of Embedded Linux System Development

SHENG Linyang, LI Liping

(Computer Science and Information Engineering College, Harbin Normal University, Harbin 150025, China)

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嵌入式系統是以應用為核心進行定制的計算系統，融合了多種技術，并與具體

>> 面向嵌入式行業　英特爾推出新型凌動處理器 嵌入式陣列處理器的發展 嵌入式系統中的處理器 探討嵌入式DSP處理器的應用 基于嵌入式處理器的循跡小車的設計 基于ARM處理器和LINUX系統的嵌入式網絡過濾裝置 基于嵌入式Wi-Fi處理器的無線系統設計 基于ARM體系看嵌入式處理器的發展 基于雙PowerPC　7447A處理器的嵌入式系統硬件設計 嵌入式系統的中嵌入式處理器的分類與選型 基于ARM處理器的嵌入式WEB服務器的設計與實現 基于Codex－M3內核處理器的嵌入式Web服務器設計 基于NIOS II嵌入式處理器的公路視頻監控圖像的顯示控制 基于Nios　II嵌入式軟核處理器的液晶顯示模塊接口的實現 基于嵌入式處理器STM32的抽油機井實時監控系統 一種基于異構雙核處理器的嵌入式操作系統構架設計 基于ARM處理器的CAN＋Ethernet嵌入式專家系統設計 怎樣選擇嵌入式媒體處理器 嵌入式處理器MIPS和ARM 嵌入式處理器電源設計指南等 常見問題解答 當前所在位置：l.

[2] The Australian Higher Education[EB/OL].[2011-07-02]..

[4] 留澳論壇[EB/OL].(2009-09-18)[2011-03-10]. .

[5] City of Ballarat[EB/OL].[2011-06-22]. ballarat.vic.gov.au/.

[6] Irene Scott. The Chinese in Ballarat[EB/OL].[2011-06-22]./Chinese%20in%20 Ballarat.htm.

[7] 巴拉瑞特大學中文網站[EB/OL].[2011-06-22]./.

A Village University

SUN Zhaohao

(Graduate School of Information Technology and Mathematical Sciences, University of Ballarat, Ballarat 3353, Australia)

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關鍵詞： 慕課； 嵌入式課程； 教學模式； 教學改革

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）12-75-02

Abstract： With the development of Internet technology in the field of education， MOOC has become a means of education and the resource of education that cannot be ignored， and has brought new challenges and opportunities to the traditional classroom teaching mode. During the teaching of embedded system principle and design course， the course content selection， teaching mode and evaluation method are studied and practiced to deal with MOOC.

Key words： MOOC； embedded system； teaching method； teaching reform

0 引言

隨著計算機技術，半導體技術，信息處理技術及通信技術的發展，人類正從互聯網時代迅速進入物聯網時代。物聯網簡而言之，就是物物相連，那么物與物連起來就離不開嵌入式系統，只有給物嵌入一顆“芯”，物與物才能聯起來。因此，嵌入式系統原理及設計的教學在各高校紛紛開展起來，發展的如火如荼。

嵌入式的教學自2000年左右在清華及北航等高校率先開展起來，迄今已有十多年的發展史。主要教學內容有嵌入式微處理器體系結構，嵌入式操作系統及應用系統的設計與開發等。

嵌入式微處理器體系結構方面，基于ARM技術的處理器已經占據了32位RISC芯片75%的市場份額，成為實際上的主流技術。從ARM7，ARM9，ARM10到現在的cortex系列，支持這些標準的芯片生產巨頭如三星，飛思卡爾，TI等，生產了大量基于這些IP核的芯片，這給教學提供了豐富的硬件資源。

嵌入式操作系統的也有許多選擇。有簡單易學的ucOS，開源的ucLinux，高性能高可靠的VxWorks，還有背靠微軟的WinCE，異軍突起的Andriod等。

在應用與開發方面更有數不清的教學內容，只要是嵌入式的應用領域，就可以成為相應的教學內容。可以是物聯網，智能家居，消費電子，汽車電子，醫療，軍事，航空航天，機器人等各個方面。

1 慕課對嵌入式課程教學的影響

慕課（MOOCs）始于2012年[1]，雖然發展歷史極為短暫，但其影響力不容小覷。美國先后成立的三個開發慕課的公司：Udacity，Coursera和edX，其與著名的哈佛大學、麻省理工學院、斯坦福大學等知名高校合作制作了一系列慕課在線課程，這些課程不僅在美國，而且在全世界吸引了的大量的學習者[2]。2013年慕課進入中國，清華大學，北京大學，上海交通大學和復旦大學利用Coursera 及edx 等在線網絡平合網絡公開課程。

慕課課程主要由教學視頻、閱讀材料、作業、小測試、討論等幾個環節組成[3]。教學視頻是教師授課，類似于課堂教學，教授課程的知識點，時間可長可短，有些長達一小時，有些由若干微視頻（三分鐘至十五分鐘）組成，經研究，學生的注意力在10分鐘左右是最能集中的，因此越來越多的課程采用了微視頻的模式。學習了教學視頻后，學生需要閱讀一些規定的與課程相關的材料。在學習過程中，學生可以通過網上平臺與其他學生進行交流與討論，或者向老師提問，一般可以得到老師的回復。學習完成后，學生可以參加課程小測試， 這些小測試一般由多項選擇題、判斷題和簡單的問答題組成，來檢查學習效果。整個課程學習結束，學生可以參加課程考試，成績合格，發給成績合格證書。學習者的所有這些活動都可以在免費注冊后進行，并獲得該校頒發的課程合格證書[4]。

慕課這種基于開放教育的理念強調教育資源的共享性與平等性，得益于互聯網的普及，給廣大的學生提供了一個接觸名師，傾聽名師授課的機會，并且有機會獲得名校頒發的課程合格證書，這些無疑對學生有很強的吸引力，其對學校的課堂教學造成一定的沖擊，無怪乎悲觀者驚呼，高等學府的圍墻已經逐漸坍塌了。

據不完全統計，在好大學在線，學堂在線，網易公開課等國內慕課平臺上提供的有關Linux操作系統的課程就多達十幾門，有關Andorid操作系統的也有十幾門，有關ARM體系結構的課程也有十幾門。這些課程對學校開設的嵌入式課程帶來了一定的沖擊。

2 慕課時代嵌入式教學的創新研究與探索

2.1 引入慕課資源，豐富教學內容

慕課這種在線課程模式為學生提供了極大的便利，不僅能夠適應不同層次的學生，更有利于幫助他們建立知識框架體系。如前所述，嵌入式課程的內容十分豐富，在有限的課堂學時中，只能選擇授課教師認定的內容，這些內容必然有一定的偏向性，一般是該授課教師或該專業的重點研究方向或領域。這時，慕課的出現，就給學生和教師提供了一個豐富的資源庫，教師完全可以引入這些資源，無論是在硬件、軟件還是應用上，可以讓學生有更全面的認識。例如，在課堂上以簡單易懂的ucOS作為講解對象，讓學生深刻領會操作系統在系統設計中的功能和使用方法，并提示學生在課后觀看Linux或者Andriod的原理和使用的相關慕課課程，拓展學生的知識面。

2.2 基于問題的探討型教學模式的構建

傳統的嵌入式課程教學以教師為中心，學生處于被動接受知識的地位，對學生批判性思維能力和創造力的培養十分不利[5-6]。慕課的出現，對改變這一現象提供了契機。教師可以嘗試將在線視頻作為教學的線上環節，要求學生在課堂外先聽課，課堂內則側重深入的分享、探討和問題解決。這一模式使教師從一個講授者、講解者，真正變為學習的激勵者、啟發者，學生的學習也將變得更有主動性和更加有效。例如，在嵌入式的應用部分的教學，就可以讓學生課前了解自己感興趣的項目，并嘗試系統的設計，就相關問題在課堂上集體交流和探討。

2.3 側重能力的教學考核體系的構建

傳統的嵌入式教學考核體系往往是一張試卷定成績，對于嵌入式系統這種實踐性很強的課程來講，是不合適的，也無法真正評價學生的實踐能力，往往是會背書的同學可以得到較好的分數。如前所述，慕課的小測驗環節就側重課程的知識點考核，如果學生通過小測驗，就說明已經掌握了該內容主要知識點。

在這種情況下可以給學生布置論文寫作、問題調研、項目實踐等難度較大的作業，然后根據學生平時課堂的交流發言情況和項目完成的情況來評定成績，這對培養學生的批判性思維，提高學生運用知識解決問題的能力十分重要，更能反映學生的實踐能力和實踐水平。

3 結束語

綜上所述，慕課（MOOC）的出現是時代的必然產物，基于慕課（MOOC）時代下的嵌入式系統原理與設計的教學，無論是教學內容，教學模式還是評價體系，都可以引入慕課資源，建構起教學內容豐富，基于問題的探討式教學模式，評價能力的評價體系等嵌入式教學新機制。慕課及其教學模式和評價體系的建立，有利于師資隊伍建設、有利于學生自我學習的需求。另外，慕課還能促進學校改善教學體制和方法，是教學改革的催化劑。但是在這一過程中也存在著如何調動學生的學習積極性以及教師的角色轉變等問題，還需要在教學實踐中進一步實踐和探討。

參考文獻（Reference）：

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[5] 李曉東.“慕課”對高校教師教學能力的挑戰與對策[J].南京

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篇5

關鍵詞：景觀規劃；建筑；風水

中圖分類號：J022 文獻標識碼：A 文章編號：2095-4115（2013）05-36-3

一、風水學在景觀設計中的歷史考證

在歷史上，風水既是有關東方人居住環境的審美藝術，也是中國哲學思想體系和傳統民俗文化在建筑及景觀規劃上的具體展現。在西方建筑文化傳人中國以前，幾千年的城鎮、村落、庭院、房屋幾乎都是按著某一套風水理論體系來發展的。風水理論體現出中華民族敬天法祖的建筑景觀文化，“風”是流動著的空氣，“水”即是大地的血脈，萬物生長的依靠，有風有水的地方就有生命和生氣，就有生產和繁衍。

西方學者對于中國風水的研究始于葉茲（Yates，1868），至今已經有130多年的歷史。清朝時期的西方殖民者把中國風水視作建筑工程中最大的障礙，大多數基督教傳教士和建筑師都認為風水是一種巫術（Black art）或行騙（De Groot）活動，根據記載，為了保衛諸如鐵路隧道、公路橋梁等工程的順利進行，西方殖民者不得不動用軍隊阻止風水捍衛者的對抗活動。從20世紀開始，西方學者對于風水的態度發生了巨大的轉變，英國科學技術史論專家李約瑟（Dr?Joseph Needham，1900―1995）充分肯定了風水對于古代中國科學技術發展的作用。在論及“中國建筑的精神”時，李約瑟激動地談到：“再也沒有別的地方表現得像中國人那樣熱心體現他們偉大的設想‘人不能離開自然的原則’……皇宮、廟宇等重大建筑當然不在話下，城鄉中無論集中的或散布在田園里的舍宅，都經常顯現出一種對‘宇宙圖案’的感覺，以及作為方向、節令、風向和星宿的象征主義（李約瑟，Science andCivihzationinChina，VolIV：3）。”李約瑟認為中國傳統的思維方法是直觀感性和實用理性的，在談及建筑空間問題的時候從來都是與人的因素和時間因素結合考慮的。這種思維特點的整體性和思維方法的直觀性，為大量明顯屬于巫術的迷信禁忌提供了容身之地，故此李約瑟又把風水稱之為準科學（Quasi―Science）fquasi漢譯為準、擬、好像、意為類似）。準科學的概念中既包含了科學的實質，又摻雜了偽科學的成分，這樣，既指出了風水中迷信成分的存在，又劃出了二者的界限。由此分析出，中國人在長期的勞作與生活經驗積累中，對生存環境的優劣產生了較為合理的感知，這種感知在一定程度上轉化為了中國風水學的基本理論。

從李約瑟的觀點來看，那些模糊的猜測成分，比如天、地、人的感應，就目前的科學水平也難以做出更為合理的解釋，但無可否認這種聯系的客觀存在性。中國風水學中很多所謂“迷信”的內容大都來源于巫術活動的積淀，“巫術及蒙昧存在的必然性是科學發展的相對性，”英國著名的人類學家馬林若夫司基（Malinowski，1884―1942）曾經精辟地指出：“無論有多少科學與知識能夠幫助人們滿足他的需要，它們總是有限度的……人與事中有一片廣大的領域，是非科學的用武之地。它不能消除疾病與腐朽，不能抵抗死亡，不能有效地增加人與環境之間的和諧，更不能確立人與人之間的良好關系。這個領域永久是在科學之外，它是屬于宗教的范圍”（馬林若夫司基《文化論》，1944）。馬林若夫司基在“文化設備”功能性闡述中也提到巫術的目的是為了動搖現有的自然及社會秩序，它也是人與自然及命運抗爭的一種措施。由此可以分析出中國人長期以來在各種建筑及景觀設計中加入風水理論，實際上是增強抵抗災難的信心，借此獲得一種有益的生理功效來戰勝恐懼，類似于“心理暗示”的精神治療效果。

篇6

【關鍵詞】嵌入式系統；ARM；教學改革

引言

嵌入式系統及應用是筆者所在學校的電子信息類，計算機類高年級本科生的專業課。該課程強調培養學生的軟硬件協同操作能力[1]，是一門知識覆蓋面廣，綜合實踐性強的課程。由于這門課具有很強的實踐應用背景，所以學生對課程中軟硬件技能的掌握程度能夠反應其在工程實踐中應用能力的水平高低。雖然學校開設了嵌入式系統的理論課程和課程設計，但一些想以嵌入式為就業方向的學生還會選擇參加職業培訓機構的課程，覺得這樣才能學到工作中需要的嵌入式開發技能。這一現象值得我們應用型本科高校的教育工作者反思我們的教育模式和教學內容。很多嵌入式課程的教改研究都提出了基于項目驅動的CDIO教學模式[2-4]。這種教學模式強調“邊學邊做”，將某個項目的開發過程貫穿于整個教學過程，使學生在工程實踐中掌握理論知識強化開發技能。本文在基于項目驅動的教學實踐中提出以下教改思路。

1教學方式的改革

1.1激發學生的學習興趣學生自身對某門的感興趣程度是學生能否學好這門課的關鍵因素之一。可以在第一堂課播放嵌入式產品的視頻，如車載導航、智能手表、iPad等相關嵌入式產品的廣告，用嵌入式產品的科技感調動學生的學習積極性。同時可以在課堂上羅列嵌入式相關工作崗位的招聘條件，并闡明招聘條件與課程內容的對應關系，讓學生對課程的學習內容有學以致用的感覺。1.2強化學生查閱專業文檔的能力嵌入式系統及應用是一門強調查閱PCB原理圖和專業文檔的課程。而很多嵌入式教材由于篇幅的限制僅將專業文檔中的部分相關資料列出，這樣雖然可以加快教學進度，但學生結合PCB原理圖查閱專業文檔的能力并未得到鍛煉。當參加競賽或課程設計時，換一款不是教材中的芯片就不知如何查閱芯片手冊進行項目開發。所以上課時可以直接帶領學生閱讀原版的芯片手冊和硬件原理圖。教材的內容與之互補，相互參考，幫助學生舉一反三。1.3合理安排ARM匯編的課時在許多嵌入式教材中ARM匯編的內容占一到兩個章節，若全部學完則需要安排3到6個課時甚至更多。而在課程中ARM匯編主要集中在Bootloader的開始階段中使用，可以挑選常用的匯編指令花1到2個課時進行介紹，然后馬上進入Bootloader的學習，讓學生在配置MCU寄存器的過程中掌握ARM匯編。著重強化學生對常用匯編指令的運用熟練度，當遇到不常用的匯編指令時可以讓學生自行查閱匯編指令手冊。1.4完善用于演示的驗證性程序講解MCU中各控制器對應的硬件是嵌入式課程中分析驅動程序的重要環節。涉及到的硬件如內存芯片，網卡芯片，聲卡芯片，LCD，觸摸屏等。在講解這些硬件的工作原理和對應控制器的寄存器設置之前先安排演示性程序，讓學生能直觀地看到硬件的工作現象。以現象驗證硬件的工作原理從而引導學生去理解掌握硬件的驅動方法，并在之后指導學生編寫出驅動程序。如在講解網卡芯片時，可以用實驗箱發送實際的ARP包和TFTP包到PC并用抓包軟件獲取網卡收發數據的過程現象。講解MMU的工作原理時可以編寫裸機程序，用虛擬地址點亮MCU核心板上的LED進行說明等。這些與教材配套的演示程序需要任課教師根據學校的實驗平臺逐一完善。1.5課余時間開放實驗室在基于項目驅動的教學過程中，若將項目講細講透，往往會遇到課時不夠的情況。這種“邊做邊學”的教學形式必然會涉及到許多軟件操作的細節和參數配置。從虛擬機，keilMDK，DS-5等軟件的運用，到DNW燒錄，超級終端，Wireshark等輔助軟件的使用。這些內容學生反復練習就能孰能生巧。教師在編寫操作文檔的基礎上還可以將操作過程錄制成視頻，以作業的形式讓學生利用課余時間在實驗室自行練習，以達到節省課時提高教學效果的目的。

2課程體系的改革

2.1理論課時與實驗課時相結合在教改之前，嵌入式課程共48個課時，理論教學36個課時，實驗教學12個課時。這樣將理論教學與實驗教學明顯地劃分開不適合具有應用背景性質的課程。課程體系的改革思路是讓學生在“摸實驗箱”，在編程調試的過程中學習。所以將48個課時全部安排在嵌入式實驗室中進行，每次課講完知識點立刻安排知識點對應的實驗。這樣可以讓學生在調試軟硬件的過程中產生類似于練習樂器的“肌肉記憶”，有利于學生牢記課程知識點。2.2按專業制定教學大綱嵌入式課程的綜合性強涉及面廣，涉及了電子、計算機、機械等多個學科的系統。因此在制定課程教學大綱時需針對不同專業的專業方向，找準各專業學習嵌入式系統的切入點和側重點。如嵌入式系統與計算機專業的計算機體系結構、微機原理及接口技術、操作系統原理等諸多課程的知識內容存在關聯。大綱的安排是從通用計算機PC引入到嵌入式這種專用計算機，采用類比的方式安排硬件原理和硬件驅動的教學內容，再從嵌入式操作系統（Linux）和嵌入式GUI（QT/Embeded）這兩方面深入展開學習。由于計算機專業的專業方向偏向軟件應用，所以教學內容側重于嵌入式Linux的移植與裁剪和嵌入式應用軟件的開發與設計。而對于非計算機專業，如自動化專業的專業方向更偏向硬件應用。學生在學習嵌入式這門課程前已經學習了單片機，大綱的制定思路是讓學生從單片機過渡到嵌入式。所以大綱的教學安排是讓學生先掌握在無操作系統環境下的底層核心硬件和外設接口部件的裸機編程，再將這些裸機程序組合成Bootloader，完成嵌入式操作系統的移植。最后再學習基于Linux操作系統的驅動程序。教學內容側重于底層的Bootloader和驅動程序。2.3開放性的課程設計在48個教學課時過后，教學計劃安排了為期1周的課程設計在嵌入式實驗室中進行。我院的嵌入式實驗室使用面積90平方米，配有30臺基于CortexA8的實驗箱和30臺實驗電腦，每個實驗箱上除了集成了攝像頭，LED點陣，按鍵，RJ45接口，USB，觸摸屏等常規硬件模塊外，還配有步進/直流電機，GPS，GPRS，藍牙，RFID，指紋等多個功能擴展模塊。實驗箱上豐富的硬件資源已具備開發項目的硬件條件。課程設計的題目不設統一標準，讓學生3到4人為一組，利用實驗箱現有的硬件資源自擬題目，采用“搭積木”的方式將硬件資源組合實現自擬題目的項目功能。經過48個課時的學習，學生對實驗箱的部分硬件模塊的工作原理和驅動程序已有一定程度的掌握。在課程設計中遇到教學課沒有介紹的硬件模塊可以讓學生自行查閱實驗箱配套的產品手冊和示例代碼進行學習，教師從旁協助指導。這種開放性的課程設計題目，學生的學習積極性更高。并且課程設計的題目是一組一題，不能重復。相比之前由教師指定的課程設計題目，杜絕了一組學生做出來，其他小組借鑒下就能夠完成課程設計的情況。通過這種方式模擬工作中的項目開發環境，使學生有自己在開發項目的感覺，并使其實踐應用能力得到真正的鍛煉。

3課程考核方式的改革

合理的考核方式可以激發學生的學習動力，正確引導學生的努力方向[5]。在教改之前，考核方式為平時成績占30%，實驗成績占10%和期末考試成績占60%。平時成績多以作業本做題目的形式考核，考試采用閉卷筆試。這樣的考核方式導致學生把大部分時間花在死記硬背上，在課程結束后學生對課程內容遺忘得很快。教改后，平時成績由每堂課的驗證性實驗的調試情況和實驗報告的質量構成，占的考核總評的20%。課程作業占考核總評的30%，課程作業以設計性實驗的形式布置，學生以錄制視頻說明實驗原理和設計思路的方式上交。如在講中斷處理時，介紹完中斷處理流程后通過按鍵中斷舉例，給出相關寄存器的設置順序。讓學生設計一個按鍵中斷點亮LED燈的實驗，學生將實驗錄制成視頻，并配上解釋說明的旁白。這樣有助于學生理清思路，并可以杜絕學生抄作業的現象。期末考試占考核總評的50%，期末考試采用開卷上機考核的方式。考試題目與實驗箱上各硬件模塊相關，學生可以查閱硬件模塊的相關電子檔手冊，避免學生為了應付考試死記硬背。課程設計的考核采用答辯考核的形式，學生準備描述項目的PPT，由任課教師提問并打分。

4結束語

本次教改本著充分利用我院實驗室現有資源條件的目的，經過半年的準備和一年的實施，按教改思路完成了嵌入式課程的學生在學習過程中學習熱情明顯提高。并在課程結束后掌握了獨立開發一些小項目的基本技能，這些基本技能也與用人單位的招聘條件基本相符。有學生因為這門課的關系在大四實習時有意愿從事嵌入式方向的工作，用人單位也愿意接受我院的學生進行進一步地培養。

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篇7

關鍵詞：實踐教學；教學平臺；多研究方向

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2012）07-0194-03

一、前言

在本科教育中實行通識教育與專業教育相結合，有利于培養出素養全面、具有創新能力的高級專門人才，而專業教育、創新能力的培養與專業實踐教學密不可分，實踐教學對于理論聯系實際、更好地發揮學生的積極性主動性、啟發創新性至關重要。隨著本科教育大規模擴招，本科教育已經進入大眾化時期，在實踐教學方面人員與設備的需求大大增加，而目前的實踐教學普遍存在內容單一、專業特色不鮮明、深度不夠等缺點，與此同時，隨著產、學、研一體化的發展，科研在高校中的比重不斷增加，科研中新技術、新設備的大量使用與實踐教學中的設備滯后、單一形成鮮明對比。2010年國務院辦公廳下發的《關于開展國家教育體制改革試點的通知》中強調了建立開放式、立體化的實踐教學體系，如何在新形勢下，將實踐教學更加貼近科學研究前沿，是實踐教學中需要重點關注的問題。以北京航空航天大學機械工程及自動化學院為例，實驗與實踐教學貫穿了本科四年，主要的實踐課程包括實驗課、生產實習、課程設計和畢業設計。其中實驗課分為基礎實驗和綜合實驗兩類：基礎實驗課是與相關課程緊密結合，綜合實驗課是多門實驗課的綜合訓練；生產實習是理論聯系實際的橋梁；課程設計是一個較為綜合的實踐教學課程；畢業設計是最終實踐環節，為學生今后的工作和進一步深造打下良好的基礎。在上述實踐課程中，課程設計和畢業設計是專業方向特別鮮明的綜合實踐環節，隨著科研在高校中的比重不斷增加，相關的前沿科技不斷地滲透到畢業設計中，而課程設計中還存在著內容單一、與畢業設計銜接不夠等缺點。本文針對實踐教學環節中的現實情況，充分利用科研設備和前沿技術，提出了在已有的課程體系下，多研究方向、多平臺的實踐教學方法。該方法已經在實踐教學的課程設計環節中實施，作者在下文將詳細討論該方法的實施基礎和實施辦法，并對基于該方法搭建完成的三個實踐平臺做出了詳細描述。

二、多研究方向的實踐教學模式

完備的多研究方向的課程體系是實施多平臺實踐教學的基礎，只有具備了多研究方向的課程體系，學生才有了進行相關實踐學習的理論知識。在課程體系中與專業課程相配套的專科課程實驗課是對課程的有益補充，但由于相關課程實驗一般為認知理解性的實驗，深度不夠，綜合性較差。綜合實驗是對相關專業的基礎實驗進行有機結合，具有一定的自主設計能力，主要鍛煉實驗能力和實驗的基本素質。畢業設計是創新性實踐，所需的理論知識已經在課程體系中完整體現，但僅靠課程體系及相關的課程綜合實驗，遠遠滿足不了畢業設計創新性的要求，還需要更加系統和完整的專業課程設計才能達到該目的。在已有的多研究方向的課程體系下，多平臺的實踐課程實施方法如下：（1）利用已有的科研實驗平臺作為專業課程設計的實踐教學平臺，硬件資源共享，并且貼近科技前沿。（2）教師本身既是實踐教學的指導者，也是科研項目的參與者。根據學生一般水平，制訂不同階段的實踐課程題目和考評目標。（3）學生可以根據興趣和今后發展方向選取相關專業課程設計，根據能力不同還可以選取更加寬范的專業方向。以北京航空航天大學機電工程及自動化系為例，該系的主要研究方向有：①機器人與嵌入式系統；②網絡化機電控制技術；③現代無損檢測技術。隨著學科的不斷發展，還會有新的專業方向加入其中。在課程教學方面，已經形成了上述三個研究方向兼顧的專業基礎和專業核心課程體系。在實踐與實驗環節，專業基礎實驗課、綜合實驗、課程設計、畢業設計與專業方向銜接最緊密。圖1給出了實驗與實踐課程體系的實驗性質，其中的專業基礎實驗課和綜合實驗課是以班級為單位，由專門教師進行指導。畢業設計是由各個老師指導，方向明確。課程設計多年以來是以單一的研究方向、以班級為單位進行指導的，專業特色不明顯，2010年實踐教學改革中，將本系的三個研究方向全部納入到實驗與實踐課程體系中，由多名教師進行了分組指導。每個研究方向的實踐課程都涵蓋了基礎知識、分步實驗、綜合創新三部分的實踐內容，循序漸進，既充分利用了科研實驗平臺，又利于學生創新。

圖1 實驗與實踐課程體系

三、多平臺實踐教學的實現

與多研究方向的核心課程體系相呼應，在原有的科研實驗平臺上搭建了3個實踐教學平臺：嵌入式系統實踐教學平臺，網絡化機電控制實踐教學平臺和現代無損檢測實踐教學平臺。網絡化機電控制教學平臺將原有的設備與最新科研實驗平臺相結合，嵌入式系統實踐教學平臺和現代無損檢測實踐教學平臺全部利用最新科研實驗平臺，提出了適合相應研究方向的課程設計題目，建立起了立體化、開放式的實踐教學模式。

1.嵌入式系統實踐教學平臺。嵌入式控制系統教學平臺是以S3C2410芯片為核心，以uCOS操作系統為框架的開放的教學實驗平臺。該實踐教學平臺要求學生在熟悉和理解硬件原理的基礎上，以上層應用程序的開發為主要目的，最終達到對嵌入式系統軟硬件開發流程的掌握，并能開發出一個完整的嵌入式軟件。

篇8

關鍵詞：嵌入式技術； 教學方法

0前言

嵌入式技術是當今計算機技術中發展最快最熱門的技術，嵌入式技術在當今得到了極其廣泛的應用，已深入到各個應用領域，幾乎是無所不及，主導應用的潮流，以致一些學者斷言嵌入式技術將成為后pc時代的主宰。另伴隨著巨大的產業需求，我國嵌入式系統產業的人才需求量也一路高漲，嵌入式開發將成為未來幾年最熱門最受歡迎的職業之一。嵌入式課程也在各個高校中逐步展開，我校《嵌入式技術與應用》課程在2009年12月作為校級精品課程申報，于2010年3月被批準為校級在建的精品課程，精品課程的建設過程中遇到許多的困難與問題，精品課程的建設過程也是我們解決這些問題與困難的過程。我們主要從以下幾個方面做了一些工作。

1有針對性的制定培養目標，確定對學生的職業能力要求

嵌入式技術的涉及領域有幾個方面常見的智能儀表、工業控制領域，機頂盒、路由器等方面的應用，個人電子產品的應用（這些產品往往需要友好的gui圖形界面），高端智能設備（涉及到智能機器人，醫療儀器、軍事領域，航空航天領域）。為此，我們基于本專業學生畢業后大多就業于珠三角和長三角及湖北地區的中小型企業的現實，我們將學生將來就業的定位于中小型企業，經過我們專業教師的調研，我們對這些企業技術部門設置的崗位及崗位要求有了較好的認識，我們對每一個嵌入式行業相關必需具備的職業能力進行分解，然后再分析選取相應的教學內容，對不同的應用崗位所對應的不同的能力與知識要求作出了歸納與總結（如圖1），為教學目標與教學內容的確定提供了依據。

圖1職業崗位與能力要求

2讓課程具有非常強的時效性,本課程是近來才剛剛設立的一門新興課程，應該讓學生接觸與掌握社會上最新和最前沿的應用技術

it領域的新技術發展令人應接不暇，雖然大學生在校期間需要學習的都是一些基礎知識，但他們畢業走向社會后，必然要面對這些新技術，如果我們的教學內容陳舊，就會加長學生畢業后的適應周期；如果我們能夠提供給學生更多接觸這些新知識、新技術的機會，就會使學生畢業后能夠迅速地融入到社會實際中。同時也能使我們的教學內容與這些新技術基本保持同步。

例如，在以往單片機的學習中只涉及到靜態存儲器的擴展，而在嵌入式系統中就會使用到動態存儲器ddr技術，ddr技術的動態刷新、行列掃描和地址線的接法上都是比較新又比較有有用的技術，會讓一些沒有經驗的學生感到困惑，在教學過程中，我們利用s3c44b0x芯片來構建最小系統的過程中來教給學生動態存儲器的使用（如圖2）。

圖2 sdram hy57v641620與s3c44b0x的硬件接口電路

3本課程是一門綜合性的課程，要學會它，必須能夠綜合應用計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術

本課程會應用到計算機專業中所學的幾乎所有軟硬件技術、模擬電子技術、數字電子技術、計算機組成原理、c語言程序設計、單片機技術、微機原理、面向對象的程序設計、計算機操作系統原理、linux操作系統的應用等多種知識，這些知識在嵌入式系統中都會有所應用，嵌入式系統就是這些知識的綜合體，實際上，嵌入式系統為學生掌握計算機技術提供了一個非常好的平臺，要想很好地掌握嵌入式技術也必須掌握好這些知識。要讓學生掌握這么多的知識就必須在項目中去學習，對教學內容與方法進行設計。針對學習的不同階段，設計不同的項目與其對應（如圖3），讓學生在實踐中體會這些知識的作用，掌握這些內容，以避免教學內容的枯燥。

圖3 不通階段都有對應的實踐

4課程的實踐性很強，在傳遞知識的同時要更加注重培養學生的實踐動手能力，讓學生積累經驗

在教學的各個階段中都安排有不同實踐任務,讓學生的能力由初級到高級逐步提升,在教學的最后還安排了課程設計,進行綜合的 實踐（如圖4）。分層次逐步提高，由易到難，逐步綜合首先讓學生掌握基本的知識與技能，難度大的知識先放一下，在實踐教學中通過實例來講解，使學生更容易理解，采用直觀、生動的教學方法 將知識與能力目標融入到具體的項目中以培養高等技術應用型人才為根本任務，將加強應用能力訓練作為課程各項改革建設的中心 引導學生將“學”與“做”相結合，以達到學以致用，建立以“遞進式模塊化”的課程內容 ，初級階段有基本實驗、中級階段有實訓課程、高級階段有課程設計任務。

圖4 由簡單到復雜的訓練方法

5積極開展課程設計，進行綜合性的訓練

例如，自制基于s3c4510的嵌入式系統及jtag下載燒寫工具。設計內容：在老師指導下設計s3c4510系統的原理圖、pcb板圖以及jtag線纜的原理圖與pcb板圖，親自買元件、制版、焊接、調試。編譯、固化uclinux;完成jtag燒寫程序的編寫，可以用標準c，也可以用vc，也編寫linux系統下使用的版本。

圖5自制基于s3c4510的嵌入式系統及jtag下載燒寫工具

圖6 自制jtag下載燒寫工具原理圖

篇9

關鍵詞 嵌入式實時操作系統 模塊化 教學模式 雙線復合

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.11.056

0 引言

在嵌入式系統中，嵌入式實時操作系統（Real Time Oprating System，RTOS）是其軟件的核心，也是嵌入式系統教學的重點內容之一。要求學生在掌握RTOS基本原理的基礎上，重點提高RTOS的應用能力。然而，在實際教學中，有很多高校將重點放在構建完整的知識體系上，課堂上灌輸理論知識，實驗則主要是驗證理論，有的還存在理論與實驗內容相脫節的現象，實驗課時偏少也是較為普遍的問題，因此，無法達到提高學生RTOS應用能力的目的。要解決這些問題，應當從培養學生工程應用能力，滿足行業對人才的需求出發，深化教學內容改革，實施以能力培養為目標的模塊化教學模式。

目前，針對模塊化教學模式的研究，已有很多的研究成果。如文獻[2]介紹了合肥學院基于崗位群的專業要求，結合教學約束，將專業能力分解為能力要求和支撐知識點，然后反推建立能力模塊。文獻[3]介紹了南京郵電大學采用因材施教、個性化培養的原則，實施個性化和模塊化的人才培養方案、教學模式和學習方式等。在嵌入式系統教學方面，雖然研究如何提升學生嵌入式系統實踐能力的成果較多，其中較為典型的如文獻[4]針對嵌入式系統課程，提出了能力遞進式項目教學法以及邊教邊練教學模式，取得了較好的效果。文獻[1]將嵌入式系統的課程分為三個層面，要求學生構建完整的知識體系，掌握基本技術和技能。然而，以整體的理念整合各教學環節，實行嵌入式系統模塊化教學的研究成果較少，專門針對RTOS應用能力模塊的研究就更少了。

本文從分析RTOS研發能力要求出發，結合教學目標和行業對人才的需求，圍繞提高學生RTOS應用能力，提出了一個將教學、實驗、設計、競賽等有機整合的，實現理論教學和實踐教學雙線復合的教學模式，解決了多個教學環節彼此孤立，教學內容不成體系，無法形成人才培養合力的問題。

1 嵌入式實時操作系統開發能力分析

1.1 能力要求

RTOS被廣泛地應用到嵌入式產品之中，借助它可以為應用程序提供穩定的平臺、高效的運行環境，從而縮短開發時間，提高系統的穩定性，方便產品功能的擴展。因此，掌握RTOS的相關開發技術，是從事嵌入式系統開發的人員必須具備的能力，表1分析了其所需的能力要求，即在掌握RTOS基本知識和技術的基礎上，突出基于RTOS的項目開發實踐能力的培養。

1.2 主要教學內容分析

在實際應用中，常見的嵌入式實時操作系統有VxWorks、eCos、%eCLinux、%eC/OS-II等。由于%eC/OS-II源碼開放、注釋詳細、原理復雜度不高，因此國內很多高校都選取其作為教學范例，且它在工業控制、智能測控、物聯網應用等領域應用廣泛，學生掌握好它的相關開發，可以適應畢業后崗位需求。

結合表1給出的RTOS開發能力要求，可將%eC/OS-II的教學內容分為原理、代碼和應用。其中“原理”是指%eC/OS-II所涉及的計算機操作系統的基本原理和算法，它是教學的基礎；“代碼”是指%eC/OS-II原理和算法的具體代碼實現，它是教學的重點；第三塊的“應用”，則主要是使用%eC/OS-II系統提供的API函數，進行應用程序的開發，這是教學的關鍵。教學內容的三個方面是相互關聯、彼此聯系的。只有掌握好原理，才能更好地理解的代碼，在進行應用開發時，才能完成%eC/OS-II系統的移植，以及準確應用API函數，構建多任務的應用軟件。

2 雙線復合模塊化教學模式

在實際的教學過程中，如果采用傳統的教學模式，%eC/OS-II的原理、代碼和應用三方面的內容，往往無法形成有機聯系，無法達到提高學生應用能力的目標。因此，綜合考慮教學過程和教學目標，本文提出了圖1給出的將理論教學和實踐教學相結合的“雙線復合教學模式”。

圖1 雙線復合模塊化教學模式

從圖1可以看出，課程教學可分為理論教學和實踐教學兩條線，其中理論教學包括講解%eC/OS-II的原理與代碼，結合案例介紹%eC/OS-II應用軟件開發方法，對學生的實踐作品進行答辯與評價等；實踐教學則包括課程實驗和鞏固性作業、綜合作業和實踐作品設計等。實踐教學以理論教學為基礎，是對理論知識的實際應用和深化。實踐教學的作業和實驗均應遵循從簡單到復雜，從基礎到綜合的提升過程，包括鞏固性作業和綜合性作業、基礎驗證性實驗和綜合設計性實驗等。

課程設計需要綜合應用學生所學的課程知識和基礎實驗，是實現理論教學和實踐教學的雙線復合的復合點，也是對教學效果的綜合評價點。理論教學和實踐教學應以完成課程設計的項目作為最終目標，圍繞這一目標引導學生逐步深入學習，完成理論教學和實踐教學的各個環節，實現知識和能力的積累與提升。這就需要改變把課程設計看做獨立的一門課的做法，而將%eC/OS-II的理論教學、實踐教學、課程設計等有機整合到一個模塊之中，也就是通過雙線復合的模式，形成一個“嵌入式實時操作系統”應用能力模塊。

通過這一“雙線復合”的模式，可以提高學生工程實踐能力，獲得質量較高的設計作品，可將其吸納為教學案例和項目案例，充實到后續的教學之中，也可以在進一步深化完善之后，作為學科競賽的作品參賽，通過比賽驗證和評價這些成果。這樣就形成了一個逐步深化、逐步綜合的培養過程，遵循了循序漸進的原則，使得學生始終帶著問題和項目投入到學習之中，從而激發出更大的求知欲，達到學以致用，在應用知識中提升能力的目的。

3 p線復合教學模式的實施效果分析

本文所提出的“雙線復合教學模式”，已應用到江西理工大學應用科學學院嵌入式系統實驗班的RTOS的教學之中，取得了良好的效果。由于將理論教學、課外作業、綜合作業、課程實驗、課程設計、學科競賽等進行了整合，學生既掌握了RTOS的原理、基本技能，又完成了項目的分析、設計、開發和測試，所獲得的作品還參加了學科競賽并獲得了獎勵。

自該班實施了“雙線復合教學模式”以來，學生完成了一大批的設計作品，這些作品先后多次參加了全國信息技術應用水平大賽、全國大學生物聯網設計競賽等賽事，獲得了國家級二等獎3項、三等獎2項、省級一等獎3項、省級二等獎2項的好成績。此外，還獲得多項實用新型專利和軟件著作權。這些成果進一步證明了“雙線復合教學模式”在提高學生的工程實踐能力方面有較好的效果。

4 結論

從實施“雙線復合教學模式”的效果來看，該模式對于學生掌握嵌入式實時操作系統的應用能力，起到了很好的促進作用。該模式從企業對人才能力需求出發，對嵌入式實時操作系統課程進行了知識和能力分解，將理論教學和課內外實踐教學兩條線復合在一起，形成了一個能力模塊，對于學生適應崗位需求，掌握工程實踐能力具有一定的作用。

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關鍵詞：嵌入式系統；教學改革；能力提升

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）15-0221-02

嵌入式系統是高等學校電子信息、計算機、自動化等本科高年級學生的一門專業技能課程，是以應用為核心、以計算機技術為基礎、涉及微電子技術、電工電子技術、微機原理等多門學科的綜合學科。從各個角度分析嵌入式系統課程中知識框架，與學生興趣相結合，真正做到學以致用，提升學生能力，是目前所有工科類課程面臨的一個重要問題。為此，筆者針對嵌入式系統教學過程，開展名為“嵌入式系統教學中學生能力提升探索”的教學改革嘗試，并初步收到積極效果。該教學改革理念也可為微機原理、可編程邏輯器件、DSP技術原理等類似課程提供參考。

一、課程特點及主要存在問題

嵌入式系統是高年級課程，有很強的工程實踐性和知識綜合應用性，要求學生聯系先修課程，結合新知識，靈活融匯分析并解決實際工程問題的能力。教學中，需要任課老師既重視理論知識的傳授，又要培養學生的工程應用能力。筆者結合工作中對嵌入式系統教學的體會，對該課程特點及主要存在問題總結如下：

1.聯系廣，理解難。要較好地把握嵌入式系統內容，必須對先修課程有很好的學習基礎，能較好地將從低年級以來的專業課聯系起來，才能深入理解本門課程內容。比如要很好地理解嵌入式系統觸摸屏的原理及編寫相應程序，必須理解觸摸屏內部結構。其內部結構框圖中涉及多個MOS管組成的模擬電路，需要學生很好理解NMOS、PMOS不同的通斷過程及對電路的影響。如果學生不熟悉MOS管的通斷原理，而單純靠記憶來使用觸摸屏，則很難做到活學活用。

由于學生水平及能力各不相同，為了使大部分學生能較好地學懂所講授內容，則需要老師在講新知識之前花時間復習修課程的相關內容概念。然而這種做法勢必導致第二個問題：占用本來有限的課時。

2.學時少，內容多。近年來，由于推廣素質教育，各門課程理論教學時間不斷縮減。以筆者所講授的嵌入式系統課程為例，理論課時僅僅為22學時，該學時遠遠少于專業必修課，且隨著嵌入式技術日新月異，該門課程除了課本內容外，還需要補充其他與現代技術接軌的新內容。因此，如何精選每節課授課內容，在有限的課堂時間內使學生掌握到盡量多的內容，且不感到枯燥無味，是嵌入式系統等工科類課程普遍存在的問題之一。

3.實驗舊，擴展難。由于課時安排原因，本門課程僅配套3個實驗，且實驗與理論課程不對應，所使用的實驗箱年代較久，不能與現代新技術接軌，且無法在原有基礎上進行擴展，只能進行某些簡單的功能性驗證的實驗。如何通過實驗輔助理論教學，提升學生能力水平，也是課程教學中需要解決的問題之一。

二、教學過程學生能力提升探索

針對上述存在問題，必須在教學過程中克服客觀困難，調動學生的學習興趣及積極性，從而實現學生能力提升的效果。為此，圍繞嵌入式系統教學中的兩大難點，筆者開展了學生能力提升的探索改革。

1.學生理論知識與實踐能力的提升探索。理論指導實踐，實踐驗證理論，因此對于工科學生來說，不能一味注重實踐，也不能只懂得紙上談兵的理論，需要理論和實踐能力相輔相成，才能得到能力提升。然而，筆者在教學過程中發現，由于學生個體差異，能力傾向不同，有些學生注重實踐鍛煉，然而理論知識并未提升，有些同學只注重理論知識，工程實踐能力不足。且大部分學生理論與實踐知識的反饋提升能力不夠。

以筆者講授嵌入式系統液晶屏內容為例，對于使用液晶觸摸屏，設計的理論知識包括：液晶屏的分類――TFT屏和STN屏；顯示顏色――單色和彩色；灰度等級――單色、4級、16級；彩色等級――STN屏為256色和4096色，TFT屏非調色板為64K色和16M色，TFT屏調色板為256色等等。如果學生不懂得上述理論知識，在實際操作中，則不能很好地編寫合適程序調試出預期效果。然而，僅僅懂得上述理論內容也不夠，還需要考慮其他實際工程問題，比如：TFT屏的電路連接方式與STN屏是否一致？STN屏的驅動電流需要多大才合適，且不至于導致液晶屏過亮或過熱？采用何種驅動器性價比更高？等等。上述問題并不只是理論，而是跟實際工程實踐相關。

鑒于此，針對如何提升學生的理論知識與實踐能力的問題，首先，筆者在課堂上對于基礎理論知識，如液晶屏的分類、灰度及彩色等級等內容均予以清楚闡述；另外，通過課程設計、創新實驗項目、實驗課程等環節，提升學生的動手能力；最后，針對實驗中出現的問題及失敗現象，鼓勵學生從理論上找到原因后再反復實踐驗證，達到理論與實踐相輔相成且共同提高的目的。

2.學生硬件與軟件知識的提升探索。對于電子及自動化等專業學生來說，嵌入式系統課程不僅要掌握軟件編程，而且要掌握硬件電路設計能力，軟硬件知識結合，才能較好地完成工程項目。

然而，由于先修課程學生水平及傾向不同，面對同一個系統問題，有些同學在電路基礎、模擬電子技術等課程上掌握較好且較有興趣，會比較傾向使用硬件方法來解決問題，而有些同學對于C語言程序編程、數字電路等課程把握較好，會傾向于通過軟件編程方法來處理問題。

對于簡單系統，上述兩種方法均是可取的。但是對于功能復雜的系統，不可能僅采用單一硬件或者軟件解決問題，需要考慮各方面因素，軟硬件結合起來應用。因此，要求學生不僅掌握硬件電路設計能力，對于軟件編程能力的具備同樣也是必須的。

在提升學生硬件和軟件綜合設計能力問題上，筆者首先在課堂上給出案例，啟發學生提出各種不同軟硬件設計方案；進一步，布置工程案例作為課后作業，要求學生設計或列舉出多種設計方案，綜合比較可行方案；最后，布置一個貫穿本門課程的課程設計，該設計需要涉及硬件電路及軟件編程，通過該課程設計的完成，最終達到提升學生硬件電路設計與軟件編程能力的目的。

三、教學成效

筆者將上述教學改革內容用于嵌入式系統教學過程中，收到了較好的效果。通過問卷調查和課后反饋訪談，學生普遍反映能將先修電子知識與嵌入式系統聯系起來，且在此過程中，學生的學習興趣和能力均得到了提升。通過課堂案例引入及分析，提升了學生對嵌入式系統的工程應用能力和設計能力。筆者相信，所開展的教學改革探索在一定程度上提升了學生對嵌入式產品進行軟硬件綜合設計的能力，增強了學生對嵌入式系統最新動態追蹤的興趣、對相關領域深入學習的信心。

四、結束語

在深入了解嵌入式系統課程特點、現狀和不足的基礎上，筆者結合自己的實際教學切身體會，對嵌入式系統開展了教學改革探索。著重從理論與實踐、硬件與軟件上對學生能力進行提升。實踐表明，該類措施較大程度上激發了學生的學習興趣及其主觀能動性，提升了教學質量和學生能力。

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