嵌入式系統(tǒng)的基本原理精選(九篇)

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第1篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：操作系統(tǒng)；Linux

中圖分類號(hào)：TP316-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007-9599(2012)04-0000-02

眾所周知，操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)專業(yè)課程中的重要地位，在計(jì)算機(jī)軟硬件課程的設(shè)置上，它起著承上啟下的作用。但是，在電子信息類專業(yè)的課程設(shè)置上，《操作系統(tǒng)》這門課的課時(shí)設(shè)置以及教學(xué)內(nèi)容的安排與計(jì)算機(jī)專業(yè)的設(shè)置有較大的區(qū)別。比如課時(shí)設(shè)置，計(jì)算機(jī)專業(yè)大多都分配了48理論學(xué)時(shí)+16實(shí)踐學(xué)時(shí)，而電子信息類專業(yè)的設(shè)置大多是36理論學(xué)時(shí)+12實(shí)踐學(xué)時(shí)。如何在較少的授課課時(shí)中，讓學(xué)生能理解操作系統(tǒng)的基本概念和主要功能，掌握常用操作系統(tǒng)（如Linux）的使用和一般管理方法，了解它與硬件和其它系統(tǒng)軟件的關(guān)系，了解它是如何組織和運(yùn)作的，能使用和分析常見的操作系統(tǒng)，從而為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)？

現(xiàn)在很多學(xué)校的計(jì)算機(jī)專業(yè)和電子信息類專業(yè)都開設(shè)了基于Linux的《嵌入式系統(tǒng)》課程，但在課程安排上有較大的區(qū)別。在計(jì)算機(jī)專業(yè)的課程安排中，他們開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)》課程之前，會(huì)先安排一門相對(duì)以理論為主的《操作系統(tǒng)》課程，然后再開設(shè)一門類似《Linux程序設(shè)計(jì)》之類的以實(shí)踐為主的課程，經(jīng)過兩門課的學(xué)習(xí)后，學(xué)生既掌握了Linux操作系統(tǒng)的使用，也理解了現(xiàn)在操作系統(tǒng)的主要功能及基本原理，為后續(xù)的《嵌入式系統(tǒng)》打下了很好的基礎(chǔ)。但是，很多電子信息類專業(yè)的課程安排中，他們?cè)陂_設(shè)《嵌入式系統(tǒng)》的課程之前往往只開始一門《操作系統(tǒng)》的課程而已。那么，電子信息類的《操作系統(tǒng)》這門課中如何更好地把Linux的使用方法以及現(xiàn)在操作系統(tǒng)的相關(guān)原理結(jié)合起來，讓學(xué)生既掌握了Linux使用及C的開發(fā)又理解Linux操作系統(tǒng)的基本原理？本文想通過分析常用的《操作系統(tǒng)》的教材[1-9]，結(jié)合電子信息類專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)，探索一條解決該類專業(yè)《操作系統(tǒng)》課程課時(shí)少，內(nèi)容多這一矛盾的途徑。

一、理論內(nèi)容安排

大多《操作系統(tǒng)》教材的內(nèi)容都是集中介紹操作系統(tǒng)中的四大資源的管理：內(nèi)存分配、回收、頁面的替換以及段頁式的存儲(chǔ)管理；進(jìn)程的控制、調(diào)度、通信；中斷處理及設(shè)備管理和文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。而且都以原理介紹為主，較少結(jié)合某個(gè)具體的操作系統(tǒng)（如Linux）的實(shí)現(xiàn)方法。在授課過程中，純粹的原理接收容易使學(xué)生感到內(nèi)容晦澀難懂，而且感覺枯燥，達(dá)不到感官認(rèn)知。因此本文在《操作系統(tǒng)》的理論授課內(nèi)容安排上，試探性地把合Linux操作系統(tǒng)與操作系統(tǒng)中的基本原理相結(jié)，將一些經(jīng)典的資源管理算法與Linux的內(nèi)核源碼相結(jié)合，讓學(xué)生既能理解相關(guān)的原理，又能掌握如何從基本的編程上去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。具體的內(nèi)容安排如圖1所示。整個(gè)理論內(nèi)容分成3大塊：基礎(chǔ)篇、原理篇和應(yīng)用篇。

在開始操作系統(tǒng)的原理介紹之前，安排了Linux的命令操作以及編程基礎(chǔ)，為后續(xù)的原理學(xué)習(xí)與Linux的內(nèi)核的結(jié)合提供一定的基礎(chǔ)鋪墊。根據(jù)36學(xué)時(shí)的理論課時(shí)，基本安排如下?；A(chǔ)篇的內(nèi)容、課時(shí)安排為：“概述”2課時(shí)，介紹操作系統(tǒng)的基本概念及功能，操作系統(tǒng)的發(fā)展，最后簡(jiǎn)要概述Linux操作系統(tǒng)的相關(guān)情況；“Linux操作基礎(chǔ)”4課時(shí)，Linux系統(tǒng)的圖形界面已比較友好，因此這部分的授課內(nèi)容主要是讓學(xué)生掌握常用的操作命令，以及輸入/輸出重定向的概念；“軟件開發(fā)工具”4課時(shí)，主要講授C編譯的基本過程、Make工具的應(yīng)用以及程序調(diào)試方法。

在原理篇中，主要是要讓學(xué)生理解和掌握操作系統(tǒng)的四大資源管理的基本原理以及Linux內(nèi)核中的相關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)原理的同時(shí)能更清楚的了解在具體的操作系統(tǒng)內(nèi)核中是如何實(shí)現(xiàn)的。原理篇的內(nèi)容、課時(shí)安排為：“進(jìn)程管理”8課時(shí)，主要教授進(jìn)程控制塊的作用、進(jìn)程的調(diào)度（結(jié)合Linux系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度算法）、進(jìn)程同步與互斥（結(jié)合Linux的進(jìn)程間通信）；“存儲(chǔ)管理”6課時(shí)，結(jié)合Linux的存儲(chǔ)管理機(jī)制讓學(xué)生掌握虛擬地址與物理地址的轉(zhuǎn)換、內(nèi)存的分配/回收，以及內(nèi)存的擴(kuò)充技術(shù)；“設(shè)備管理”安排4課時(shí)，結(jié)合Linux設(shè)備管理介紹I/O控制方式、設(shè)備分配策略等；“文件管理”安排4課時(shí)，結(jié)合Linux文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及特點(diǎn)，介紹VFS的主要作用。最后在應(yīng)用篇中，利用較少的4課時(shí)分別介紹Shell程序設(shè)計(jì)以及內(nèi)核的升級(jí)/裁剪、文件系統(tǒng)的構(gòu)造等。通過這樣的理論講授之后，希望讓學(xué)生既能掌握Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用，也能理論并掌握操作系統(tǒng)的主要作用及工作原理。

二、實(shí)踐內(nèi)容安排

因?yàn)檎n內(nèi)安排的實(shí)踐課時(shí)相對(duì)偏少，如何讓學(xué)生有足夠的實(shí)踐機(jī)會(huì)呢？在講授某個(gè)操作系統(tǒng)的基本原理后，在課堂上可以先結(jié)合Linux內(nèi)核中的具體實(shí)現(xiàn)代碼，讓學(xué)生先理解并掌握其中的關(guān)鍵算法，然后要求學(xué)生利用課外時(shí)間去另行設(shè)計(jì)某個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的算法，以達(dá)到真正理解并掌握的程度。圖2列出了課內(nèi)、課外的實(shí)踐內(nèi)容安排。

三、小結(jié)

我們從電子信息類專業(yè)對(duì)《操作系統(tǒng)》課程的教學(xué)要求出發(fā)，結(jié)合目前常用的一些《操作系統(tǒng)》教材，對(duì)該課程的體系構(gòu)建、以及理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置提出一些建議和意見。《操作系統(tǒng)》課程教學(xué)還有其他許多值得深入探討和研究的內(nèi)容，本文的建議僅是一家之言，希望對(duì)同行能有一定的參考價(jià)值，也歡迎同行批評(píng)指正。

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第2篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與傳統(tǒng)PC機(jī)不同，開發(fā)人員需要對(duì)用戶做出詳細(xì)的制定，所以人員需要對(duì)嵌入式系統(tǒng)更加全面透徹的了解。而且嵌入式系統(tǒng)的形式上與PC也不盡相同。嵌入式系統(tǒng)的體積往往較小，開發(fā)工具也是專門制定。嵌入式開發(fā)工程特點(diǎn)比較明顯，一個(gè)普通人必須通過實(shí)際出發(fā)開發(fā)一款簡(jiǎn)單模式很難了解開發(fā)基本過程。嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)包括很多類型，需要根據(jù)不同的情況選擇具體點(diǎn)操作系統(tǒng)。比如典型的嵌入式操作系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)移植、任務(wù)調(diào)度等等。建設(shè)嵌入式課程實(shí)驗(yàn)體系將指日可待。

2嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

2.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建立與開發(fā)

在嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)建設(shè)過程中，我們主要采用廣泛的校企合作模式。無論是低層還是高層，硬件還是軟件，我們都是按照合理的思路，將嵌入式教學(xué)系統(tǒng)生命周期縮短，并進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的分析。分步驟的有層次的對(duì)內(nèi)容深一步的了解。增強(qiáng)系統(tǒng)的連貫性，鍛煉整體的把握能力。著重加強(qiáng)嵌入式的開發(fā)，移動(dòng)多媒體數(shù)字電視復(fù)合型開發(fā)。而不是那些單一獨(dú)立的，較為簡(jiǎn)單的開發(fā)軟件，那些都是不成體系不完整的。我們需要對(duì)整合嵌入式了解更加透徹更加深入，對(duì)其特點(diǎn)加以研究，對(duì)其系統(tǒng)研究的更加明白易懂。

2.2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

通過設(shè)計(jì)嵌入式開發(fā)環(huán)境linux下的應(yīng)用、UC/OS－Ⅱ的應(yīng)用、linux的基本應(yīng)用、QTEmbedded設(shè)計(jì)、嵌入式微處理器ARM編程基礎(chǔ)(指令)實(shí)驗(yàn)、ARM接口編程技術(shù)與驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)、SM接口編程與驅(qū)動(dòng)開發(fā)等不同實(shí)驗(yàn)。來適應(yīng)不同層次的對(duì)軟件開發(fā)與學(xué)習(xí)。通過對(duì)其他課程的理解與熟知來配合對(duì)嵌入式教學(xué)課程的設(shè)計(jì)開發(fā)與研究。

3基于能力培養(yǎng)的嵌入式課程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)施

3.1強(qiáng)化嵌入式硬件和軟件協(xié)同開發(fā)

多媒體課件編寫為適應(yīng)本院培養(yǎng)應(yīng)用型本科層次的課程體系發(fā)展新形勢(shì)的需要,在內(nèi)容上更加偏重實(shí)用性,增加了多個(gè)嵌入式裸機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例,使學(xué)生在掌握基本原理知識(shí)的前提下,注重提高學(xué)生應(yīng)用能力。因嵌入式硬件一些限制和一系列要求，嵌入式系統(tǒng)不會(huì)有固定系統(tǒng)模式。目前，一些公司針對(duì)于嵌入式多媒體教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生可以在教學(xué)軟件和硬件平臺(tái)上開發(fā)嵌入式軟件。每次實(shí)驗(yàn)對(duì)每個(gè)具體功能來進(jìn)行設(shè)計(jì)具體如中斷通信AD取樣驅(qū)動(dòng)等等。實(shí)現(xiàn)每個(gè)誤差不會(huì)太大，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成。在嵌入開發(fā)技術(shù)的實(shí)踐學(xué)時(shí)比較充足時(shí)，還要嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上加入Linux的程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

3.2改進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（1）根據(jù)客戶的不同實(shí)驗(yàn)要求，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)配套的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目工程文件不能直接采用，所以需要我們獨(dú)立思考問題，完成相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)問題，并在調(diào)試過程中積累開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高動(dòng)手能力，提高自己的綜合素質(zhì)。

（2）減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程，應(yīng)該提倡創(chuàng)新能力，以動(dòng)手過程內(nèi)容為主，不能以老師課堂演示為主要內(nèi)容，使得學(xué)生跟著老師和自己思維走，進(jìn)而發(fā)揮學(xué)生的想象力和主觀能動(dòng)性。

4結(jié)束語

第3篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

摘要：本文以社會(huì)對(duì)嵌入式人才的需求為基礎(chǔ)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的特點(diǎn)、教學(xué)方法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，主要分析了嵌入式軟件開發(fā)模式。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)，啟發(fā)式教學(xué)，嵌入式軟件開發(fā)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 課程特點(diǎn)介紹

目前國(guó)內(nèi)高校大多已開設(shè)和嵌入式系統(tǒng)有關(guān)的各種課程，以電子科技大學(xué)為例，自20世紀(jì)90年代中期開設(shè)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)課程以來，以“科研促教學(xué)”為國(guó)家培養(yǎng)了一大批嵌入式系統(tǒng)方面的高級(jí)人才，并撰寫了多部嵌入式方面的書籍和教材。目前該課程發(fā)展為“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”，本課程堅(jiān)持理論、實(shí)踐相結(jié)合的原則，特別重視對(duì)學(xué)生實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。本文首先講述了該課程如何結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣，以及如何使用啟發(fā)式教學(xué)方法提高教學(xué)質(zhì)量，接著重點(diǎn)討論本課程在注重實(shí)踐、培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面所采用的一些方法和經(jīng)驗(yàn)。

2 結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展日新月異，新技術(shù)、新方法、新產(chǎn)品層出不窮。學(xué)生經(jīng)常對(duì)所學(xué)的課程產(chǎn)生疑問，一方面社會(huì)上也流傳今天的計(jì)算機(jī)教育是“用昨天的知識(shí)教今天的學(xué)生去做明天的事”。另外，學(xué)生對(duì)這樣一門較新的學(xué)科不是很了解，不明白它的重要性，所以一些學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力，學(xué)習(xí)的積極性不高。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師”。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的第一節(jié)課我們安排的教學(xué)內(nèi)容是：嵌入式計(jì)算機(jī)的發(fā)展史和未來發(fā)展趨勢(shì)。目的就是要讓學(xué)生知道，嵌入式計(jì)算機(jī)與通用計(jì)算機(jī)一樣積累了大量的理論、技術(shù)和工程實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)。并以圖片方式告訴學(xué)生嵌入式計(jì)算機(jī)跟我們的生活息息相關(guān)，它們?cè)诓粩嗟貫槲覀兊墓ぷ骱蜕罘?wù)，同時(shí)讓大家充分發(fā)揮想象力對(duì)“后PC時(shí)代”進(jìn)行美好的憧憬和遐想。然后，告訴大家在這樣“無處不在”的計(jì)算機(jī)時(shí)代里嵌入式計(jì)算機(jī)的作用和重要性，即它們是本學(xué)科理論和技術(shù)的精華，是幾代計(jì)算機(jī)人經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，是創(chuàng)新的源泉。當(dāng)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步以及高性能的獲得，與創(chuàng)造性的應(yīng)用技術(shù)是分不開的?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類的創(chuàng)造發(fā)明，嵌入式計(jì)算機(jī)的“無處不在”，激起了學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的濃厚興趣，使學(xué)生有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，從而“教”與“學(xué)”都成為一種享受。

3 用啟發(fā)式教學(xué)方法提高課堂教學(xué)質(zhì)量

孔子說過：“不憤不啟，不悱不發(fā)”。意思是學(xué)生不到想求明白而不得的時(shí)候，不去開導(dǎo)他；不到想說說不出的時(shí)候，不去啟發(fā)他。啟發(fā)式教學(xué)的真諦就是要充分體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中的主體地位，活躍課題氣氛，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)思考，使課堂達(dá)到“師生互動(dòng)”的完美效果。聽課時(shí)，學(xué)生感覺到已知中有疑問，這種疑問便成為認(rèn)知的起點(diǎn)，從而由產(chǎn)生疑問向解決疑問的方向轉(zhuǎn)化。

所以，我們?cè)谇度胧较到y(tǒng)及應(yīng)用課程的教學(xué)中大量使用啟發(fā)式教學(xué)方法，讓學(xué)生帶著疑問聽講，最大限度的吸引學(xué)生注意力。比如，在講到嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通常會(huì)出現(xiàn)“優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)”的嚴(yán)重問題時(shí)，首先分析問題產(chǎn)生的原因，并列舉歷史上曾因?yàn)榇藛栴}而導(dǎo)致的嚴(yán)重事故，然后向大家提問“誰有最好的方法來解決這個(gè)問題？”這時(shí)發(fā)現(xiàn)同學(xué)的興趣非常高昂，個(gè)個(gè)都在冥思苦想，緊接著就會(huì)有同學(xué)舉手回答。不管同學(xué)回答的是否正確都應(yīng)該給予最大的鼓勵(lì)和掌聲，從而就會(huì)有更多的同學(xué)搶著回答自己的想法，這樣課堂就“互動(dòng)”起來了。最后再逐步推出當(dāng)前比較成熟的經(jīng)典解決算法，同時(shí)將大家的想法和現(xiàn)有的算法進(jìn)行對(duì)比分析，找出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。另外，不要忘記給想法比較好的學(xué)生多一些夸獎(jiǎng)，這樣他們學(xué)習(xí)和思考的興趣就會(huì)更加高昂。

這種教學(xué)方法學(xué)生非常喜歡，一致反映容易理解，記憶深刻，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。

4 注重實(shí)踐、培養(yǎng)應(yīng)用型人才

嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過程中，對(duì)嵌入式系統(tǒng)涉及的硬件和軟件部分進(jìn)行詳細(xì)闡述，確立以教學(xué)實(shí)驗(yàn)板為物理基礎(chǔ)，以軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)為主的指導(dǎo)思想，結(jié)合市場(chǎng)需要設(shè)計(jì)出多個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)題目；同時(shí)還組織學(xué)生參加相關(guān)的大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)大賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛在能力。為了促進(jìn)學(xué)生在校期間工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和軟硬件設(shè)計(jì)的綜合能力，消除大學(xué)生就業(yè)過程中理論脫離實(shí)際的尷尬場(chǎng)面，在教學(xué)過程中我院始終堅(jiān)持方法、能力和品質(zhì)的培養(yǎng)，積極鼓勵(lì)、引導(dǎo)有能力的同學(xué)結(jié)合課程提出課題，參加有關(guān)競(jìng)賽甚至提前進(jìn)入我們的科研團(tuán)隊(duì)，從而使優(yōu)秀的人才脫穎而出。

5 課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，盡快熟悉嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，并達(dá)到能夠獨(dú)立開發(fā)嵌入式軟件的目標(biāo)。本課程的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)特定針對(duì)當(dāng)今非常流行的嵌入式處理器而開發(fā)了3套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用開源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II。

5.1嵌入式軟件開發(fā)模式

嵌入式軟件的開發(fā)模式為交叉開發(fā)模式。交叉開發(fā)指嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)由宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)共同完成。如圖1所示。

宿主機(jī)(Host)：是用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。一般為PC機(jī)(或工作站)，具備豐富的軟硬件資源，為嵌入式軟件的開發(fā)提供全過程支持。

目標(biāo)機(jī)(Target)：即所開發(fā)的嵌入式軟件系統(tǒng)，是嵌入式軟件的運(yùn)行環(huán)境，包括嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式應(yīng)用軟件，其軟件是為特定應(yīng)用而定制的。

通過交叉開發(fā)工具進(jìn)行交叉編譯和調(diào)試，做過調(diào)試和測(cè)試的最終程序通過工具“固化”到目標(biāo)機(jī)上，從此該程序就永久運(yùn)行于目標(biāo)機(jī)了。

5.2基于µC/OS-II的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)密不可分，由于嵌入式軟件開發(fā)方式的特殊性，實(shí)驗(yàn)的開設(shè)有一定難度，需要特殊的軟硬件環(huán)境。結(jié)合課程內(nèi)容，我們?cè)O(shè)計(jì)了軟、硬件兩種平臺(tái)搭建實(shí)驗(yàn)和7個(gè)綜合軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)，覆蓋了課程所講述的主要章節(jié)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用開放源代碼的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II。

5.2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

第一部分：平臺(tái)搭建實(shí)驗(yàn)

(1) 軟件平臺(tái)的搭建。實(shí)驗(yàn)使用的嵌入式軟件開發(fā)工具是科銀京成公司的LambdaTOOL嵌入式集成開發(fā)工具。本部分實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自己動(dòng)手安裝并熟悉此工具，同時(shí)搭建基于此工具的交叉開發(fā)環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)嵌入式開發(fā)工具及交叉開發(fā)模式進(jìn)行更為深入的認(rèn)知和學(xué)習(xí)。

(2) 三個(gè)硬件平臺(tái)的搭建。為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)當(dāng)今流行的嵌入式處理器的學(xué)習(xí)以適應(yīng)社會(huì)需要，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用三種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：基于×86系列的PC虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于ARM7-TDMI處理器的W90P710開發(fā)板實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，基于SH3-7709S 微處理器的清華YU-SH3-VER2開發(fā)板實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過這部分實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的硬件知識(shí)有更深入和直觀的認(rèn)識(shí)。

第二部分：軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)

本部分實(shí)驗(yàn)考查各章節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，并將各章節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐開發(fā)；鍛煉學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和嵌入式軟件開發(fā)能力。本部分實(shí)驗(yàn)根據(jù)各章節(jié)內(nèi)容共設(shè)計(jì)了7個(gè)實(shí)驗(yàn)題目。

5.2.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境介紹

(1) 硬件環(huán)境

實(shí)驗(yàn)硬件環(huán)境分為宿主機(jī)、目標(biāo)機(jī)兩種硬件平臺(tái)。

(1) 宿主機(jī)：為X86系列的PC機(jī)，主頻2.5G，內(nèi)存512M

(2) 開發(fā)板：

l 基于X86系列PC虛擬平臺(tái)

l 基于ARM7TDMI處理器的W90P710開發(fā)板

l 基于SH3-7709S 微處理器的清華YU-SH3-VER2開發(fā)板

(2) 軟件環(huán)境

(1) 宿主機(jī)操作系統(tǒng)：Windows XP/2000

(2) 目標(biāo)機(jī)操作系統(tǒng)：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II

(3) 開發(fā)工具

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所采用的嵌入式開發(fā)工具是科銀京成公司自主研發(fā)的LambdaTOOL集成開發(fā)環(huán)境的教學(xué)免費(fèi)版本。LambdaTOOL是一個(gè)通用、統(tǒng)一、開放的新一代32位嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境，支持多種嵌入式操作系統(tǒng)和32位嵌入式處理器，具備先進(jìn)的新一代交叉開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)配置工具。該教學(xué)版本具備支持嵌入式軟件仿真開發(fā)的完整功能，包括：編輯環(huán)境、系統(tǒng)配置、編譯環(huán)境、目標(biāo)機(jī)管理和調(diào)試環(huán)境。

5.3軟件開發(fā)實(shí)驗(yàn)

為培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力和嵌入式軟件開發(fā)能力，同時(shí)鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和管理能力，本部分實(shí)驗(yàn)提供了7個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)題目。學(xué)生以3個(gè)人為一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，為鍛煉同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)管理能力，每個(gè)小團(tuán)隊(duì)推舉一位負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)安排每個(gè)人的分工和進(jìn)度管理，并及時(shí)向老師匯報(bào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況和存在的問題。綜合實(shí)驗(yàn)題目的設(shè)計(jì)緊扣教材，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，7個(gè)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容為：

1. 任務(wù)管理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪斫馊蝿?wù)管理的基本原理，了解任務(wù)的各個(gè)基本狀態(tài)及其變遷過程；掌握µC/OS-II中任務(wù)管理的基本方法(創(chuàng)建、啟動(dòng)、掛起、解掛任務(wù))；熟練使用µC/OS-II任務(wù)管理的基本系統(tǒng)調(diào)用。

2. 優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆赵诨趦?yōu)先級(jí)的可搶占嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的應(yīng)用中，出現(xiàn)優(yōu)先反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原理。

3. 優(yōu)先級(jí)繼承實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆涨度胧綄?shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的策略――優(yōu)先級(jí)繼承的原理。

4. 哲學(xué)家就餐實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆赵诨谇度胧綄?shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II的應(yīng)用中，如何使用信號(hào)量資源。通過經(jīng)典的哲學(xué)家就餐實(shí)驗(yàn)，了解如何利用信號(hào)量來對(duì)共享資源進(jìn)行互斥訪問。

5. 內(nèi)存管理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆涨度胧綄?shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II內(nèi)存管理中內(nèi)存分配和回收的功能。

6. 時(shí)鐘中斷實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆涨度胧綄?shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II。

7. 消息隊(duì)列實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆涨度胧綄?shí)時(shí)操作系統(tǒng)µC/OS-II中消息隊(duì)列機(jī)制的基本原理和使方法。本文僅以實(shí)驗(yàn)2為例講述綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

5.4優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容

1)．優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)原理

在本實(shí)驗(yàn)中，要體現(xiàn)嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度的策略，并顯現(xiàn)由于共享資源的互斥訪問而出現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)發(fā)生在有多個(gè)任務(wù)需要使用共享資源的情況下，可能會(huì)出現(xiàn)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)被低優(yōu)先級(jí)任務(wù)阻塞，并等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行的現(xiàn)象。高優(yōu)先級(jí)任務(wù)需要等待低優(yōu)先級(jí)任務(wù)釋放資源，而低優(yōu)先級(jí)任務(wù)又正在等待中等優(yōu)先級(jí)任務(wù)，這種現(xiàn)象就被稱為優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)。

2)．設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1) 設(shè)計(jì)了3個(gè)應(yīng)用任務(wù)TA0～TA2，其優(yōu)先級(jí)逐漸降低，任務(wù)TA0的優(yōu)先級(jí)最高。

2) 除任務(wù)TA1外，其他應(yīng)用任務(wù)都要使用同一種資源，該資源必須被互斥使用。為此，創(chuàng)建一個(gè)二值信號(hào)量mutex來模擬該資源。雖然μC/OS-II在創(chuàng)建信號(hào)量時(shí)可以選擇采用防止優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的策略，但在本實(shí)驗(yàn)中我們不使用這種策略。

3) 應(yīng)用任務(wù)的執(zhí)行情況如圖2所示：

圖2 應(yīng)用任務(wù)執(zhí)行情況

注意：圖中的柵格并不代表嚴(yán)格的時(shí)間刻度，而僅僅表現(xiàn)各個(gè)任務(wù)啟動(dòng)和執(zhí)行的相對(duì)先后關(guān)系。

3)．本實(shí)驗(yàn)中所涉及的µC/OS-II相關(guān)資源和知識(shí)

本實(shí)驗(yàn)涉及到µC/OS-II的任務(wù)和信號(hào)量?jī)煞N內(nèi)核資源的使用，并充分體現(xiàn)了基于優(yōu)先級(jí)可搶占式的調(diào)度方式和資源互斥訪問的重要性。這些知識(shí)都是進(jìn)行嵌入式軟件開發(fā)最常用的基礎(chǔ)知識(shí)，通過本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，鍛煉了學(xué)生的嵌入式軟件開發(fā)能力。

6組織學(xué)生積極參與嵌入式設(shè)計(jì)大賽

本課程組組織并指導(dǎo)學(xué)生積極參加嵌入式相關(guān)的各類比賽。自2003年起，本課題組組織學(xué)生分別參加了兩次“全國(guó)大學(xué)生嵌入式專題競(jìng)賽”和“全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽”，并分別獲得了兩次國(guó)家二等獎(jiǎng)和一次國(guó)家一等獎(jiǎng)、一次四川賽區(qū)一等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績(jī)。不僅為學(xué)校取得了榮譽(yù)，還充分鍛煉了學(xué)生的大賽能力、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

Research and Practice on Teaching Embedded System and Applications

Abstract: This paper summarized the futures and teaching methods and experiences of the course of Embedded System and Applications. We analyze the mode of embedded software development, and mostly explain the design and development of the experimentation system, which will improve the practice ability of embedded application.

Keywords: embedded system, elicitation teaching, embedded software development, the design of experimentation systems

參考文獻(xiàn)

[1] 羅蕾. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用開發(fā)[M]. 北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[2] 王麗芳.計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)研究與實(shí)踐[J]. 計(jì)算機(jī)教育,2006,(4).

第4篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；嵌入式微控制器；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)模式

隨著科技發(fā)展和社會(huì)需求的推動(dòng)，信息技術(shù)進(jìn)入到以嵌入式系統(tǒng)為代表的后PC時(shí)代，嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)最有生命力的高新技術(shù)之一，培養(yǎng)精通嵌入式技術(shù)的人才成為世界各國(guó)計(jì)算機(jī)教育工作的重點(diǎn)。

嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)的核心控制單元，開展嵌入式微控制器教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)教育的關(guān)鍵組成部分。美國(guó)IEEE和ACM兩大學(xué)術(shù)組織于2004年的計(jì)算機(jī)工程教學(xué)計(jì)劃（Computer Engineering 2004，簡(jiǎn)稱CE2004），明確規(guī)定了嵌入式系統(tǒng)課程中應(yīng)包含的嵌入式微控制器的具體教學(xué)內(nèi)容Ⅲ。事實(shí)上，從早期的單片機(jī)類課程，到如今基于32位ARM嵌入式處理器系統(tǒng)的相關(guān)課程，都是圍繞嵌入式微控制器開展教學(xué)工作的，在世界各大高校都受到高度重視。

工程管理與信息技術(shù)學(xué)院是中科院研究生院的二級(jí)學(xué)院，主要培養(yǎng)軟件工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子與通信工程、控制工程等領(lǐng)域的工程碩士研究生。學(xué)院從2003年開始開設(shè)嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)，經(jīng)過幾年的努力，逐步建立起系統(tǒng)的嵌入式方向課程體系。嵌入式微控制器原理與應(yīng)用作為其中一門核心課程，在該課程體系中占有重要的地位。下面從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)、考核方式等幾方面對(duì)該課程進(jìn)行詳細(xì)闡述，并在最后討論課程的實(shí)施效果和改進(jìn)方向。

1 課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模式

1.1教學(xué)目標(biāo)的制訂

嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程主要教學(xué)對(duì)象是軟件工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子與通信工程、控制工程等專業(yè)的工程碩士。與傳統(tǒng)的工學(xué)碩士相比，工程碩士培養(yǎng)更加注重鍛煉其工程實(shí)踐和解決實(shí)際工程問題的能力，這要求教師既要講解基礎(chǔ)理論知識(shí)，又要將理論與實(shí)踐結(jié)合，圍繞具體工程問題開展教學(xué)內(nèi)容。此外，中科院工程碩士的學(xué)生生源具有本科專業(yè)跨度大、工作經(jīng)歷和素質(zhì)能力差異大等特點(diǎn)。為適應(yīng)這一特點(diǎn)，我們?cè)谥朴喺n程教學(xué)目標(biāo)時(shí)要統(tǒng)籌兼顧，對(duì)于基礎(chǔ)較差的同學(xué)和經(jīng)驗(yàn)豐富的同學(xué)要差別對(duì)待，制訂差異化的教學(xué)目標(biāo)。

在充分考慮上述因素的基礎(chǔ)上，嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)制訂為：學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握一種嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)，精通1-2種基于該體系結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器及其接口設(shè)計(jì)技術(shù)，深刻理解嵌入式軟件開發(fā)流程，能夠熟練地選擇、使用嵌入式軟件和工具完成嵌入式硬件系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。

教師在實(shí)施上述教學(xué)目標(biāo)時(shí)，對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生要求精通一種嵌入式微控制器即可；對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)生則要求在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，用對(duì)比學(xué)習(xí)的方法自主學(xué)習(xí)另外一種嵌入式微控制器。該教學(xué)目標(biāo)體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的區(qū)別對(duì)待，能滿足不同層次學(xué)生的需求。教學(xué)目標(biāo)沒有對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)作太多要求，符合中科院嵌入式系統(tǒng)方向工程碩士研究生的生源特點(diǎn)和實(shí)際需求。教學(xué)目標(biāo)中“能夠熟練選擇、使用嵌入式軟件和工具完成嵌入式硬件系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)”是一種能力要求，體現(xiàn)了對(duì)工程設(shè)計(jì)能力的重視，符合工程碩士培養(yǎng)目標(biāo)。

1.2教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)各大高校在嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程的教學(xué)工作上已經(jīng)進(jìn)行了大量有益的探索和實(shí)踐，在教學(xué)模式上也已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)，即嵌入式系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)該采取理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。

我們?cè)陂_展嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程的教學(xué)工作時(shí)，采取了“課堂理論講解、課堂實(shí)驗(yàn)練習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和多層次考核”的教學(xué)模式。與大多數(shù)高校課堂實(shí)驗(yàn)采取觀察性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不同，本課程課堂實(shí)驗(yàn)則采取設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)小型的開發(fā)項(xiàng)目，需要學(xué)生靈活運(yùn)用從課堂上學(xué)到的理論知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)要求，編程完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求學(xué)生在完成所有基礎(chǔ)課堂實(shí)驗(yàn)后，按照需求分析、軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和測(cè)試等軟件開發(fā)流程，在開發(fā)板上完成一個(gè)小型嵌入式軟件的開發(fā)。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)則是讓學(xué)生選擇一種微控制器，完成一個(gè)實(shí)際工業(yè)嵌入式產(chǎn)品的分析和設(shè)計(jì)報(bào)告。這3種層次的實(shí)踐環(huán)節(jié)相互結(jié)合，充分鍛煉和提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

2 基礎(chǔ)理論教學(xué)

CE2004首次將嵌入式系統(tǒng)作為一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域納入到計(jì)算機(jī)工程知識(shí)體系中，并詳細(xì)規(guī)定嵌入式系統(tǒng)包含的10個(gè)知識(shí)單元以及每個(gè)知識(shí)單元包含的知識(shí)點(diǎn)。參考CE2004的規(guī)定，并結(jié)合本課程制定的教學(xué)目標(biāo)，嵌入式微控制器原理和應(yīng)用課程的理論教學(xué)內(nèi)容共包括5個(gè)知識(shí)單元。

知識(shí)單元1是嵌入式系統(tǒng)歷史和概述。知識(shí)點(diǎn)包括嵌入式系統(tǒng)歷史、定義、組成、開發(fā)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)過程、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢(shì)等。知識(shí)單元1主要目的是使學(xué)生建立對(duì)于嵌入式系統(tǒng)的全方位認(rèn)識(shí)，了解嵌入式系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和未來。

知識(shí)單元2是嵌入式處理器。知識(shí)點(diǎn)包括嵌入式處理器的組成、嵌入式處理器的類型（從集成程度、處理器位數(shù)、體系結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)公司等4個(gè)不同分類標(biāo)準(zhǔn)分別講解）、ARM處理器的發(fā)展（歷史、分類和應(yīng)用）。知識(shí)單元2主要目的是使學(xué)生掌握嵌入式處理器的組成原理，充分認(rèn)識(shí)嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用處理器的多樣性，避免“只見樹木、不見森林”。

知識(shí)單元3是典型的嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)，我們選擇ARM體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解。主要知識(shí)點(diǎn)包括ARM處理器寄存器模型、ARM處理器編程模型、ARM處理器異常中斷處理、ARM處理器存儲(chǔ)模型、ARM處理器指令編碼和指令系統(tǒng)、ARM匯編語言編程、ARM匯編與C混合編程、ARM開發(fā)工具（匯編器、編譯器、連接器和調(diào)試器）。知識(shí)單元3囊括了CC2004里嵌入式微控制器、嵌入式編程和嵌入式工具等3個(gè)知識(shí)單元的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

知識(shí)單元4是嵌入式微控制器組成及接口，我們以三星S3C2440微控制器為例進(jìn)行講解。知識(shí)點(diǎn)包括微控制器結(jié)構(gòu)、內(nèi)存控制器、中斷控制器、時(shí)鐘體系、電源管理、DMA控制器以及各種外設(shè)控制器。在這些知識(shí)點(diǎn)中，內(nèi)存控制器、中斷控制器、時(shí)鐘體系、電源管理、DMA控制器是重點(diǎn)講解內(nèi)容，對(duì)于其他各種外設(shè)控制器主要講解基本原理和應(yīng)用思路，而具體使用細(xì)節(jié)則要求學(xué)生課下通過學(xué)習(xí)芯片手冊(cè)掌握。熟練閱讀芯片手冊(cè)是掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)特別是底層編程的基礎(chǔ)，因此這個(gè)學(xué)習(xí)單元的教材就是芯片手冊(cè)。對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)，我們要求其在學(xué)習(xí)S3C2440微控制器的同時(shí)，在課下自行學(xué)習(xí)ATMEL AT91SAM9G45微控制器，并比較其與$3C2440的異同之處。這樣做的目的是滿足不同層次學(xué)生需求，實(shí)現(xiàn)差異化教學(xué)。

知識(shí)單元5是嵌入式應(yīng)用編程，知識(shí)點(diǎn)包括嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用程序映像文件組成、系統(tǒng)啟動(dòng)加載代碼等。通過這個(gè)知識(shí)單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解嵌入應(yīng)用程序的匯編、編譯、連接過程，理解應(yīng)用程序映像的具體組成以及加載啟動(dòng)的方式，培養(yǎng)為一個(gè)裸硬件系統(tǒng)開發(fā)完整嵌入式應(yīng)用軟件的能力。

3 實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹

目前嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要有3種類型：基于ARM微控制器的教學(xué)平臺(tái)、基于DSP處理芯片的教學(xué)平臺(tái)和基于FPGA的教學(xué)平臺(tái)。鑒于基于ARM的微控制器在32位嵌入式系統(tǒng)處理器市場(chǎng)中的占有率極高，以ARM微控制器為例講解嵌入式微控制器的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)，更能滿足市場(chǎng)對(duì)于嵌入式工程技術(shù)人才的需求，我們選擇基于三星$3C2440微控制器（采用ARM920T內(nèi)核）的嵌入式教學(xué)平臺(tái)。該平臺(tái)的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在此教學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖中，S3C2440是一款基于ARM920T處理器的嵌入式微控制芯片，內(nèi)部集成了AHB和APB兩條總線，以及連接在總線上的內(nèi)存控制器、中斷控制器、時(shí)鐘電源管理單元、USB主從控制器、看門狗、定時(shí)器、PWM控制器、GPIO控制器、SD/MMC控制器等多種外設(shè)控制器。存儲(chǔ)器包括64M SDRAM、4M NOR FLASH和64M NAND FLASH；人機(jī)接口設(shè)備包括640×480像素6寸TFT液晶顯示模塊、觸摸屏、4×5小鍵盤模塊和4個(gè)GPIO連接LED顯示燈；通信接口及設(shè)備包括串口、USB主接口、USB從接口、兩個(gè)以太網(wǎng)接口、音頻輸入輸出接口和Camera接口等。該實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持多種層次的實(shí)驗(yàn)，嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程的所有實(shí)驗(yàn)均在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成。

3.2課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)類學(xué)科中的作用十分重要，是教學(xué)活動(dòng)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)性質(zhì)區(qū)分，我們可以把課堂實(shí)驗(yàn)劃分為觀察性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等類型。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，相對(duì)于前2種實(shí)驗(yàn)更能鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和獨(dú)立工作能力，因此我們的課堂實(shí)驗(yàn)均采用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)類型。

根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容，我們共設(shè)計(jì)了16個(gè)課堂實(shí)驗(yàn)，這些課堂實(shí)驗(yàn)與知識(shí)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1中的16個(gè)實(shí)驗(yàn)除實(shí)驗(yàn)1外，均為設(shè)計(jì)I生實(shí)驗(yàn)。其中，實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5分別用匯編和c語言驅(qū)動(dòng)GPIO管腳連接的LED燈，學(xué)生通過對(duì)比掌握匯編和C語言訪問外設(shè)寄存器的異同；實(shí)驗(yàn)6使用查詢方式實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，實(shí)驗(yàn)8采用中斷方式實(shí)現(xiàn)同樣功能，學(xué)生通過對(duì)比掌握IO兩種訪問方式的異同；實(shí)驗(yàn)9主要練習(xí)32位微控制器各個(gè)模塊所需不同時(shí)鐘頻率的產(chǎn)生，以及處理器時(shí)鐘頻率的編程調(diào)節(jié)，使學(xué)生熟練掌握微控制器的時(shí)鐘體系；實(shí)驗(yàn)10～實(shí)驗(yàn)16則練習(xí)微控制器的主要外設(shè)I/O控制器的接口編程技術(shù)。

限于課程的課時(shí)長(zhǎng)度，課堂實(shí)驗(yàn)無法包含所有外設(shè)控制器，但通過這些典型外設(shè)控制器的學(xué)習(xí)，學(xué)生很容易就能觸類旁通地掌握其他模塊使用方法。

3.3綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生分組合作，綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，利用課下時(shí)間設(shè)計(jì)一個(gè)小規(guī)模的嵌入式應(yīng)用軟件并在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成調(diào)試運(yùn)行。為了吸引學(xué)生興趣，綜合實(shí)驗(yàn)均采用游戲項(xiàng)目的形式。我們?cè)O(shè)計(jì)了幾個(gè)游戲項(xiàng)目供學(xué)生選擇，分別是世界時(shí)鐘、五子棋、電子菜單、科學(xué)計(jì)算器、漢諾塔、交通信號(hào)控制器、俄羅斯方塊等。教師也鼓勵(lì)學(xué)生選擇一些常見的其他娛樂游戲作為綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

學(xué)生在完成綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，要按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目說明書的要求完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，撰寫的項(xiàng)目文檔至少要包含需求分析、軟件設(shè)計(jì)、軟件測(cè)試、使用說明、運(yùn)行結(jié)果、項(xiàng)目分工、總結(jié)討論等幾個(gè)方面的內(nèi)容。通過綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既鍛煉了綜合設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，又提高了溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。

3.4工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)

課堂實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方式，很好地鍛煉了學(xué)生對(duì)于特定嵌入式微控制器的實(shí)踐動(dòng)手能力。但若要靈活運(yùn)用所學(xué)嵌入式微控制器設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目，學(xué)生還需通過具體工程設(shè)計(jì)實(shí)踐進(jìn)行鍛煉。嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程和工程管理與信息技術(shù)學(xué)院課程體系中的另外一門課程“嵌入式系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)”相配合（同一學(xué)期開設(shè)），教師在2門課程結(jié)束后布置一個(gè)共同的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)作業(yè)，要求學(xué)生圍繞一個(gè)典型的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，在盡量采用嵌入式微控制器課程所學(xué)微控制器的前提下，給出該產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。我們?cè)诿恳粚W(xué)年都給出不同的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，例如近幾年的題目分別是IC卡公民身份證系統(tǒng)、稅控收款機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)等。

需要指出的是，工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)僅供學(xué)有余力、希望在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力上有所提高的學(xué)生完成。根據(jù)近幾年的實(shí)際情況來看，約有1/2的學(xué)生提交了項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明書，平均長(zhǎng)度達(dá)到30多頁。其中一些非常新穎和有價(jià)值的設(shè)計(jì)方案，可以直接用于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐。

4 考核方式

為了使考核方式既起到檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)掌握程度，又能在平時(shí)督促學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)的效果，我們采取分段考核和最終考核相結(jié)合的方式。具體來說，嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程一共有4次課堂實(shí)驗(yàn)，包含15項(xiàng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)分值在0～2分之間。每次課堂實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，教師檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況并打分，這種方式起到了有效督促學(xué)生平時(shí)認(rèn)真學(xué)習(xí)的效果。課程結(jié)束后有一次綜合理論考試，總分是40分，該考試用于檢查學(xué)生對(duì)嵌入式微控制器基本原理的掌握程度。綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自由組合，在課程理論考試完成后的一個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成。綜合實(shí)驗(yàn)提交內(nèi)容由項(xiàng)目文檔和項(xiàng)目程序組成，其中項(xiàng)目文檔占15分，項(xiàng)目程序完成情況占15分。學(xué)生完成綜合實(shí)驗(yàn)后與教師約定時(shí)間，由教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查并打分。工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)作為附加要求，并不統(tǒng)計(jì)到最后成績(jī)中，只供有興趣的同學(xué)選擇完成，在學(xué)生設(shè)計(jì)過程中，教師給予一定指導(dǎo)。

上述考核方式中，課堂實(shí)驗(yàn)、理論考試、綜合實(shí)驗(yàn)在總成績(jī)中分別占30%、40%、30%。課堂實(shí)驗(yàn)和理論考試對(duì)每一個(gè)學(xué)生的考核比較客觀直接；綜合實(shí)驗(yàn)由學(xué)生合作完成，打分時(shí)教師先給出每一組的分?jǐn)?shù)，組內(nèi)每個(gè)學(xué)生的分?jǐn)?shù)根據(jù)其具體負(fù)責(zé)內(nèi)容和完成情況在組分?jǐn)?shù)基礎(chǔ)上微調(diào)得到，盡量使分?jǐn)?shù)反映出學(xué)生的實(shí)際水平。

5 課程評(píng)估與分析

中科院研究生院建立了課程網(wǎng)站評(píng)估系統(tǒng)，鼓勵(lì)學(xué)生在課程結(jié)束后從網(wǎng)上對(duì)課程進(jìn)行評(píng)估。評(píng)估內(nèi)容涵蓋教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)效果等方面，共包含4項(xiàng)7條，每一條評(píng)估分值為1～5分。

根據(jù)近3年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，每年約有90%的同學(xué)參與網(wǎng)上評(píng)估，課程評(píng)估結(jié)果均為優(yōu)秀（平均分均超過4.6分）。評(píng)估結(jié)果顯示，學(xué)生認(rèn)為課程內(nèi)容符合嵌入式方向工程碩士培養(yǎng)目標(biāo)（4.8分）；課程對(duì)他們的工作具有較大幫助（4.7分）；課程理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式得當(dāng)（4.6分）；課程的考核方式靈活，能從理論和實(shí)踐2個(gè)角度恰當(dāng)?shù)乜己藢W(xué)生對(duì)于課程的掌握程度（4.4分）。部分學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課時(shí)較短，應(yīng)該從16課時(shí)提高到20課時(shí)；還有一部分學(xué)生認(rèn)為嵌入式微控制器原理與應(yīng)用課程的課時(shí)數(shù)偏少，建議從40課時(shí)提高到60課時(shí)；學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的安排比較滿意（4.6分）。

從學(xué)生的評(píng)估結(jié)果來看，學(xué)生對(duì)于課程的教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)方式、考核方式等非常滿意，課程達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)的要求。

第5篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；流媒體；網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控

一、引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種防范能力較強(qiáng)的綜合系統(tǒng)，屬于安全防范系統(tǒng)組成部分。目前，視頻監(jiān)控廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控是集計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)及視頻編解碼等高新技術(shù)的整合產(chǎn)品。并且隨著寬帶網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控勢(shì)必成為監(jiān)控領(lǐng)域的新發(fā)展方向。隨著技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，基于寬帶技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)圖像在網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控中的運(yùn)用越來越廣泛。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該技術(shù)以嵌入式處理器與操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)，把視頻的采集、壓縮、傳輸集成到設(shè)備內(nèi)，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，連接到網(wǎng)絡(luò)上，達(dá)到即插即看的效果。

二、視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

視頻壓縮是視頻監(jiān)控的核心技術(shù)，如視頻數(shù)據(jù)不壓縮，會(huì)占用網(wǎng)絡(luò)帶寬與存儲(chǔ)空間。視頻壓縮通過去除信號(hào)時(shí)間和空間冗余度實(shí)現(xiàn)。目前，視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：1、JPEG標(biāo)準(zhǔn)，即靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)，主要用于靜態(tài)圖像保存；2、MPEG標(biāo)準(zhǔn)，主要用于視頻存儲(chǔ)、視頻廣播與視頻流媒體。該系列標(biāo)準(zhǔn)屬于多媒體技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中MPEG-1、MPEG-2屬于第一代技術(shù)，基于像素圖像編碼方法；MPEG-4屬于第二代技術(shù)，基于對(duì)象視頻編碼方法；3、H.26X標(biāo)準(zhǔn)。H.264由 ITU-T與ISO/IEC提出，用于支持網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議與可視電話。

三、流媒體傳輸技術(shù)

1、流媒體技術(shù)原理。作為新興的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，流媒體技術(shù)基本原理：首先采用高效壓縮算法對(duì)多媒體文件預(yù)處理，然后用流媒體傳輸協(xié)議進(jìn)行傳輸。接收端通過解壓設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)解壓后，音視頻數(shù)據(jù)就會(huì)顯示出來。流媒體的關(guān)鍵技術(shù)是流式傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)方法有兩種：順序流式傳輸與實(shí)時(shí)流式傳輸。

2、流媒體技術(shù)協(xié)議。流式傳輸協(xié)議包括兩類：（1）實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP。RTP由組織IETFInternet工程任務(wù)組作為RFC1889提出并標(biāo)準(zhǔn)化的，是為支持多媒體通信而定義的協(xié)議。RTP不能獨(dú)立傳輸數(shù)據(jù)，須和底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議結(jié)合才能完成數(shù)據(jù)傳輸。RTP是專門為交互式語音、視頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的傳輸協(xié)議；（2）實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP。RTCP是RTP的伴生協(xié)議。RTCP包中包括的統(tǒng)計(jì)資料包括：己發(fā)送與丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，服務(wù)器可利用信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率或有效載荷類型。在RTP會(huì)話期間，RTCP允許發(fā)送方與接收方周期性傳輸包含有關(guān)正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)性能的額外信息報(bào)告。在實(shí)時(shí)傳輸中，RTP與RTCP配合使用具有其自有的適用性：（1）協(xié)議簡(jiǎn)單靈活，傳輸效率高；（2）可擴(kuò)展性；（3）協(xié)議的自適應(yīng)性。

四、嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)

1、硬件低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。硬件低功耗設(shè)計(jì)方法包括：（1）低功耗電路形式。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能前提下，從降低系統(tǒng)功耗的角度設(shè)計(jì)電路；（2）分區(qū)分時(shí)供電技術(shù)。利用開關(guān)裝置控制電源供電模塊，當(dāng)電路處于休眠狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉其供電電源，避免電源浪費(fèi)；（3）動(dòng)態(tài)電源調(diào)節(jié)技術(shù)。從調(diào)整處理器的電壓和頻率出發(fā)，處理器根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)處理任務(wù)時(shí)，適當(dāng)提高電壓與頻率；當(dāng)待機(jī)狀態(tài)時(shí)，降低電壓與頻率，避免產(chǎn)生多余功耗。

2、軟件低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。軟件低功耗設(shè)計(jì)方法包括：（1）軟件代碼優(yōu)化。通過縮短代碼長(zhǎng)度、改寫代碼與減少指令執(zhí)行時(shí)間等途徑優(yōu)化代碼執(zhí)行時(shí)間。如對(duì)代碼進(jìn)行時(shí)間評(píng)估，用線性匯編重新寫對(duì)性能影響較大的代碼段；（2）以效果換取效率。在圖像數(shù)據(jù)處理時(shí)，通過降低視頻數(shù)據(jù)采樣率的方法減少處理時(shí)間，如由原先采集高分辨率圖像D1(720×576)改為CIF(352×288)，降低數(shù)據(jù)處理量，縮短處理器處理數(shù)據(jù)時(shí)間；（3）視頻編碼算法。盡管編碼器配置越高，視頻編碼效果越好，但會(huì)引起嵌入式處理器負(fù)荷加重，因此可采取低層次配置的視頻編碼器。

五、基于低功耗的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于視頻編碼技術(shù)、流媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體構(gòu)成見圖1。嵌入式平臺(tái)前端攝像頭進(jìn)行視頻采集，后端與網(wǎng)絡(luò)連接，中間嵌入式處理器負(fù)責(zé)視頻處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸，而視頻的壓縮處理及網(wǎng)絡(luò)傳輸由軟件完成。

圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

在硬件選擇上，低功耗嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)選擇低功耗器件。硬件系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器。系統(tǒng)采用的處理器是基于Intel XScale架構(gòu)內(nèi)核的PXA270，其時(shí)鐘頻率為104MHz-624MHz。視頻采集模塊中的視頻數(shù)據(jù)可采用內(nèi)存映射技術(shù)先把設(shè)備文件映射到內(nèi)存中，直接從內(nèi)存讀取視頻數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了低功耗；視頻壓縮模塊是資源開銷最大部分，MPEG-4算法復(fù)雜度低，最適合基于嵌入式系統(tǒng)的視頻編碼開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

第6篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關(guān)鍵詞： 嵌入式應(yīng)用 教學(xué)體系 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

嵌入式技術(shù)是21世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。嵌入式技術(shù)的發(fā)展，是當(dāng)今新型技術(shù)時(shí)代的一個(gè)重大標(biāo)志。

在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC時(shí)代，技術(shù)的飛速進(jìn)步及市場(chǎng)對(duì)高端智能產(chǎn)品需求的日趨增長(zhǎng)，8/16位微處理器已無法滿足高端智能產(chǎn)品對(duì)微處理器性能的最低要求。而32位嵌入式微處理器因其高主頻、低功耗、高性價(jià)比、可運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)等特點(diǎn)，已經(jīng)在高端智能產(chǎn)品、工業(yè)控制、信息家電等領(lǐng)域已取得了廣泛應(yīng)用[1，2]。

近年來，在電子信息學(xué)科單片機(jī)原理及應(yīng)用課程、16位及32位微機(jī)原理及接口電路等課程的教學(xué)中，仍以匯編語言、接口編程等作為主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講授，現(xiàn)有課程內(nèi)容、教學(xué)設(shè)施和教學(xué)手段與現(xiàn)今嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié)，技術(shù)差距在不斷加大，傳統(tǒng)的課程體系和教學(xué)方法已經(jīng)無法滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。為此，更新嵌入式應(yīng)用相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行課程改革和實(shí)驗(yàn)建設(shè)迫在眉睫。

1.循序漸進(jìn)，構(gòu)建三位一體的課程群體系

目前嵌入式應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)主要有三種形式：面向?qū)崟r(shí)性要求較低、無需多線程的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，一般選用單片機(jī)等8位或16位處理器的解決方案，適用于低端應(yīng)用場(chǎng)合；面向處理速度較快、需要操作系統(tǒng)支持的場(chǎng)合，可選用基于FPGA或ARM的片上系統(tǒng)（SOC）的解決方案，適用于高端應(yīng)用場(chǎng)合；而在如汽車電子、航空航天等工業(yè)級(jí)應(yīng)用場(chǎng)合，一般自主開發(fā)專用數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用[3]。

圖1 嵌入式應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)形式

嵌入式應(yīng)用課程群針對(duì)這三個(gè)方向開設(shè)三門主干課程：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理與應(yīng)用、片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用和數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)，《單片機(jī)原理與應(yīng)用》以8051為代表，主要講授8位微處理器的結(jié)構(gòu)和工作原理，讓學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)形成基本概念，學(xué)習(xí)一般微處理器的指令集、工作原理、硬件配置和軟件開發(fā)。《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》以FPGA為平臺(tái)，著重講授SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在先修課程的基礎(chǔ)上逐步深入，讓學(xué)生從這門課程的講授中既能學(xué)習(xí)到實(shí)用性較強(qiáng)的簡(jiǎn)單數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)，又能接觸到如底層驅(qū)動(dòng)程序、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等嵌入式應(yīng)用的前沿技術(shù)。最后，特別針對(duì)本專業(yè)微電子的專業(yè)特點(diǎn)，開設(shè)《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》，專門講授嵌入式處理器數(shù)字IC的開發(fā)和使用，培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)具有自主系統(tǒng)架構(gòu)嵌入式專用IC芯片的能力，形成本專業(yè)特色鮮明的培養(yǎng)模式。

圖2 嵌入式應(yīng)用課程群體系

2.教學(xué)科研并重，不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

嵌入式領(lǐng)域的技術(shù)更新?lián)Q代速度十分的快，因此，要求教師在教學(xué)過程中不斷跟蹤新技術(shù)，更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。在“嵌入式應(yīng)用”課程群建設(shè)的過程中，我們將課程的教學(xué)內(nèi)容和教師所承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目中所獲得的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合起來，在每個(gè)輪次的教學(xué)中，都會(huì)根據(jù)目前最新的前沿技術(shù)，加入一部分新的教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到更好地提升學(xué)生知識(shí)水平的效果。我們編寫了適合我校辦學(xué)特色的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（實(shí)訓(xùn)）指導(dǎo)書、PPT教學(xué)課件、AVI視頻教學(xué)動(dòng)畫等教學(xué)資料。目前，課程群中三門課程在教學(xué)內(nèi)容和方法方面都進(jìn)行了有益的探索。

（1）《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程采用目前工程實(shí)踐廣泛采用的C程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行描述，改變了以往使用匯編語言講授枯燥、乏味的特點(diǎn)，更易于學(xué)生理解和實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，我們還在課堂教學(xué)中引入了Proteus單片機(jī)仿真軟件進(jìn)行案例教學(xué)。在講授完單片機(jī)的基本原理之后，教師以講授實(shí)際案例為手段訓(xùn)練學(xué)生對(duì)于各知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用能力[4]。在此過程中，學(xué)生與教師同步在課堂中用自己的計(jì)算機(jī)完成案例的復(fù)現(xiàn)，并用Proteus仿真軟件驗(yàn)證程序運(yùn)行的實(shí)際效果。應(yīng)用案例教學(xué)法，學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是一味地聽，而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際動(dòng)手實(shí)踐，在實(shí)踐中嘗試、總結(jié)和提升，學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著強(qiáng)化。

（2）《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》是一門新開課程，主要講授Nios II軟核處理器的體系結(jié)構(gòu)、設(shè)備和SOPC系統(tǒng)的開發(fā)流程。在課程內(nèi)容上，側(cè)重嵌入式處理器的應(yīng)用而非原理，避免與單片機(jī)課程重復(fù)。在上一學(xué)期學(xué)生學(xué)習(xí)過單片機(jī)課程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講授SDRAM存儲(chǔ)器、Flash存儲(chǔ)器、UART接口等低端單片機(jī)系統(tǒng)不涉及的內(nèi)容和應(yīng)用實(shí)例。在教學(xué)方法上，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)例為主體，介紹軟硬件的開發(fā)流程，開發(fā)環(huán)境的使用和編程思想，使學(xué)生循序漸進(jìn)，逐步深入[5]。例如：設(shè)計(jì)一個(gè)點(diǎn)陣顯示屏控制器，圍繞這個(gè)任務(wù)讓學(xué)生熟悉構(gòu)建SOPC系統(tǒng)所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三態(tài)橋、定時(shí)器、鎖相環(huán)、自定義點(diǎn)陣等外設(shè)的特點(diǎn)和編程方法。這種教學(xué)方法將學(xué)習(xí)的難點(diǎn)分散到各個(gè)任務(wù)中，能使學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)深刻理解所學(xué)內(nèi)容。

（3）《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》課程以Verilog語言設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，從最簡(jiǎn)單的邏輯電路設(shè)計(jì)開始，逐步深入復(fù)雜的微處理器電路設(shè)計(jì)。在教學(xué)內(nèi)容上，針對(duì)嵌入式應(yīng)用課程群的特點(diǎn)，圍繞微處理器的主要結(jié)構(gòu)如ALU、ROM、寄存器組、RISC模型機(jī)等電路的原理和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行講授，學(xué)生在經(jīng)過這門課程的學(xué)習(xí)后，可以掌握自己動(dòng)手開發(fā)一塊具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專用嵌入式處理器芯片的能力。

3.開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

應(yīng)用型本科人才并不是“狹窄于技術(shù)”的工匠，應(yīng)具有開放的辯證思維和創(chuàng)新精神。在嵌入式課程群實(shí)踐體系的建設(shè)過程中，除了開設(shè)常規(guī)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)以外，在《片上系統(tǒng)與嵌入式應(yīng)用》和《數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)中開設(shè)了一系列的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，這些課題來源于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)和科研項(xiàng)目，由學(xué)生自行提出可行的設(shè)計(jì)方案，與指導(dǎo)老師共同討論后實(shí)施，整個(gè)過程由學(xué)生主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造力。我們將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為以下三類。

（1）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。主要是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的指導(dǎo)下將理論課上所掌握的知識(shí)和概念通過實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行鞏固，通過直觀、具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論結(jié)果，熟悉軟件使用方法和設(shè)計(jì)流程。包括PWM直流電機(jī)控制、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出設(shè)備字符串流控制、PIO控制流水燈、自定義外設(shè)點(diǎn)陣控制等實(shí)驗(yàn)。

（2）綜合性實(shí)驗(yàn)。這部分實(shí)驗(yàn)區(qū)別于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，并不給出具體的實(shí)驗(yàn)過程，只給出基本原理和大致方案，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，周全考慮，自行確定具體的實(shí)驗(yàn)步驟和方法。這部分實(shí)驗(yàn)往往涉及多門知識(shí)點(diǎn)甚至是多門課程，包括無線溫度數(shù)據(jù)采集、μC-OS多任務(wù)操作系統(tǒng)、觸摸屏人機(jī)交互等實(shí)驗(yàn)。

（3）創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。這部分實(shí)驗(yàn)主要面向部分基礎(chǔ)知識(shí)過硬、動(dòng)手能力強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生，利用課外時(shí)間提高他們?cè)谇度胧綉?yīng)用方面的實(shí)際能力。這類實(shí)驗(yàn)以省、校兩級(jí)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目為載體，不拘泥于理論和實(shí)驗(yàn)課程的范圍，由學(xué)生自主選題，形成創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，由團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)。我們成立了開放的嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室由老師、實(shí)驗(yàn)員和高年級(jí)學(xué)生共同值班，學(xué)生可以隨時(shí)申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)設(shè)備，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。通過這種形式的鍛煉，嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)在省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)電子專業(yè)人才設(shè)計(jì)與技能大賽中都取得了優(yōu)異成績(jī)。

4.結(jié)語

嵌入式應(yīng)用課程群經(jīng)過以上所述課程體系的調(diào)整、教學(xué)內(nèi)容的豐富及實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，不斷增加新知識(shí)，改進(jìn)教學(xué)手段和教學(xué)方法，通過課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)科研的結(jié)合，在學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力培養(yǎng)方面進(jìn)行了有益嘗試和探索。未來我們將在深化教學(xué)改革的過程中不斷探索，不斷完善，探索出一套適合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的嵌入式應(yīng)用教學(xué)培養(yǎng)模式。

參考文獻(xiàn)：

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第7篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)改革 競(jìng)賽與創(chuàng)新

文章編號(hào)：1672-5913(2011)18-0046-03 中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來，與我國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的迅猛發(fā)展和巨大的產(chǎn)業(yè)需求相比，嵌入式系統(tǒng)工程人才培養(yǎng)相對(duì)落后[1]。在這種背景下，許多高校為軟件、計(jì)算機(jī)以及微電子、電子信息工程、自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)增設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程。目前，北大、清華、北航等學(xué)校已經(jīng)把嵌入式作為一個(gè)專業(yè)方向，并建立了完整的嵌入式系統(tǒng)課程體系[2]。由于受傳統(tǒng)的專業(yè)課程設(shè)置、師資、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等條件的限制，蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(以下簡(jiǎn)稱“我院”)尚未成立嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，目前的嵌入式系統(tǒng)課程為選修課，每年開設(shè)一學(xué)期(18周)，每周6學(xué)時(shí)，選修對(duì)象僅為高年級(jí)計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生。下面結(jié)合近幾年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)選修課程的教學(xué)方法和特點(diǎn)進(jìn)行探討，以便具有相同情況的院校教師借鑒。

1 自主編寫教材，自主開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

目前，嵌入式系統(tǒng)相關(guān)教材琳瑯滿目，具體選擇哪一本作為教科用書至關(guān)重要。由于各個(gè)學(xué)校的特點(diǎn)、生源的質(zhì)量以及專業(yè)的課程體系不同，嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)目標(biāo)也不盡相同。在Freescale(飛思卡爾)大學(xué)計(jì)劃的支持下，結(jié)合我院具體情況，我們自主編寫了教材并研發(fā)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

1.1 自主編寫教材

由于我院的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科一、二年級(jí)，數(shù)字邏輯、C/C++語言、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等是各個(gè)專業(yè)方向的公共基礎(chǔ)課，在本科三、四年級(jí)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)選修課程的目的，旨在為對(duì)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用感興趣的同學(xué)提供一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，為他們?nèi)蘸箝_發(fā)測(cè)控領(lǐng)域的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。據(jù)此，我院組織了一批骨干教師自主編寫了《基于32位ColdFire構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)》一書，作為嵌入式系統(tǒng)選修課程的教材。該教材以Freescale半導(dǎo)體公司的32位ColdFire系列微控制器MCF52233(含以太網(wǎng)接口)、MCF52235(含CAN總線接口)、MCF52223(含USB2.0接口)三個(gè)型號(hào)為藍(lán)本，闡述嵌入式系統(tǒng)的軟件與硬件設(shè)計(jì)。內(nèi)容包括：嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系、學(xué)習(xí)誤區(qū)和學(xué)習(xí)建議；ColdFire系列微處理器特點(diǎn)；MCF52233硬件最小系統(tǒng)；UART、鍵盤、LED、LCD、AD、QSPI、I2C等模塊的應(yīng)用；Flash存儲(chǔ)器在線編程；CAN總線、嵌入式以太網(wǎng)、USB 2.0通信機(jī)理；µC/OS-Ⅱ在ColdFire上的移植與應(yīng)用等。

1.2 自主研發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

為提高嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)質(zhì)量，我院建立了嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了良好的實(shí)踐學(xué)習(xí)條件。學(xué)生實(shí)驗(yàn)所用儀器為自主研發(fā)的“SD嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱”。每臺(tái)實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)配有電源適配器、擴(kuò)展板、核心板、通信線(網(wǎng)線、串行口線、USB線)等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蟛煌?，將相關(guān)核心板插入到擴(kuò)展板上即可。例如，做網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)時(shí)需插上MCF52233核心板；做USB2.0通信實(shí)驗(yàn)時(shí)需插上MCF52223核心板。實(shí)驗(yàn)箱提供的對(duì)外接口包括串行口、USB、SPI、網(wǎng)絡(luò)、AD采集、鍵盤、液晶、數(shù)碼管等。這種“擴(kuò)展板+核心板”的實(shí)驗(yàn)箱組成方式為以后學(xué)習(xí)新的微處理提供了便利。

由于教材與實(shí)驗(yàn)箱均為自主編寫和開發(fā)，教材中的每個(gè)實(shí)驗(yàn)均可在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)踐，避免了教材與實(shí)驗(yàn)設(shè)備不統(tǒng)一的問題。

2 強(qiáng)調(diào)教學(xué)手段靈活多變

由于我院的嵌入式系統(tǒng)選修課程面向全院各專業(yè)學(xué)生，學(xué)生的前期課程設(shè)置不盡相同，水平參差不齊。起初嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)模式是，教師每周利用3節(jié)課時(shí)間在多媒體教室講課；再利用3節(jié)課時(shí)間安排學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室完成老師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)踐證明，這種方法的教學(xué)效果比較差，由于理論課和實(shí)驗(yàn)課時(shí)間安排不連貫，學(xué)生在課堂上學(xué)到的知識(shí)得不到及時(shí)鞏固、理解和加深，實(shí)驗(yàn)課上總是出現(xiàn)學(xué)生無從下手、一臉茫然的情況。后來，我們改變了這種授課模式，教學(xué)活動(dòng)直接移到嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，并靈活選擇各種教學(xué)手段，效果不錯(cuò)。

2.1 合理安排理論課與實(shí)踐課

對(duì)于某些通用知識(shí)或理論性比較強(qiáng)的內(nèi)容(例如微處理器的體系結(jié)構(gòu)、SPI/CAN/USB/IIC通信機(jī)理等)，可采用“先上課后實(shí)驗(yàn)”方式。在教師講解的過程中，學(xué)生不做實(shí)驗(yàn)。只有讓學(xué)生在透徹理解基本原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生才能讀懂范例程序，進(jìn)而在范例程序的基礎(chǔ)上能夠完成其他實(shí)驗(yàn)。

對(duì)于有些內(nèi)容，可采用“先實(shí)驗(yàn)后上課”方式，即先由學(xué)生將范例程序?qū)懭隖lash運(yùn)行并觀察。當(dāng)學(xué)生看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，會(huì)產(chǎn)生好奇的心理，從而激發(fā)出他們的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。例如，對(duì)于四聯(lián)排數(shù)碼管實(shí)驗(yàn)，寫入范例程序后，數(shù)碼管上會(huì)顯示“1234”。教師可讓學(xué)生帶著下面兩個(gè)問題聽課：①四個(gè)數(shù)字是如何同時(shí)顯示的？②如果要滾動(dòng)顯示“1234”應(yīng)該如何修改范例程序？在這種“尋根究底”的教學(xué)模式下，學(xué)生的聽課注意力會(huì)更加集中。

2.2 分層設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

嵌入式系統(tǒng)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。因此，在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是最重要的環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵。我們將嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)層次：驗(yàn)證型、改進(jìn)型和綜合型，并且要求學(xué)生獨(dú)立完成每個(gè)實(shí)驗(yàn)。

驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是最基本的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)所用的范例程序由教師編寫，嚴(yán)格遵循模塊化設(shè)計(jì)規(guī)則，并附有詳盡的使用說明，包括注意事項(xiàng)、需要的硬件連線等。這種實(shí)驗(yàn)的目的是使所有學(xué)生都能夠順利完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容規(guī)定的操作并得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)他們獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的自信心，同時(shí)要求學(xué)生看懂范例程序的執(zhí)行流程，掌握程序的編寫規(guī)范。如果不提供范例程序，而由學(xué)生從零開始編寫，事實(shí)證明，將會(huì)有一半的學(xué)生因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間調(diào)試不成功而心灰意冷，失去了繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的勇氣。該層次實(shí)驗(yàn)要求所有學(xué)生必須完成。

改進(jìn)型實(shí)驗(yàn)是要求學(xué)生在驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件和硬件的改進(jìn)，以完成更加復(fù)雜的功能。例如，在串行口通信的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了微處理器一次僅接收PC機(jī)發(fā)送的一個(gè)字符；而在改進(jìn)型實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)微處理器一次能夠接收PC機(jī)發(fā)送的一串字符。通過改進(jìn)型實(shí)驗(yàn)可檢查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，同時(shí)也讓學(xué)生體會(huì)到自己動(dòng)手的樂趣和實(shí)驗(yàn)成功的喜悅。該層次實(shí)驗(yàn)也要求所有學(xué)生必須完成。

在學(xué)生積累了一定的嵌入式知識(shí)后，教師可布置綜合型實(shí)驗(yàn)作業(yè)。例如講解完LED、LCD、鍵盤以及UART之后，可要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)：按下鍵盤上的某個(gè)鍵，將此鍵的自定義鍵符分別顯示在LED和LCD上，同時(shí)通過串行口發(fā)送到PC機(jī)。綜合型實(shí)驗(yàn)的目的是提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、分析問題以及解決問題的能力，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，達(dá)到將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通的效果。根據(jù)綜合型實(shí)驗(yàn)難度的不同，有時(shí)要求所有學(xué)生完成，有時(shí)僅要求部分學(xué)生完成。

2.3 充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段

作為傳統(tǒng)板書教學(xué)的補(bǔ)充，因便于插入圖片和動(dòng)畫，多媒體教學(xué)對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、增加授課生動(dòng)性大有裨益[3]。例如，若在課堂上通過板書形式繪制硬件電路圖，勢(shì)必要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，而且與多媒體屏幕展示的電路圖相比，在清晰度和美觀性上都相對(duì)欠缺；而對(duì)于一些生動(dòng)的教學(xué)圖片或教學(xué)動(dòng)畫，板書形式根本無法表達(dá)。此外，多媒體教學(xué)所用的電子資料(如教學(xué)課件、教學(xué)影片等)可供教師重復(fù)利用和更新，也便于學(xué)生復(fù)制和閱讀。

目前，各大高校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)同時(shí)影響著教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的改進(jìn)。為了方便師生之間的交流溝通和資源共享，我們精心設(shè)計(jì)并創(chuàng)辦了嵌入式系統(tǒng)輔助教學(xué)平臺(tái)，作為對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方式的補(bǔ)充。教學(xué)平臺(tái)提供了學(xué)生在線、教師在線、模擬測(cè)試、資料下載、師生交流等模塊。學(xué)生可在線查看或下載各種嵌入式學(xué)習(xí)資料，如教學(xué)課件和實(shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)擴(kuò)展板和各種核心板的原理圖以及元件布局圖、繪制原理圖和布線圖的規(guī)范、底層軟件編程規(guī)范、芯片手冊(cè)以及應(yīng)用筆記等，同時(shí)，可把每次實(shí)驗(yàn)的程序代碼和實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳，供任課教師檢查評(píng)閱。教師通過該平臺(tái)可查看學(xué)生作業(yè)，編輯題庫(kù)，組織試卷以及公告等。教學(xué)平臺(tái)還開辟了嵌入式學(xué)習(xí)討論區(qū)和答疑區(qū)，及時(shí)解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的疑難問題。

3 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高教師自身素養(yǎng)

嵌入式系統(tǒng)課程的教與學(xué)是一個(gè)“合作”的過程，衡量這種“合作”是否成功的標(biāo)準(zhǔn)是看學(xué)生能否將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到具體的嵌入式應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)中[4]。在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，雖然我院的嵌入式系統(tǒng)課程為選修課，但有些同學(xué)對(duì)該課程興趣濃厚，思維開闊。因此，我們每學(xué)期采用“雙向選擇”的方式選拔一些同學(xué)，由專職教師帶隊(duì)指導(dǎo)，積極參加各種嵌入式設(shè)計(jì)大賽，并取得了較好成績(jī)。2009年11月，我院組成的兩支隊(duì)伍在長(zhǎng)三角地區(qū)的“IEEE標(biāo)準(zhǔn)電腦鼠走迷宮”競(jìng)賽中獲得1個(gè)一等獎(jiǎng)和1個(gè)三等獎(jiǎng)，最終在北京航空航天大學(xué)舉辦的全國(guó)總決賽中獲得三等獎(jiǎng)。為了拓寬學(xué)生的知識(shí)視野，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，增長(zhǎng)相關(guān)行業(yè)背景知識(shí)，我們也會(huì)選拔一批有潛質(zhì)的學(xué)生投入到教師的科研項(xiàng)目開發(fā)中，更好地實(shí)現(xiàn)“教師為主、學(xué)生參與”的教學(xué)結(jié)構(gòu)。截至目前為止，學(xué)生參與的項(xiàng)目有校園機(jī)動(dòng)車管理系統(tǒng)、城市照明智能控制系統(tǒng)、小區(qū)電動(dòng)車管理系統(tǒng)、基于二代身份證的考勤系統(tǒng)等。實(shí)踐表明，參加過競(jìng)賽和科研項(xiàng)目的學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)更加扎實(shí)，自學(xué)能力和動(dòng)手能力大幅提高。

此外，為了緊跟時(shí)代的步伐，時(shí)刻引領(lǐng)新知識(shí)、新技術(shù)，避免知識(shí)的陳舊性，教師應(yīng)充分利用寒暑假時(shí)間參加各種嵌入式系統(tǒng)師資培訓(xùn)，與兄弟院校的同行交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在教學(xué)工作之余，積極主動(dòng)與企業(yè)洽談合作科研項(xiàng)目，提高自身的科研能力。

4 結(jié)語

最適合的方法才是最好的方法[5]。由于我院的計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生側(cè)重于高端應(yīng)用程序的開發(fā)，嵌入式系統(tǒng)課程僅為高年級(jí)的選修課程，完善的課程體系尚未建立，因此，在教學(xué)中，我們沒有照搬照抄其他院校的教學(xué)模式，而是根據(jù)我院學(xué)生的具體特點(diǎn)，合理安排教學(xué)內(nèi)容、側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)硬件驅(qū)動(dòng)程序的能力。經(jīng)過幾年的努力，我們自己摸索出來的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)方法越來越得到同行和學(xué)生的認(rèn)可，每年選修該課程的學(xué)生人數(shù)急劇增加就是最好的印證。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李鳳云. 計(jì)算機(jī)本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程體系研究與實(shí)踐[J]. 高教論壇,2007(4):71-73.

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[5] 徐慧,金敏.“三點(diǎn)一線”教學(xué)方法在“嵌入式系統(tǒng)”課程中的應(yīng)用[J]. 教育與教學(xué)研究,2009(10):39-41.

Teaching Discussion on Embedded System Course for Computer Professional

JIANG Yinzhen, WANG Yihuai

(Department of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China)

第8篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

隨著微控制器性能的不斷提高，嵌入式應(yīng)用越來越廣泛。但是目前市場(chǎng)上的大型商用嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，而且都針對(duì)特定的硬件平臺(tái)。對(duì)于中小型系統(tǒng)開發(fā)，購(gòu)買商用實(shí)時(shí)系統(tǒng)并不劃算。

目前我們正著手將嵌入式系統(tǒng)軟件應(yīng)用于汽車衛(wèi)星導(dǎo)航儀系統(tǒng)的一步開發(fā)。傳統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用并不包括文件系統(tǒng)，而我們要實(shí)現(xiàn)的文件系統(tǒng)需要在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)文件的讀寫。因此它既要支持與MS-DOS兼容的文件系統(tǒng)也要支持其它類型的文件系統(tǒng)。

    另一方面，從數(shù)碼相機(jī)到MP3播放機(jī)，從掌上電腦到數(shù)碼攝像機(jī)，CF（CompactFlash）卡由于具有體積小、兼容性強(qiáng)、價(jià)格相對(duì)低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)碼設(shè)備上的應(yīng)用越來越廣泛。但若想在CF卡與PC之間傳遞數(shù)據(jù)，通常不得不借助于專門的讀卡器，這給PC的用戶帶來了不小的麻煩。CompactFlash卡全稱為“標(biāo)準(zhǔn)閃存卡”，簡(jiǎn)稱“CF卡”。CF卡的應(yīng)用空間比較廣，最常見的是在數(shù)碼照相機(jī)中用于照片的存儲(chǔ)。由于CF卡內(nèi)部采用模擬硬盤控制器的設(shè)計(jì)，使得CF卡可以比較容易地通過IDE接口實(shí)現(xiàn)與電腦的連接，一定程度上可以起到移動(dòng)存儲(chǔ)的作用。

一般的嵌入式系統(tǒng)不會(huì)提供讀寫CF卡的接口，所以需要在文件系統(tǒng)中專門設(shè)計(jì)一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。

1 基本原理

圖1所示的CF卡中，主機(jī)系統(tǒng)的控制器接口允許數(shù)據(jù)從Flash介質(zhì)讀寫。CF卡的存取方式有三種：Memory方式、I/O方式以及True IDE方式。我們選擇的是True IDE方式。需要注意的是，當(dāng)主機(jī)電源一直接通時(shí)，拔插CF卡將會(huì)使其從原來的True IDE方式重新配置成PC Card ATA方式。所以要讓CF卡一直工作在True IDE，需要在電源加電啟動(dòng)時(shí)將OE輸入信號(hào)接地。此方式也支持8位存取，但我們選擇了16位存取。一次最多存取的扇區(qū)數(shù)可由命令碼Ech中的第47參數(shù)字決定。

CF卡跟硬盤的結(jié)構(gòu)相同，如圖2所示。在引導(dǎo)區(qū)中裝有用于啟動(dòng)系統(tǒng)的代碼，以及有關(guān)文件系統(tǒng)的重要信息，隨后是記錄所有磁盤空間的表，再下來就是根目錄，然后是所有其它的東西。引導(dǎo)扇區(qū)在其末尾處包含有分區(qū)表。此表包含了用以標(biāo)示每個(gè)分區(qū)開始和結(jié)束的表項(xiàng)，最多可以有四個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可包含不同的文件系統(tǒng)。緊隨引導(dǎo)區(qū)之后的是FAT（文件分配表），用來記錄設(shè)備中所有的磁盤空間的信息（此表與UNIX中的I-node表和空閑表具有相同的功能）。

設(shè)計(jì)軟件時(shí)，同時(shí)考慮了通用性及可擴(kuò)展性，目的在于使該文件系統(tǒng)無需分別修改便能夠?qū)F卡、IDE硬盤、RAM Disk、電子盤、SD等不同的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行操作；讀出這些存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，并且可以將數(shù)據(jù)輸送到不同存儲(chǔ)設(shè)備上。

為了達(dá)到這些目的，我們針對(duì)不同CPU的不同處理方法，對(duì)硬件操作程序進(jìn)行分離，將設(shè)備有關(guān)的底層程序變成與設(shè)備無關(guān)的上層操作。這樣，當(dāng)系統(tǒng)新增功能之后，不必更改每個(gè)子程序，只需要在某些接口文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中添加或者更改數(shù)據(jù)項(xiàng)即可；又考慮到用戶對(duì)上層操作的透明性，我們采用面向?qū)ο蟮姆椒?，上層結(jié)構(gòu)中存取操作的driver結(jié)構(gòu)（含read、write數(shù)據(jù)項(xiàng)）是虛擬的，在底層才將它具體化為CF卡的讀寫扇區(qū)命令（操作碼為：20h、30h）。

軟件程序的主要流程如圖3所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述原理，可完成軟件設(shè)計(jì)，其基本框架如圖4所示，分為六個(gè)主要部分。

其中，CF卡驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是CF卡的存取操作函數(shù)所采用的命令碼有些不同。另外，我們使用驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο髞泶鞢F卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。該驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο髮?duì)于用戶是部分不透明的，數(shù)據(jù)項(xiàng)包括讀寫函數(shù)的指針，這些函數(shù)由文件系統(tǒng)程序輸出（包括兩部分函數(shù)，用戶可見API函數(shù)調(diào)用和用戶不見驅(qū)動(dòng)存取函數(shù)）。此對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聲明如下：

typedef struct CF_XFILE_DRIVER{

BYTE driver_name; /*介質(zhì)標(biāo)示；CF卡、IDE硬盤、Flash卡、RAMDISK等，刪除驅(qū)動(dòng)的話，需要重新記錄DRIVER號(hào)*/

…… /*IRP處理函數(shù)*/

}CF_XFILE_DRIVER；

如果有多個(gè)CF卡，需要用另外一個(gè)特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Next_Driver來把它們水平連接在一起。然后，用鏈表來管理這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，管理方式類似于WDM（Windows Driver Model）。

第9篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)技術(shù) 自動(dòng)化儀器儀表 相互融合

儀器儀表的基本性能在于測(cè)量數(shù)據(jù)，通過特定的測(cè)量流程獲得相關(guān)信息。從目前來看，很多儀器儀表都在逐步得到更新，這個(gè)過程不能缺少自動(dòng)化技術(shù)作為輔助；與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)也能為其提供所需的支持。與傳統(tǒng)類型的儀器儀表相比，自動(dòng)化儀表本身具備更顯著的數(shù)字化以及智能化特征，因此更適合運(yùn)用于現(xiàn)階段的工業(yè)測(cè)量中。為了構(gòu)建多層次的自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)階段的儀器儀表應(yīng)當(dāng)加以全方位的改進(jìn)，在此過程中確保融入新型的自動(dòng)化技術(shù)，提升儀器儀表本身的精確度。

1 基本技術(shù)原理

目前的狀態(tài)下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)多數(shù)都屬于嵌入式的，此類系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)建立于計(jì)算機(jī)技術(shù)的前提下，對(duì)于現(xiàn)階段的通信系統(tǒng)也進(jìn)行了全方位的完善。針對(duì)運(yùn)行中的各項(xiàng)設(shè)備而言，嵌入式系統(tǒng)都能予以實(shí)r性的監(jiān)控。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)表現(xiàn)為更快的執(zhí)行速度與更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性特征。在軟件的輔助下，嵌入式系統(tǒng)有助于縮短整個(gè)流程的處理速度，同時(shí)也設(shè)置了明確的處理代碼。在任務(wù)調(diào)度的配合下，軟件系統(tǒng)就能精確分配各項(xiàng)處理流程，以此來提升整個(gè)流程的實(shí)效性。除此以外，嵌入式的處理器本身具備了更強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此也在較大程度上完善了通信協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)接口，確保獲得科學(xué)性更強(qiáng)的計(jì)算性能。

面對(duì)信息化的新背景，儀器儀表技術(shù)逐漸與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)密切結(jié)合在一起，通過這種措施提升了測(cè)量速度與分辨度。在模擬手段的支持下，儀器儀表就可以具備更強(qiáng)的自動(dòng)化性能，同時(shí)也密切結(jié)合了數(shù)據(jù)處理、在線分析、在線計(jì)算、輸出控制等各項(xiàng)基本性能。新時(shí)期的儀器儀表行業(yè)正在逐步走向自動(dòng)化，在這其中的典型技術(shù)涉及到智能操控技術(shù)、實(shí)時(shí)性的傳感技術(shù)與人機(jī)界面等。例如：人機(jī)界面建立于自動(dòng)化控制的前提下，運(yùn)用這種措施來提供更友好的操控界面，因此有利于響應(yīng)實(shí)時(shí)性的用戶需要并且給出特定的操作處理。

2 自動(dòng)化儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合的具體途徑

新時(shí)期的儀器儀表應(yīng)當(dāng)建立于自動(dòng)化技術(shù)的前提下，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)來組合各個(gè)模塊。從基本特征來講，自動(dòng)化的儀表儀器技術(shù)可以劃分軟件與硬件的模塊。具體而言，自動(dòng)化儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合的措施應(yīng)當(dāng)包含如下：

2.1 集成式的微電子技術(shù)

經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)期的演變，現(xiàn)階段的各種儀器儀表都可以運(yùn)用新型的集成芯片作為支持。在自動(dòng)化技術(shù)的輔助下，對(duì)于儀器儀表可以設(shè)置集成芯片，通過這種措施來消除強(qiáng)度較高的外在干擾，同時(shí)也簡(jiǎn)化了的微控制電路。由此可見，微電子技術(shù)有助于簡(jiǎn)化整個(gè)的操作流程，進(jìn)而突顯了儀表與儀器運(yùn)用于自動(dòng)化測(cè)量的實(shí)效性?，F(xiàn)階段的技術(shù)人員有必要推行技術(shù)創(chuàng)新，以此來提升微電子技術(shù)具備的綜合水平。

2.2 構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)

在整個(gè)的應(yīng)用軟件中，嵌入式系統(tǒng)都應(yīng)當(dāng)構(gòu)成其中的核心與關(guān)鍵，在此過程中不能缺少微處理器。從現(xiàn)狀來看，很多微處理器都設(shè)計(jì)為嵌入式的基本形狀，此種類型的微處理器具備相對(duì)更小的功耗與更強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也消除了過高的處理成本。依照自動(dòng)化技術(shù)的基本原理，嵌入式處理器可以提升整個(gè)流程的處理速度，與此同時(shí)表現(xiàn)為更好的可靠度與智能性程度。例如近些年來，很多微處理器都設(shè)有16位或者8位的單片機(jī)，借助上述操作技術(shù)就能簡(jiǎn)化儀表儀器的基本構(gòu)造，在此前提下確保實(shí)現(xiàn)多層次的智能化儀表操控技術(shù)。

2.3 密切結(jié)合網(wǎng)絡(luò)

自動(dòng)化儀表如果要發(fā)揮效能，基本前提就在于結(jié)合網(wǎng)絡(luò)，其中的關(guān)鍵為設(shè)置通信接口與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。隨著技術(shù)改進(jìn)，新形勢(shì)下的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)表現(xiàn)為更廣的運(yùn)用范圍，而與之相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)需求也逐漸變得更多。在網(wǎng)絡(luò)化手段的輔助下，自動(dòng)化儀表就能體現(xiàn)更好的綜合效能。因此可以得知，自動(dòng)化的儀器儀表客觀上需要融入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)化措施來確保實(shí)時(shí)性的操控。

3 結(jié)語

從行業(yè)整體趨勢(shì)的角度來講，儀器儀表與自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)密切結(jié)合，在二者相互融合的基礎(chǔ)上拓寬了自動(dòng)化的適用范圍。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化儀表與計(jì)算機(jī)技術(shù)的相互融合，作為技術(shù)人員有必要致力于轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)，因地制宜選擇適合企業(yè)本身的自動(dòng)化技術(shù)模式。截至目前，與自動(dòng)化儀表相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)并沒有真正實(shí)現(xiàn)成熟，對(duì)此仍然有待加以改進(jìn)。未來在實(shí)踐中，企業(yè)及其相關(guān)人員還需要不斷探究，進(jìn)而從全方位的角度入手來轉(zhuǎn)變技術(shù)模式，服務(wù)于儀器儀表測(cè)量精確度的全面提高。

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作者簡(jiǎn)介

王曉東（1961-）。大學(xué)?？茖W(xué)歷。現(xiàn)為黑龍江省電視大學(xué)工程師。