“嵌入式系统概论”课程设计

嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。浙江大学从2002年开设嵌入式课程以来，一直关注嵌入式系统领域的课程开发与建设，收集了国内外相关专业的嵌入式课程教学资料，总结并提高课程对嵌入式系统快速发展的适应性。在英特尔公司的支持下，嵌入式中心从2003年以来嵌入式举办了多次嵌入式课程研讨班，与国内各高校多次探讨了嵌入式课程的知识点与课程安排，并与CMU一同开发嵌入式课程资料。

嵌入式方向包括软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具，培训学生具备嵌入式系统软、硬件的开发能力，对于特定行业领域（例如移动终端、数字家庭、信息家电以及对传统产业信息化改造）已经逐步形成了特定的嵌入式开发方法与手段。

随着软硬件技术快速发展，嵌入式系统不再是一门课程就可以介绍清晰，而逐步成为一个课程群，该方向的专业课程可划分为：嵌入式系统原理、嵌入式操作系统、实时系统、嵌入式软件设计、软硬件协同设计、嵌入式系统软件工程、嵌入式系统中间件、数字信号处理等。一些学校还开设了微机电路应用设计、单片机编程、ARM等课程。

我们收集并分析了国内部分高校在嵌入式课程上的教学大纲，以此为基础设置了我们的嵌入式系统概论课程。表1是我们收集的大学名称、课程名称、学时数与知识点，这些课程基本上是基于Intel的XScale实验板设计的，对我们设计“嵌入式系统概论”有借鉴作用。

综合上述高校的嵌入式课程，有些是针对计算机专业开设的，有些是针对其他专业的，有本科期间开设的，也有硕士期间开设的，一些高校开设了多门嵌入式方向大课程。我们设计的“嵌入式系统概论”是针对本科阶段开设的嵌入式方向入门课程，主要面向大三的本科生，其课程结构如图1所示，其前修课程一般是计算机组成、微机原理、接口、汇编、操作系统、程序设计语言、体系结构。部分后续课程开设在研究生阶段。

嵌入式系统概论课程的目的，是综合前修计算机专业课程，以及包括数字电路等更基础的知识，开拓学生对嵌入式的视野，为后续课程奠定基础。因此在嵌入式课程中不会介绍汇编语言设计、接口电路的设计等知识。

我们认为，该课程理论部分的知识点分布基本上如图2所示，主要分为四大模块，分别是嵌入式概念、嵌入式体系、嵌入式系统软件、嵌入式软件开发。实验部分由于各学校实验材料的差异，较难对比，我们的使用设备主要是30套Intel XScale与30套Motorola Dragonball。

对于嵌入式体系结构，首先介绍各种嵌入式体系结构、处理器、DSP。

由于ARM体系是目前嵌入式系统工业界事实上的标准，一般都以ARM体系为例介绍嵌入式体系结构，并介绍ARM汇编。由于上课学生已经学习了汇编语言，所以需要简单介绍ARM汇编与微机汇编的差异与特点，要求学生以自学为主，作业为辅，可以较快地掌握该汇编。浙江大学计算机专业本科生阶段在计算机组成课程中还学习了MIPS汇编，所以学生们对ARM汇编掌握起来就更快一些。

在嵌入式体系的具体实例介绍中，我们结合本课程的实验平台简要介绍XScale体系，这部分主要也是自学为主，结合实验环节让学生掌握看硬件资料的能力。

在嵌入式体系结构部分，还需要介绍嵌入式系统的硬件系统，包括JTAG接口、外设、中断、总线等。通过这部分的介绍，学生们可以了解嵌入式硬件系统的构成与软硬件接口。

嵌入式系统软件就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统包括非实时嵌入式操作系统与实时嵌入式操作系统（RTOS），在嵌入式课程中主要介绍RTOS。在系统软件模块中将介绍实时系统概念、操作系统在嵌入式系统领域的改造，例如处理器调度的实时性改造、中断处理、文件系统、MMU等。嵌入式系统概论课程主要介绍常见的各种嵌入式操作系统，包括它们的特点、应用领域，并以嵌入式Linux为例子，介绍Linux的改造、裁减与移植。

最后一个模块是嵌入式软件开发，是介绍嵌入式软件开发的过程，使得整门课程最终能够形成一个完备的嵌入式开发体系。Bootloader的设计，也可放在操作系统移植中进行介绍。嵌入式图形用户界面目前没有统一的标准，作为概论课程需要介绍各个嵌入式GUI的优缺点与适用范围。同样，课程介绍包括Tornado、等嵌入式开发环境，以及嵌入式中间件。课程最后将以实例来介绍嵌入式系统的开发流程。

作为后续课程，我们认为一些专题性质的开发工具，例如开发、Symbian开发、BREW开发等，可以利用浙江大学暑假短学期为期两周的课程实践来完成。而实时系统可以单独开设研究生层次的课程，面向领域的嵌入式系统设计可以开设相关的专题班进行讨论。部分嵌入式软件开发的知识点，可以交给其他课程完成，例如人机交互设计课程里面，可以介绍嵌入式GUI的设计，FPGA可以在相关硬件课程中完成。微机原理课程也可以涉猎部分嵌入式课程的内容，例如工业控制、嵌入式系统扩展等，对于微机原理课程的改革，也是嵌入式中心正在进行的工作之一，希望将实验设备更新到奔腾M处理器，增加FPGA，实现原来微机原理的实验，并完成嵌入式的实验。

由于课程的概论性质，而嵌入式系统的纷繁复杂，使得理论课不能把所有知识讲透讲深，所以本课程网站（）提供相关的课件、实验资料、培训材料的下载，为学生们提供了自学的素材，在一定程度上补充了理论课程的不足。

经过实践，嵌入式系统概论课程可以有效加快学生对嵌入式系统的认识，迅速对嵌入式系统有完整的知识准备，而不是只会一个特定的嵌入式系统。作为概论课程，我们有意淡化了实验平台对理论课程的影响，脱离了“嵌入式＝ARM＋Linux”的误区，为学生后续的相关课程学习打好了基础。