前言:中文期刊網精心挑選了嵌入式課程總結范文供你參考和學習,希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感,歡迎閱讀。
嵌入式課程總結范文1
[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A
一、引言
在上個世紀七十年代前后,出現了嵌入式系統的概念,當時,還沒有出現操作系統(OS),僅有監控系統及匯編語言,隨著計算機技術的發展及應用需求,將OS引入了嵌入式系統,嵌入式的編程以C語言為主,并有了強大的嵌入式開發平臺。我國嵌入式軟件應用規模為世界第三,在中國軟件前10家企業中,嵌入式軟件產品生產企業占了6家。數字化、智能化、網絡化的趨勢將使傳統設備逐漸轉變為嵌入式設備,因此嵌入式軟件對改造和提升傳統產業有重大作用。 中國工程院院士倪光南強調,我國IT行業應大力發展嵌入式軟件,提升我國IT產業的核心競爭力。
嵌入式系統是以應用為中心,以計算機技術為基礎,其軟硬件可配置,對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格約束的一種專用系統。所使用的計算機為嵌入式計算機。嵌入式系統一般可由嵌入式微處理器、硬件設備、嵌入式操作系統及應用程序四部分組成,嵌入式系統一般嵌入到應用系統中[1]。
廣義而言,可將計算機技術作為一種技術,嵌入到應用系統中,計算機技術又經常是一種核心技術。對一般用戶而言,嵌入式系統是透明的。
對于處于高速發展時期的嵌入式技術及物聯網技術時代,嵌入式系列課程的教學也在各大院校中開展起來。要設置適應社會需求的嵌入式技術人才,在設置嵌入式系列課程時,需要解決以下問題:
1.課程體系設置
嵌入式課程目前開展最多的還是在研究生階段,但隨著嵌入式市場需求的增加,一些高校在本科階段開始設置嵌入式方向體系課程。那么怎樣設置適合本科在校生學習的課程是現在亟需解決的問題。
2.實驗教學環節設置
嵌入式技術對學生動手能力要求很高,而且嵌入式系統是軟硬件結合的產物,對學生能力要求很高,既要會硬件設計又要會軟件設計。
二、嵌入式系統基本結構
1.嵌入式處理器
(1)嵌入式微處理器:對應通用計算機CPU。
(2)嵌入式微控制器:對應用單片計算機。
(3)嵌入式DSP:應用于數字信號處理,數字濾波,FFT譜分析,圖象處理等領域。
2.微內核結構
微內核結構是指僅提供基本的功能,任務調度,通信及同步,內存管理,對外管理等。嵌入式系統一般配有操作系統。OS分為內核層與應用層兩個層次。內核僅提供基本功能,建立及管理進程,I/O、文件系統由應用層完成。其它屬于應用組件,如網絡功能,文件系統,GUI等,工作在用戶,系統可裁剪,即用戶可選擇需要的組件。
3.任務調度
在嵌入式系統中,任務即線程,大多數嵌入式OS支持多任務。
多任務運行是指靠CPU在多個任務之間切換、調度,每個任務有優先級。不同任務的優先級不同,調度方式可分為三種方式:
(1)不可搶占式調度:一旦某個任務獲得CPU,就獨占CPU,除非某種原因(任務完成、等待資源),它才放棄CPU。
(2)可搶占式調度:基于任務優先級,當前運行的任務,隨時可讓位于優先級更高的處于就緒態的任務。
(3)時間片輪轉調度:當兩個以上的任務,優先級相同,一個進程在用完自已的時間片,就將cpu讓位于同優先級的另一個進程。
嵌入式系統大多數OS采用優先級不同時用搶占式和優先級相同時間片輪轉調度法。
4.硬實時系統與軟實時系統
一般嵌入式系統對時間要求較高,即要求在較短的時間內,對提交的任務作出響應,稱之為實時系統(μS級)。
硬實時系統對響應時間有嚴格要求,軟實時系統可在較寬時間范圍內完成。
5.內存管理
用MMU,使用虛擬存儲器概念,大多數嵌入式系統MMU,從而采用實地址管理模式,這樣,存儲保護技術也相應降低。然而,隨著嵌入式技術的發展及需求的牽引,近來不少嵌入式系統中也在加強存儲管理,引入虛擬存儲器概念,引入MMU,同時也在加強存儲保護。
6.內核加載方式
OS內核既可在FLASH中運行,也可在片內RAM中運行,一般而言,在片內RAM中運行,可獲得更快的速度,但RAM是易失性的,故無論內核還是應用程序,都應放在FLASH中,以免揮發。故在實際加載時,就存在兩種方式,一是在FLASH中直接運行;另一是運行在@FLASH中的加載程序,將內核裝入片內RAM,然后再運行裝入RAM的內核。
7.嵌入式系統開發的有關技術
嵌入式系統的開發技術,比一般在Windows下開發要復雜一些,它與硬件平臺有關。
開發平臺分為宿主機與目標機。
(1)宿主機(一般用通用PC機):主要功能是編譯、鏈接、定址,還進行調試期間的運行控制。
目標機(硬件平臺-目標板):運行嵌入式軟件。
第一過程:用交叉編譯器。所謂交叉,是在一個計算機平臺,為另一個計算機平臺產生代碼的編譯器。
第二過程:鏈接,將所有目標程序鏈接為一個目標文件。
第三過程:定址,將目標文件分配到物理存儲器的相應地址。
這一過程與目標機硬件結構有關,即與各存儲器的起始地址有關。
(2)宿主機的調試功能
宿主機的第二個功能為支持調試目標機上的應用程序。應用交叉調試器,采用宿主機與目標機聯合調試。首先下載,將宿主機中的內核及應用程序下載至目標板;然后,分別對目標板源碼級、匯編級進行調試。
目標監控器是對目標機上的應用程序進行控制的,它事先被固化在FLASH中,宿主機與目標監控器相聯接,完成調試控制過程,其步驟為:下載程序至目標板,控制其運行,并隨時檢測返回狀態[2]。
三、嵌入式系統課程設計
嵌入式技術在中國的發展已經有十幾年的歷史,根據嵌入式系統基本結構,其涵蓋的課程非常廣泛,有《嵌入式操作系統》、《嵌入式系統及其應用》、《嵌入式組件設計》,《嵌入式Linux設計》等,目前這些課程基本是各大院校電子類相關專業的必修或選修課程。通過這些課程的學習,使學生能夠獨立完成嵌入式系統的硬件系統設計和軟件設計。
《嵌入式操作系統》主要介紹實時內核原理、多個常用OS(UCOS、UCLinux、WIN CE、VXWorks、Nucleus)的比較、實時時效的分析與提高、實時OS的設計方案。
《嵌入式軟件設計》主要結合匯編、C(C++)、JAVA等語言的嵌入式實現精華,體現實時OS的移植,低、高級語言的集成應用。
《嵌入式系統及其應用》講解嵌入式系統的定義、發展、分類、組成、特點、開發調試方法、嵌入式處理器等概念性的介紹,幫助建立系統的概念和特征,完成應用層編程。
《嵌入式Linux設計》涉及嵌入式Linux驅動程序的設計,包括I/O口、CAN總線、觸摸屏、IIC、PS/2、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。在ARM Linux的中斷處理、BootLoader和內核上電啟動過程。
為了更好的體現嵌入式門課的實用性,在課程之后配有一個為期兩周的課程設計《嵌入式系統及應用課程設計》。在前面實踐能力基礎上,面向某一領域的應用,以嵌入式系統基礎設計實現相應功能系統。提高了學生的實際動手能力與綜合能力。學生要將嵌入式操作系統移植到智能手機中,并在此基礎上進行二次開發,完善智能手機的功能。包括電話簿、記事本、日程、計算器、日歷和時間顯示、游戲軟件(包括俄羅斯方塊、五子棋、拼圖、高爾夫球、沙壺球等)、音頻功能(包括播放MP3等歌曲)、手機攝像頭以及手機通訊功能(包括GPS通訊、GPRS通訊、紅外通訊、藍牙無線通訊等)。我校電子信息科學與技術專業嵌入式方向自2002年創建至今,已有六屆畢業生。由于創建之初嵌入式還是個新興的技術,所以無論從課程內容設置、教學順序設置以及教學環節的配合都很不成熟,師資和實驗設備嚴重短缺。但在不斷探索和調整中我們總結出一套嵌入式課程體系建設的方案,科學合理設置教學內容、從實際出發調整教學順序、各教學環節相互配合。
由于嵌入式相關課程涉及的范圍甚廣,尤其隨著現在物聯網及許多新技術的興起,針對嵌入式課程體系的建設,包括教學內容的體系化建設和教學環節的體系化建設,是教學過程中需要解決的問題,需要提出相應的解決方案[3]。
由于嵌入式系統面向應用的主要特點,在課程設置別強調培養學生動手實踐的能力。以教師科研環境和專業實驗室為基地,開展課外學習方式培養學生的綜合實踐能力;知識講解與主流嵌入式系統實例結合,搞好課程教材體系的配套建設;配有課程設計,加強學時在工程設計方面的能力;多位教師授課,充分發揮每位教師優勢,使新技術能貫穿在教學中;與學生實際相結合,對學生畢業找工作和再學習有很大幫助;設計了多種等級實驗,學生通過循序漸進設計能提高綜合設計實驗能力。
基于嵌入式系列課程的教學改革與探索能解決好課程間的聯系、銜接問題。從理論教學、實驗教學到課程設計、畢業設計統籌安排,形成一個整體,使學生的學習層次化、階梯化。建立嵌入式實驗平臺,提高學生參加相關競賽的積極性,培養學生對嵌入式相關課程的學習興趣,促進學生自學能力和解決問題能力的提高,突出學生的能力建設、知識探究和人格養成。
四、嵌入式系統研究方向
嵌入式系統有著廣泛的市場前景。市場需求方面:中國具有世界最大嵌入式技術市場。手持儀器設備、信息家電、城市建設、工業控制、軍事應用等,嵌入式技術無處不在。企業人才需求方面:軟硬件設計人才,應用開發人才,綜合性人才,培訓增加,工資待遇逐漸上升。技術發展趨勢要求方面:8位單片機到16位單片機主要用于不需要操作系統的只需要處理簡單任務的控制系統,但現在的手機、智能家居等系統已經不能滿足于簡單的控制了,多個任務并發出現時,需要具有實時操作系統的32位嵌入式微控制器的解決。圖1概況了現在嵌入式系統的主要研究方向。
圖1 嵌入式系統研究方向
五、總結
未來幾年,市場對嵌入式人才尤其是嵌入式Linux人才的需求旺盛。而目前熟練的嵌入式Linux應用人才只有幾千名。這意味著各大跨國公司及國內消費類電子巨頭企業都面臨著人才嚴重短缺的挑戰。所以設置好嵌入式系列課程,培養出優秀的具有嵌入式技術人才是迫在眉睫的事情,希望我們的努力能對我國嵌入式市場帶來新的生機與活力。
基金項目:本文系“北京市教委科技發展計劃面上項目”(項目編號:KM201110772018)的研究成果。
[參考文獻]
[1]李金芳.嵌入式教學的案例分析與分享[C].圖書館聯盟建設與發展,2012-10-01
[2]梁志遠,鄒曉敏,勞有蘭.面向嵌入式課程群建設的《微機原理》課程教學探討[J].高教論壇,2008年04期
嵌入式課程總結范文2
關鍵詞:嵌入式系統 課程體系 課程設置
20世紀末,隨著計算機技術、集成電路技術和智能控制技術的發展,單片級嵌入式系統迅速發展,企業對嵌入式開發人員的需求量極大,因此嵌入式系統課程在高校設置勢在必行。同時,由于近年來物聯網產業的發展,嵌入式系統更是備受關注。而嵌入式系統良好的發展潛力和發展機遇也預示著對相關技術人才的巨大需求。但由于嵌入式系統涉及的相關知識多、硬件和軟件結合緊密等特點,嵌入式系統的開發難度很大,培養這樣的人才對高校也是個挑戰。
嵌入式系統以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁剪,適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統。本文針對學校的教學現狀,總結目前通信工程專業的嵌入式系統課程教學的變化特點,依據課程培養方案,從課程的預備課程體系、教學內容規劃和設置等方面入手,討論課程的整體系統建設的內容。
一、我院嵌入式課程教學的特點
2007年電子、通信工程專業在全院率先開設了嵌入式系統課程,并將其定為電子信息類專業的一門重要的專業技術課程,同年引進了適合教學使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式實驗開發平臺(基于ARM7架構的Samsung 3C44B0x和ARM9架構Samsung3C2410x嵌入式芯片,實時、開放源碼的多操作系統μC/OS-II、μCLinux和Linux)。經過幾年的教學實踐,課程的培養計劃也隨著課程的教學要求和學?!凹夹g立校,應用為本”的辦學指導方針做了一定的調整,以培養21世紀電子信息類高水平技術人才為目的,將嵌入式開發與應用課程建設成為我院具有特色的專業課程。在教學實踐中發現存在一定的問題。
(1)課程的體系規劃不斷變化
自嵌入式系統課程開課以來,課程的培養計劃也在不斷的變化中,以適應專業的培養目標和學校人才培養的需求。幾經調整之后,課程的設置基本穩定。因為典型的軟硬件結合的特點,課程的設置主要從理論和實踐兩方面考慮,理論內容安排48課時3學分的內容,實踐內容安排了32課時1學分的實驗,這些是必修的嵌入式教學內容。此外,還可以在學生科創項目和畢業設計中加入相應的選修實踐內容。課程具體內容規劃如圖1所示。
圖1 課程體系規劃
教學課時調整的同時,教學內容和教學方法也在不斷的變化和改進,以適應教學目標的實現。
(2)課程實踐內容設置不合理
開發與應用課程典型的特點就是實踐性強,如何讓學生在掌握理論的基礎上形成實踐能力,是該類課程的教學難點,并且要做到和專業培養結合。主要考慮的就是實驗教學內容如何設置,才能和理論有機結合,達到培養目標。
二、課程系統的建設內容
1.建立合理的預備課程體系
嵌入式系統課程內容涉及廣泛,系統性和綜合性強,嵌入式系統本身就是一個包含軟件和硬件的完整微型計算機系統。因此,嵌入式系統的原理和應用技術不是一兩門課程就能講授的,首先需要建立一個合理的嵌入式系統課程預備知識體系的教學來支撐嵌入式系統教學。
結合嵌入式系統的教學要求,需要有兩部分的預備知識儲備。一是硬件部分需要模擬電路、數字電路、計算機系統結構和微機原理課程的支持;二是軟件部分需要C語言、匯編語言、數據結構和操作系統的課程支持。這些課程不是為了嵌入式系統而重復開設的,而是結合嵌入式系統重新調整和優化,以便于嵌入式系統的課程學習。
2.根據專業培養目標設置課程教學內容
嵌入式系統課程目前已經是各大工科高校必不可少的課程。課程教學的培養目標有兩方面:一是學生通過課程的學習能夠了解嵌入式系統的基本原理,熟悉嵌入式系統開發的整體概貌,掌握某種嵌入式系統開發環境的搭建方法,熟悉嵌入式系統開發的完整流程。這一部分是嵌入式教學的基本要求目標。二是在專業知識背景下能夠完成一個相對完整的小型應用系統的開發,為畢業后求職或創業提供一定的基礎。
針對專業培養目標與課程的性質,教學內容的設置主要分為兩部分:理論和實踐,這兩部分應該相輔相成,實踐內容幫助理論內容的理解,并且理論可在實踐中得到驗證和發展。如何設置兩者的內容就成了教學過程中的關鍵問題。
(1)理論教學環節
嵌入式系統內容多而泛,需要理論教學內容與實踐環境一致,才能使教學達到目標要求。依據實驗環境的配備以及與嵌入式主流技術一致的原則,確定理論教學環節一是掌握ARM嵌入式處理器的體系結構,匯編指令集以及在ARM體系下的嵌入式編程,使學生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式處理器的硬件開發平臺,硬件接口開發;二是Linux嵌入式操作系統,嵌入式軟件設計,以及Linux嵌入式系統開發舉例;三、系統設計過程中電磁兼容特性的影響和改善的措施。
(2)實踐教學環節
實踐教學的內容設置不僅要做到對理論教學的支持,還需要能夠調動學生的主動意識,更好的幫助教學目標的實現,同時兼顧學生的特點和專業方向,達到“由淺入深,由簡單到復雜”的多層次實踐教學內容。
首先是實驗課程教學,內容依照對比驗證、設計擴展和綜合應用三個層次來設置,這是實踐課程的必修環節。對比驗證實踐內容主要根據實驗室的標準配置,掌握嵌入式系統的基本結構、編程方法和開發環境的使用等內容。設計擴展實踐內容和項目指實驗環境有擴展的空間,給學生發揮的空間。鍛煉學生獨立思考,獨立解決問題的能力。綜合應用實踐內容隨著理論知識的積累和基礎實踐的鍛煉,實踐內容應該以綜合性、系統級的為主,目的是鍛煉學生綜合運用知識的能力。
其次是可以通過科創、競賽或畢業設計等實踐環節,此為選修環節,針對基礎好的同學可以在通信專業方向上設置實踐內容,在這個階段,應該在工程和企業層面來要求學生,要引入設計說明書、設計流程圖、開發進度表、軟件工程控制文檔和測試報告等概念。
嵌入式系統課程體系的建立要從專業的培養目標出發,結合學校資源,建立符合相關專業培養方向的課程體系,以及適當的應用環境,體現課程的綜合性,經過幾屆學生的教學活動,該課程體系可以基本達到培養目標的要求。但由于師資和實驗設備等的局限,我們的課程體系還存在很多的不足,今后需要在師資培養和實驗環境上加大重視,將課程體系不斷完善,培養出有開發能力的嵌入式人才。
基金項目:嵌入式開發與應用課程建設(2012KCJS-11);上海電機學院校級重點課程建設項目。
參考文獻:
嵌入式課程總結范文3
【關鍵詞】CDIO;實驗教學;嵌入式系統
【中圖分類號】G642.423 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089(2014)20-0022-01
引言
嵌入式系統方向知識更新快、知識的市場周期縮短、技術門檻要求高,因此嵌入式系統設計方向總是需要大量的新生工程應用型人才。為了使學生能從學校平滑過渡到企業,滿足市場對人才的渴求,高校不得不改變嵌入式系統方向人才培養的觀念,以培養具有專業技術知識與技能、學習能力、實踐創新能力、團隊合作與溝通能力的創新人才為目標[1]?!秵纹瑱C原理及應用》、《嵌入式可編程片上系統(SOPC)》、《嵌入式系統設計》、《EDA技術及應用》等作為嵌入式系統方向的核心課程都被引入到本科教學中,這些課程包涵了電子設計的核心技術,也是學生從事電子設計必備的技能,因此建立與實際應用緊密相關的嵌入式系統實驗教學體系是至關重要的。
一、傳統實驗教學模式
傳統的嵌入式系統教學體系一直是以“課堂為主實驗為輔”,教學和考核過程中老師和學生都不夠重視實驗教學[2]。由于實驗學時及實驗場地、實驗儀器的條件限制,為了能在規定的時間內完成教學任務,實驗內容基本以驗證實驗為主,實驗指導書上規定了實驗任務及詳細的實驗操作步驟,所有的學生在規定的時間內,按照相同的實驗方法、步驟以及由教師提供的源程序來完成實驗。學生是操作工,將程序輸人計算機,通過編譯后下載到實驗箱驗證實驗結果。這個實驗過程中,學生不可能碰到實際的工程設計問題,也沒有動力去了解實驗箱的硬件電路原理。
二、基于創新應用能力培養的CDIO工程教育理念
CDIO工程教育理念是一種主張“做中學”的教育模式,適合于應用型人才培養目標,它是集Conceive(構思)一Design(設計)--Implement(實現)一0perate(運作)等實踐過程于一體。這種教育模式以實踐項目為主要載體,利用大學現有的各種學習資源以及豐富的條件,結合專業核心課程教學。CDIO是一種基于項目的學習過程,在整個CDIO過程中不斷提升學生的學習能力、團隊合作能力、專業技術知識、和工程系統能力。因此,結合項目化的理論教學研究基礎,在嵌入式系統課程群的實驗教學中融入CDIO工程教學理念,對加強創新應用人才培養具有重要意義[3]。
三、實施CDIO模式實驗教學的資源和條件
CDIO理念不僅繼承和發展了歐美20多年以來的工程教育大改革的理念,并且從培養計劃、教學方法、師資、學生考核以及學習環境、實施過程和結果檢驗等方面提出了12條標準,要求具有可操作性。
1.開展任務驅動的項目化理論教學模式
實施CDIO模式實驗教學的前提是開展任務驅動的項目化理論教學模式,這種教學模式的教學大綱以實踐項目為載體,按照項目所需要的知識進行重組教學內容,課程理論知識體系雖然被打亂,但要保證理論知識能涵蓋到每個教學項目中。由于嵌入式系統課程群中《單片機原理及應用》、《EDA技術及應用》、《嵌入式系統設計》這幾門課程涉及電子技術的共性和特點,項目的選取要根據工程實踐以及社會的實際需求體現不同技術和不同方法的特性。
2.利用仿真軟件,建立虛擬實驗系統
要實現應用型人才的培養目標,嵌入式系統課程群必須經過大量的實踐,才能在實踐中感悟理論的精髓,逐步提高學生的編程能力。各種仿真軟件中有豐富的元器件仿真模型,不用焊接真實的硬件電路,既能彌補實驗室元器件的不足,還能提高實驗效率,在硬件系統制作之前,可以通過仿真電路初步驗證硬件電路的可行性和軟件程序的正確性,避免盲目制作,費時費力。
3.自制模塊化的實驗開發系統
課程群中使用的實驗平臺已經由可編程邏輯器件、單片機、嵌入式最小系統開發板和模塊代替了實驗箱[4]。龐大的實驗箱上雖然器件齊全,看似使用方便,但不利于學生了解各部分的電路設計原理,并且隨著主芯片的落后整個實驗箱上的所有元器件將被淘汰,造成資源浪費。采用了模塊化系統之后,課程群中各課程的實驗系統除了最小系統板采用的處理器不同之外,其他的電路模塊可以通用,極大地提高了實驗資源的利用率。
四、分層次設立“三段式”項目的實驗教學體系
1.基礎實驗項目
基礎實驗項目是課程教學大綱規定的實踐教學任務,并使用最小系統板與簡單外設結合進行實踐訓練,目的是讓學生掌握基礎理論。在實施過程中,充分發揮學生的能動性,不管任務大小,實驗項目只提出任務要求或者實驗目的,讓學生自己選擇元器件甚至設立實驗項目,要求學生根據任務要求設計原理圖,采用自己的編程思想,繪制程序流程圖,根據現象分析總結是否達到實驗目的。
2.團隊合作實驗項目
基礎實驗培養學生基本的工程能力,通過自學獲取知識的能力,通過解決問題運用知識的能力。通過團隊合作能挖掘共享知識的能力,通過創新發現知識的能力,通過交流溝通傳播知識的能力。團隊項目實施的組織方式一般以4~6名學生為一個項目小組;項目在課堂外執行,以小組為單位進行活動;項目在組內的任務分配、交流研討,系統性總結等均可以作為團隊合作管理評價內容;組間活動主要采用項目演示、建議評價等方式促進交流學習。
3.創新性訓練的開放實驗項目
開設一些面向實際應用的創新性項目,作為學生科研項目于讓本專業優秀的學生在校內實踐教學基地完成。實際應用項目的訓練與研發能夠培養與訓練學生技術開發能力。為了提高同學的積極性,可以采取學分、獎金等激勵機制。
五、總結
自從學校在2011年開始大力推廣實施基于應用型人才培養的教學模式改革以來,嵌入式系統課程群都經過了基于項目化教學模式改革和學習團隊建設,形成了基于工程教育模式下的新型授課體系,學生在全國大學生電子競賽和全國大學生飛思卡爾智能車競賽中都取得國家級獎項,突破學校競賽歷史記錄,改革效果良好。
參考文獻
[1]張婧.CDIO模式下工程教育實踐教學體系與傳統實踐教學體系對比[J].中國科教創新導刊2012(5):107
[2]崔永利,沈泓,李妍,李蘭英.SOPC嵌入式系統實驗教學探索與創新人才培養[J]實驗室科學.2011(6):16-20
[3]許振龍,基于CDIO工程教育理念的單片機實訓課程[J]新課程研究2011(6):147-148
嵌入式課程總結范文4
關鍵詞:嵌入式系統 獨立院校 課程改革
一、引言
近幾年來,嵌入式技術的應用推動了國防、軍工、航天航空、移動通訊、機器人、工業控制、醫療儀器、汽車電子等領域的發展。社會對相關人才的需求量大,學生學習的積極性很高,因此嵌入式系統正逐漸成為高等院校必開的課程。嵌入式系統有兩個顯著的特點,一個是軟硬件密切聯系,一個是以應用為中心,獨立院校作為一種新型的高等院校教育單位,作為對普通高校資源的補充,更偏向于實踐應用[1],因此,如何開設嵌入式系統的相關理論與實踐課程來培養應用型、創新性人才,是獨立學院目前的重點探索之一。
二、嵌入式課程教學存在的問題
目前獨立院校很多專業都開設了嵌入式系統課程和嵌入式專業方向,比如電子類、通信類、計算機類、自動化類專業都開設嵌入式系統的相關課程,結合企業對嵌入式人才的要求,存在著很多不足。
1.前期基礎教學安排不合理
從理論教學來看,嵌入式技術是一門綜合性很強的課程,涉及的知識體系有硬件、軟件、網絡等方面的知識,硬件方面要具備模電、數電、單片機等相關知識,在軟件方面要具備計算機的基礎理論知識如操作系統,程序設計語言基礎,程序的設計思想和方法,在網絡方面要具備網絡語數據通信的理論知識體系。但是各專業的基礎教學并沒有完全開設相關方面的理論教學,如:計算機專業主要具備了軟件方面的基礎理論,自動化、電信等相關主頁主要設置了硬件方面的知識體系,對軟件方面的知識體系開設較少,主要就是C語言程序設計,而對操作系統,程序設計的思想和方法并沒有開設相關理論課程。
2.缺少足夠實踐教學
從實踐教學來看,很多實驗基本上是驗證性實驗,大多數都只需要按照實驗指導書上的內容就可以完成,課程設計與企業項目實際應用差距較大。眾所周知,實踐是嵌入式系統教學的重要環節。嵌入式系統內容涉及廣泛,指令編程、驅動程序設計、內核的移植設計和應用程序編寫等知識的學習,都需要學生通過大量的實踐環節來加深理解[2]。學生在課程之余沒有更多的實踐機會,嵌入式課程學時完畢后,很多學生就沒有辦法進行后續的學習。另外,實驗學時不夠。開設的嵌入式系統課程一般為32~40學時,實驗環節僅占6~8學時。有限的課內學時無法滿足實踐教學,尤其是綜合性、設計性實踐的需要。這使得缺乏足夠實踐動手環節訓練的學生難以真正了解和熟悉嵌入式開發過程。
3.各專業教學內容比較單一
從課程體系上來看,大多數的課程總是偏向兩個方向:方向一偏重硬件設計,例如與電子工程、通信工程、自動化相結合。這個方向培養出來的學生主要從事硬件設計工作,他們的優勢是對硬件原理非常清楚,不足在于這類方向的人才更擅長定義各種硬件接口,但對復雜軟件系統往往力不從心,例如嵌入式操作系統原理和復雜應用軟件等。方向二偏重軟件設計,例如和軟件工程、計算機科學與技術結合,這個方向培養出來的學生主要從事嵌入式操作系統和應用軟件的開發。他們對軟件有較好的操縱能力,不足在于對硬件原理和接口沒有較好的掌握,對于嵌入式系統其它的應用也沒有一個全面的概念,如驅動程序等不太了解。大多數面向Linux操作系統的應用軟件編程,與企業的需求來看,內容比較單一。
4.高校師資隊伍實踐經驗欠缺
嵌入式系統的教學要求教師具有處理器、匯編語言、接口、操作系統、驅動程序開發、應用程序開發等各方面豐富的知識,并要有從事嵌入式項目開發的經驗[3] ;但對于大多數開設嵌入式課程的獨立院校而言,師資隊伍很難跟上。從事嵌入式技術開發的技術人員,很少愿意到獨立學院執教;在嵌入式師資方面,對于年輕的獨立學院而言,承擔嵌入式系統課程的多以青年教師為主,大部分教師并沒有項目經驗,有部分老師從單片機教學轉型。高校組織的教師培訓,都是提供實驗設備的廠商對實驗設備的培訓,真正的嵌入式系統相關技術的系統培訓缺少。所以,師資隊伍的建設在短期內無法跟上嵌入式技術的教學需求。
三、嵌入式課程教學的改革
從理論指導課程體系方面來看,學生不僅要掌握經典的計算機基礎理論知識如計算機組成原理、操作系統、匯編語言、C/C++語言、程序設計思想和方法,還要具備嵌入式系統領域特定的知識,包括嵌入式硬件基礎、軟件基礎、操作系統、開發工具等,我院的很多專業都是在大二下才開始大量開設相關基礎理論課程,而嵌入式技術這門課程基本上都是大三下學期開始學習,學生要在一年內學完這些理論,對學生而言,對知識的理解也是需要一定的時間,因此理論課程應在大一開始逐步開設,結合學生的學習程度合理安排相關理論課程的學習。
企業對嵌入式軟件人才的需求有幾個方向:嵌入式引導程序設計,嵌入式操作系統內核的設計,嵌入式操作系統的驅動程序的開發,嵌入式圖形化用戶界面的設計,嵌入式數據庫的開發等,首先幫助學時確定自己從事的方向,并掌握嵌入式系統開發的整個流程及其相應的調試方法。在嵌入式的理論課程學習中應結合企業的需求以及基本知識面的結合;如軟件方向理論教學基本的內容應圍繞嵌入式基于Linux操作系統下的應用程序開發這些方向來確定要學習的課程體系,確定課程體系后可以根據企業的需要加入相關驅動開發等相關課程內容及比較流行的手機開發也可以納入課程內容之一,理論教學的原則壓縮基礎理論課學時,突出實踐性與應用,以達到“學習嵌入式,使用嵌入式”的教學目的和作用,建立起一種由淺入深、梯度型、層次化的教學模式。
從實踐指導課程體系方面來看,應該采用多樣化的課程實踐教學手段,提高學生的動手實踐能力。
1.在實驗環節方面,應該大幅提高實驗的課時,達到講一課就能實踐的目的。改革后我院開設嵌入式課程的實驗學生16學時,包括硬件裸機程序編寫6學時,嵌入式開發環境搭建與2學時,嵌入式軟件下驅動程序編寫4學時,嵌入式應用軟件程序編寫4學時,基本上一次理論課上完學生就可以在實驗室進行實踐。
2.通過對市場調研,了解企業需求,結合師資隊伍中存在的教師的項目經驗,開發實訓和實習的項目,結合項目指導學生結合理論進行相關學習。這個在嵌入式課程學時結束后,用1個月左右的時間來指導學生組成項目組完成于企業結合比較緊密的項目開發。
3.舉辦嵌入式系統技術講座:可以根據學生的需要,邀請來自公司企業的工程技術人員進行專題講座,使學生能接觸到最新的知識和實用技術,并了解社會對嵌入式系統人才的具體需求。
4.建立開放的實驗室,對有興趣的同學安排實訓和實習課題: 實訓課題實行“三級指導”(全指導,半指導,零指導),使教、學、練緊密結合。每個實訓課題一般安排兩個項目,第一個項目學生在老師的指導下,實行實訓過程的全指導;第二個項目主要是結合教師在企業的項目基礎(實習課題),從項目需求分析開始,先由學生來完成,老師再參與其中,從這個過程慢慢的從半指定到變為零指導,來鍛煉學生進行項目實施的能力。
四、總結
從獨立學院立足培養創新,應用型人才出發,獨立學院嵌入式課程改革目前有了一定的成效,但是開設嵌入式教學還在起步階段,存在著很多不足,這就要求教師緊跟嵌入式技術的發展,不斷提高教學與教師的實踐能力,努力完善嵌入式課程體系,爭取能達到學生畢業后迅速從事嵌入式軟件的開發及設計的目的。
參考文獻
[1] 謝川.應用型本科嵌入式課程教學研究.重慶工商大學學報(自然科學版) , Journal of Chongqing Technology and Business University(Natural Science Edition), 2011年04期
嵌入式課程總結范文5
【關鍵詞】嵌入式系統;嵌入式技術;ARM微處理器;開發板;軟件
一、目前嵌入式系統教學概況
嵌入式系統概念的提出已經有相當長的時間,其歷史幾乎和計算機的歷史一樣長。但在以前,它主要用于軍事和工業控制領域,所以很少被人們關注和了解。隨著數字技術、大規模及超大規模集成電路的發展和功能更強的操作系統的出現,它才被廣泛應用于航天、航空、工業控制、智能手機、消費類電子產品、信息家電、安防監控、醫療儀器、汽車電子等領域。目前,嵌入式系統產品正不斷滲透各個行業,并以其應用領域廣、人才需求大等優勢,獲得更大的關注,特別是將來3G和物聯網的普及與推廣,應用前景非常好?;诖耍覈恍└咝5男畔㈩悓I相繼開設了有關《嵌入式系統》的課程,但大多數是以選修課的形式開設的,課時量少,學校、教師和學生也沒有對該課程的教學和學習給于足夠的重視,導致教學效果不理想。盡管社會對嵌入式人才需求大,但因為我們的不重視,使得學生在激烈的就業競爭中失去了很多機會。
二、嵌入式系統教學現狀分析及對策
《嵌入式系統》課程一般作為選修課開設且一般在大四開設,學生接觸嵌入式技術時間較晚,對其沒有基本的認識,在有限的課時內也只能對其有一個大致的了解,相比大三、大四學生們學習JAVA、C++的熱情,嵌入式的學習氣氛就顯得很冷清。加之嵌入式系統課程要求的知識面廣,涉及基礎課程多(與電子類專業相關的基礎課程有數字電子技術、電子設計自動化(EDA)、單片機原理、可編程邏輯器件、DSP原理及應用等,與計算機類專業相關的課程有C語言程序設計、計算機組成原理、計算機系統結構、微機原理、數據結構、操作系統等,如果要進行嵌入式應用軟件開發的還應掌握計算機網絡、網絡編程、數據庫原理及軟件工程等課程),所以,學生學習嵌入式系統課程就存在一定的難度,學習熱情也不高。對此,我們應該給與足夠的重視,積極幫助學生能在嵌入式領域占有自己一席之地。首先,在對學生進行入學教育專業介紹時,要強調嵌入式方面的就業前景,目前國內外這方面的人都很稀缺,與應用軟件開發的行業不同,嵌入式領域人才的工作強度通常低一些,但收入卻高一些,利用這樣的好的就業前景刺激同學們好好學習。再者,要強調嵌入式系統課程涉及的先行課程多,一定要打好基礎;還有,學生在學校學習期間,老師們可以多開展期嵌入式技術的講座及嵌入式產品的展示,比如無線點餐系統、車載GPS定位、智能家居等;最后,在學生大一、大二學習期間,各科任課教師要督促學生扎扎實實的學好每一門課程,以便為后續課程打好基礎。在競爭如意激烈的今天,學生們也該從進入大學就逐步規劃自己的職業生涯。
三、《嵌入式系統》課程教學的內容、教學方法的改進
嵌入式系統融合了電子、計算機、微電子等多種學科和技術。對于什么是嵌入式系統,還沒有一個明確的定義。嵌入式系統一般定義為以應用為中心,以計算機技術為基礎,軟硬件可裁減,應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應用環境有特殊要求的專用計算機系統。
1.《嵌入式系統》課程教學的內容
《嵌入式系統》的教學通常以32位微處理器為平臺,32位的微處理器主要有ARM、MIPS、POWER PC,目前國內的大多數高校都是以介紹ARM微處理器為主,教學的內容主要包括ARM微處理器內核的介紹、ARM的匯編指令和匯編程序設計、嵌入式系統的C語言設計和嵌入式操作系統、嵌入式Linux開發環境及其在ARM上的移植、設備驅動程序和用戶圖形界面GUI等內容。在試驗內容的安排上,通常包括ARM匯編語言的程序設計、BootLoader的移植、嵌入式操作系統內核的移植、UCOS II、LINUX、WINCE等嵌入式操作系統下的C語言驅動程序設計和應用程序設計等。
2.教學方法的改進
對于嵌入式課程的學習,很多同學都認為很難,除了前面提及到的它涉及的基礎學科較多以外,一個很重要的原因是以傳統的教學模式講述的內容學生完全不理解,比如宿主機、目標板、交叉開發環境、GCC交叉編譯器arm-Linux-gcc、引導裝載程序BOOTLOADER、Linux內核裁減等。這就需要教師在上課時將嵌入式Linux開發流程給學生作演示,包括建立開發環境,下載相應的GCC交叉編譯器進行安裝(例如arm-Linux-gcc、arm-μclibc-gcc),或者安裝產品廠家提供的交叉編譯器;配置開發主機;建立引導裝載程序BOOTLOADER;下載針對所使用的CPU的Linux操作系統內核、再添加自己的特定硬件的驅動程序;建立根文件系統;開發應用程序;燒寫內核、根文件系統、應用程序;產品。學校還可聘請企業講師講述部分課程以使學生們可以了解到嵌入式的最新的技術。關于嵌入式系統的實驗部分,需要有相應的開發板,有的學校實驗條件還不成熟或實驗設備不足,那么可以在主機上安裝模擬器來模擬開發板,使學生了解將嵌入式的開發流程即可。
四、教學保障
前面已提及,嵌入式的教學過程及實驗環節都離不開計算機及開發板,這就需要學校投入一定的資金來改善教學和實驗條件。因為嵌入式這方面的人才較少,高校教師中也有很多人從未接觸過嵌入式相關技術,所以,對于高校要積極尋求與嵌入式相關的企業的合作,以進行師資的培訓,從企業吸收最新的嵌入式的技術和成果用于教學過程中。
五、就業及培訓
嵌入式系統是一個軟件與硬件緊密結合的學科,從事嵌入式開發的人員主要有兩類。一類是電子工程、通信工程等偏硬件專業出身的人,他們主要是搞硬件設計,有時要開發一些與硬件關系密切的最底層軟件,如BootLoader、Board Support Package,最初級的硬件驅動程序等。另一類是學軟件、計算機專業出身的人,主要從事嵌入式操作系統和應用軟件的開發。嵌入式設備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件,這占了嵌入式系統的最主要工作,越是智能設備越是復雜系統,軟件越起關鍵作用,而且這是目前的趨勢。
從事嵌入式開發的好處是:(1)目前國內外這方面的人都很稀缺。一方面,是因為這一領域入門門檻較高;另一方面,是因為這一領域較新,目前發展太快,掌握這些新技術的人當然很難找。嵌入式人才稀缺,身價自然就高,越有經驗價格就越高。其實嵌入式人才稀少根本原因可能是大多數人無條件接觸,這需要相應的嵌入式開發板和軟件,另外需要有經驗的人進行指導開發流程。(2)與應用軟件開發領域不同,嵌入式領域人才的工作強度通常低一些,但收入卻高于普通的應用軟件開發人員。搞嵌入式系統的公司,所開發的產品通常是通用的,不會因客戶的不同而修改。另外,從事嵌入式軟件的每個人工作范圍相對狹窄,所涉及的專業技術范圍基本上固定,時間越長越有經驗。
如果以后想從事嵌入式技術方面的工作,那就需要進行這方面的培訓,因為教學計劃中的很少的課時量只是讓學生們對嵌入式系統有一個大致的認識,而自學的話又不知道該從哪里下手?,F在很多培訓機構都有脫產的嵌入式就業班,大概學習四五個月的時間就可推薦就業,對于想從事嵌入式開發的學生來說,無疑是一個比較好的途徑。
六、總結
嵌入式是一個有很大發展潛力的學科,各個高校也相繼開設了嵌入式系統的課程,筆者僅從自己多年的嵌入式教學的角度上提出自己的一些看法,希望能夠拋磚引玉,聽到同行們更精彩的見解。
參考文獻:
嵌入式課程總結范文6
嵌入式技術是計算機應用專業發展的重要方向,作為網絡化和智能化信息處理的重要平臺,在軍事、航空航天、信息通信、工業控制、手持式設備等領域發揮了極大的作用,而在高職院校設置關于嵌入式技術的相關課程,對培養該技術的專業人才奠定了堅實的基礎,因此高職院校進行教學改革具有重要意義。
1.嵌入式技術的教學計劃
(1)概述
嵌入式技術具有較強的工程實踐性、理論性,在其硬件的發展歷程中主要是從8位單片機到32位微處理器ARM,軟件發展歷程主要是從沒有操作系統到有操作系統,同時該技術具有較高的難度,如果沒有科學合理的教學計劃,高職學生很難高效的掌握相關技術知識。因此在教學技術設計時應當結合學生的實際認知水平,循序漸進的進行教學活動。關于嵌入式技術硬件方面的教學應制定單片機原理和應用等課程,為學生更好的學習嵌入式技術有更加深入的認識。關于嵌入式技術軟件方面的教學應當設計操作系統原理等課程,使學生可以更加扎實的掌握該技術的運用[1]。
(2)建立課程體系
在掌握嵌入式技術的基礎課程之后才能學習深層次的嵌入式系統開發課程,建立適合嵌入式技術教學的課程體系,如在學習嵌入式操作系統原理、面向對象程序設計、數據結構、C語言程序設計、匯編語言程序設計等軟件基礎課程和單片機原理及開發、數字電子技術、模擬電子技術等硬件基礎課程之后,學習基于Linux的嵌入式系統開發的系統開發課程[2]。
2.建設專業教學實訓環境
(1)教學平臺的構建
教學平臺的處理核心應采用Intel高性能的PXA270處理器,還應當選用源碼開放的Linux操作系統作為平臺的操作系統,教學平臺的硬件模式應設計為功能板與核心板相結合,功能板應包括各種外圍接口和器件,如存儲卡接口、音頻和視頻接口、攝像頭接口、USB接口、RS232接口等外圍接口;核心板應具備全部最小系統運行所需的硬件,如電源控制模塊、CLPD、SDRAM、Flash、CPU等硬件,保證在接入5V電源的情況下可以單獨通電作業,同時為了完成調試工作和程序的下載等還需要設置以太網接口、串口、JTAG接口。通過有機結合功能板與核心板,從而構造完整的應用系統,同時該系統還應當具有較強的處理能力、較低的功能消耗、較小的體積等優點。在平臺軟件環境的設計方面有時不能夠直接通過硬件平臺來設計,這時就需要采用其他的方法,如將編譯和編輯目標板的Linux文件系統、內核、引導程序以及系統開發工具安裝到宿主機上,安裝之后通過將需要的軟件下載到目標板上進而運行該軟件系統。通常將這種開發方式稱為交叉開發,交叉開發的模型為由宿主機生成目標內核映像文件系統通過各種連接方式下載到目標機上形成內核映像。而實現Linux操作系統在開發板平臺上的運行主要滿足兩個條件,一是保留Linux操作系統的基本功能配置,通過壓縮和裁剪的方式將不重要的功能模塊去掉,從而在保證其所需功能能夠實現的基礎上為嵌入式系統節約更多的存儲空間。二是將Linux內核所需的硬件進行針對性的移植,對部分和硬件直接接觸的代碼進行修改,例如Bootloader,保證平臺上的軟件可以在開發板上正常運行[3]。
(2)教學內容的設計
嵌入式教學的實訓內容設計應采用具有CSM通信模塊、觸摸屏、音頻、USB攝像頭、通用的網絡功能、IO功能等功能的PXA270實驗平臺。利用這些功能模塊設計相應的教學實驗,使學生對嵌入式系統的基本功能可以有更加深入的了解,從而提高學生學習嵌入式技術的積極性。具體的教學內容可設計為在學習Linux操作系統移植和嵌入式交叉環境架構方面設計文件系統制作實訓、內核編譯移植實訓、Boot-Loader編譯移植實訓、Makefile編寫使用實訓、常用命令以及工具實訓等課時訓練;在學習驅動程序設計時可設計關于USB驅動配置實訓、IO口驅動實訓、驅動程序結構實訓等內容的教學任務;在學習基于QT編程應用開發和QT移植時,可以設計Web-server的移植和網絡通訊實訓、USB攝像頭實訓、串口通訊實訓、QT移植實訓等教學內容;在最后嵌入式綜合項目實訓的時候可設置基于Webser-vice的數字糧倉監控系統、嵌入式Linux系統開發流程和一般設計教學內容等。根據具體的學習情境設計不同的教學內容,利用教學實訓的方式,有機的結合教學實踐與理論知識,將抽象的理論知識轉為具體的實踐活動,從而提高學生嵌入式技術的實際開發能力[4]。
3.總結
綜上所述,通過對高職計算機應用專業嵌入式技術教學改革的研究,從中可以了解到根據嵌入式技術制定相應的教學實訓計劃和教學內容,以此來將復雜和難度較大的嵌入式技術以更加簡單的教學方式傳授給學生,使學生可以掌握更加堅實的嵌入式技術知識,提高其實踐操作能力,從而為社會提供更加專業、優秀的嵌入式技術人才,為社會發展提供人才保障,從而促進社會的進步。
參考文獻:
[1]鄒霞玲.當前高職院校計算機應用技術專業教學改革創新探究[J].電腦知識與技術,2011,36:9571-9572.
[2]沈瑛,朱衛華,鄒國平.高職計算機專業嵌入式系統課程教學改革研究[J].中國成人教育,2011,21:185-186.