项目驱动的嵌入式系统教学改革

2011-10-12冀常鹏

电气电子教学学报 2011年6期

冀常鹏，马飞，徐维

(辽宁工程技术大学电子与信息工程学院，辽宁葫芦岛125105)

0 引言

嵌入式系统是以微控制器为核心，将其嵌入到产品或设备中以实现其功能数字化和智能化的系统。嵌入式系统的应用十分广泛，覆盖了包括消费类电子、智能家电、工业控制和通讯网络、仪器仪表、汽车电子和医疗电子等领域［1]。

嵌入式系统是训练软硬件综合能力的一个极好的载体。在IEEE/CS的Computing Curricula 2001中把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一，把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学嵌入式系统认证课程目录包括“实时嵌入式系统导论”、“嵌入式系统设计”和“嵌入式系统工程”等课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程的名称是“嵌入式系统设计导论”，它基本包括了前面三门课程的内容。我国高校的信息类相关专业，如计算机、自动化、通信和电子信息等专业已将嵌入式系统课程列入必修课程。

1 嵌入式系统知识体系

嵌入式系统通常定义为一种以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可以剪裁，适用于系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统的知识体系如图1所示，可见，嵌入式系统所涉及的内容从硬件到软件，涵盖非常广泛［2，3]。

图1 嵌入式系统的知识体系

2 嵌入式系统教学体系建设

嵌入式系统教学有以下三个特点［4]:

1)综合性:嵌入式系统集软硬件技术于一体，需要进行软硬件协同设计。它涉及电子、计算机、自动控制等相关专业的知识，课程上综合了数据结构、操作系统、微机原理、单片机和软件工程等课程;

2)实践性:涉及的多种专业知识包括操作系统和微机原理、编程语言程序设计、计算机网络和单片机设计等课程内容。嵌入式系统是软件和硬件设计的完美结合，可以有效训练学生的综合能力;

3)应用性:嵌入式系统的教学应当从应用出发，将工程应用的案例和项目渗透到教学之中，提升学生实践动手能力。

3 嵌入式系统原理与应用课程实践

3.1 教学大纲

“嵌入式系统原理与应用”课程的主要内容包括:①典型嵌入式系统的基本配置、硬/软件综合设计方法、流程和应用范例;②微处理器、存储器、I/O口、外设接口和驱动、电源转换和管理、总线和硬件调试;③嵌入式操作系统概念、内核、WinCE和uCLinux、任务和任务调度、RTOS、GUI、API和文件系统等;④软件开发过程、交叉编译、链接调试、下载和板级支持包(BSP);⑤设备驱动机制、按键和触摸屏驱动、网口驱动、红外和USB驱动。

3.2 实验大纲

实验平台采用三星公司的S3C2410教学开发平台，操作系统和图形界面采用μCLinux和Windows CE5.0等。实验内容分为2个层次。

基本实验包括嵌入式软件开发基础实验、人机接口实验、通信与音频接口实验、简单驱动程序实验和嵌入式操作系统移植实验等。

综合应用实验给出多个题目，每组选择其一，学生也可以自选题目，但需经过可行性审查。期末要求每人提交一份报告和程序，并答辩和演示成果。其中包括“按键驱动程序设计”、“串口驱动程序设计”、“嵌入式Web服务器实现”、“基于WWW服务的智能家居应用”、“图形用户界面的移植”、“触摸屏驱动程序设计”和“MP3音频播放”等专题。

4 工程项目驱动的课后体系

实践教学模式应当是嵌入式系统教学的核心，培养学生动手能力是嵌入式系统教学的关键，应以典型的工程项目为对象，分解提炼出其中的理论知识点和实践知识点，并将它们渗透到理论教学和实践教学之中［5]。

嵌入式系统是一个综合性很强的知识体系，所涵盖的课程较多［6]。如果在课程教学中引入工程项目，则可以将枯燥抽象的理论转变为形象实用的案例，可以起到事半功倍的效果。根据嵌入式系统课程之间内在的关系，可以将其分为五个层面，如图2所示。图中的箭头表示课程之间的顺序关系，代表了课程之间的互为基础和前后承接的关系。