ARM嵌入式课程教学改革研究

胡宏铎 陈兰丽

摘 要：本文介绍了《ARM嵌入式技术应用》课程的教学改革具体实施过程。在教学改革中，采用“基于工作过程”的教学方式，按照项目工作过程展开，将相关知识融入到项目的实现过程中，以求最终达到培养学生的职业能力。

关键词：工作过程;教学改革;ARM嵌入式

0 引言

湖北工程职业学院12级嵌入式专业在开设《ARM嵌入式技术应用》课程时，所采用的教材内容大都按传统课程的学科体系来编排，教师以教材为中心，按传统的教学方法进行教学，造成学生学习效率低、教学效果差。针对这一情况，我们试图寻找一种新的教学方法使学生日后能够适应工作岗位的需求，在13级嵌入式专业该课程教学中采用基于工作过程的教学方法，效果明显。采用以工作过程为导向的课程教学模式，注重实践环节和学生兴趣的培养，突出能力提升，可以有效地提高人才培养的适应性和针对性。

1 《ARM嵌入式技术应用》课程教学中存在的问题

在12级嵌入式专业中，开设了《ARM嵌入式技术应用》这门课程。在课程教学过程中存在以下问题：①教材方面，该课程的大多数教材编排是按传统的学科体系进行的，对于基本概念、指令系统、嵌入式linux操作系统以及嵌入式系统开发平台的建立和嵌入式软件系统的知识偏多，不利于学生实践能力的培养，学生的学习效果不好。②教学方法方面，大多数的职业教育课程开发还是围绕学科性课堂教学进行，以教师为中心，以教材为中心，缺乏高职教育特色，以教师“教”为主，学生“学”为辅，这种教学方法淡化了课程的实践性，忽视了学生积极性、主动性的发挥，不利于培养学生的动手能力和创新意识。虽然借助于Protues软件与ADS1.2集成开发环境软件相结合的方法让学生能够更加容易理解嵌入式技术的基础，但是，这种方法只是把ARM处理器当做一款功能强大的单片机来学习，没有体现其嵌入性的特点。

2 基于工作工程的《ARM嵌入式技术应用》课程教学改革实施方案

针对12级教学过程中存在的问题，我们在13级中实施了目前觉得最优的教学改革实施方案。在教学过程中，以项目为载体组织教学，以项目开发流程进行考核评价，在教学中体现其实践的重要性。采取由浅入深，以应用为主的教学环节。我们作如下设计：

2.1 处理器无操作系统的情况

任务一、嵌入式开发平台的搭建（子任务1、硬件开发平台的搭建;子任务2、软件开发平台的搭建）。

任务二、GPIO的应用（子任务1、点亮LED;子任务2、流水灯的设计）。

任务三、定时器的应用（子任务1、采用定时器0，使LED每秒钟闪烁一次;子任务2、实现定时器的PWM功能）。

任务四、中断应用（子任务1、采用查询方式，使用4个按键实现4个LED的亮灭;子任务2、采用中断方式，采用定时器0实现LED0每秒钟闪烁一次）。

任务五、LCD控制（子任务1、在TFT LCD上显示一个像素;子

任务2、在TFT LCD上显示单像素;子任务、在TFT LCD上显示图片）。

任务六、综合实训：基于定时器0，采用中断方式制作电子相册。

2.2 处理器有操作系统的情况

任务七、运动模块的设计（子任务1、编写Hello程序;子任务2、运动模块的设计）。

我们力图把复杂问题简单化，一开始把S3C2440处理器当做功能强大的单片机来学习，从控制一个寄存器、I/O端口和点亮LED开始，建立学生感性认识，从而引出ARM体系结构和指令系统以及嵌入式系统。通过实际项目开发，学习嵌入式开发。

3 案例分析

以综合实训制作电子相册的工作任务为例：要求使用定时器0，采用中断的方式，在DC09G275显示屏上显示相片。我们根据这样的要求来进行总体设计：系统采用S3C2440处理器无操作系统情况下，主频为400MHZ的TQ2440 ARM9开发板。具体设计如下：

3.1 硬件电路设计

硬件平台主要由S3C2440和TFT LCD控制器相连接。图1即为定时器0输入时钟的产生。通过外部输入晶振Fin=12MHZ从而产生三种与S3C2440有关的时钟：FCLK=200MHZ， HCLK=100MHZ， PCLK=50MHZ。

图1  定时器0 输入时钟的产生图

图2  LCD接口电路

图2为S3C2440与TFT LCD的连接图。S3C2440处理器内部集成了LCD控制器，只需要将控制器输出引脚和TFT LCD相应的信号线连接即可。其中LCD的电源在S3C2440的GPG4引脚上。因此，初始化时，需要使该引脚配置为输出，并且输出高电平给LCD供电，当不需要显示时，可以使该引脚输出为低电平，将LCD关闭。

3.2 软件设计与实现

本案例软件设计主要分为两大模块：

①timer模块，这个模块包括定时器的初始化、定时器中断函数的初始化、定时器中断处理以及图片生成文件;

②LCD模块，主要包括Lcd的初始化。如图3所示：

图3  系统模块图

3.3 系统调试

在ADS1.2开发环境进行编译，编译生成.bin格式的二进制文件。再使用SecureCRT和DNW串口工具将其下载到Nand flash中，从Nor flash启动开发板，可以看到LCD上显示出相应的图片。如图4所示。

图4  图片显示

我们在13级嵌入式班中做了改革实践。采用了基于工作过程的教学方法，要求学生按以上的要求完成电子相册的制作，从分析任务开始，通过自学、老师指导等环节，学生掌握相关准备知识，然后学生分组制定工作计划，拟定实施方案，从硬件设计，软件设计到综合联调实现，小组自评、互评，老师总结。首先学生参与的积极性非常高，其次通过优秀同学的带动，几乎所有的同学都能掌握电子相册制作的相关知识和技能。而12级嵌入式班的教学中，采用传统的教学方法，以老师讲解演示为主，然后通过实验要求学生动手做的方式。结果学生听课无兴趣，做的过程中问题也很多，真正实现任务仅是认真听讲表现好的几个同学，几乎过半的同学无法掌握相关知识，更没有掌握实操的技能。基于工作过程的教学方式在这里得到验证。

4 结论

从课程教学实践来看，基于工作过程的教学方法，将企业需求与教学紧密结合在一起，学生不仅能够掌握应有的基础理论与技术，还可以学会如何进行实际项目的开发，从而提高了学生的学习动力与兴趣，不仅培养了学生的专业技能，还培养了学生分析、处理问题的能力，全面提升了学生的职业综合能力，更能满足企业的需求。

参考文献：

[1]陈长顺.嵌入式技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009年.

[2]马小陆.基于ARM9嵌入式Linux系统开发原理与实践[M].西安：西安电子科技大学出版社， 2011年10月.