独立学院嵌入式系统开发课程的教学研究与实践

文章编号：1672-5913(2008)16-0134-02

摘要：本文介绍了嵌入式系统开发课程开设的背景及目的，阐述了该课程在课程内容、教学形式的具体实施，并对该门课程的建设提出了具体的方案。

关键词：嵌入式系统开发；嵌入式软件；教学形式；研究；实践

中图分类号：G642

文献标识码：B

1课程开设的背景及目的

从软件市场需求上来看，嵌入式软件人才需求的缺口很大。现在从事嵌入式应用软件开发的人员，以自动控制、通信专业和计算机硬件的偏多，基本是通过工作实践逐渐转型而来。因此，在高校中专门设置嵌入式软件相关专业能在很大程度上解决相关人才匮乏的问题。

“嵌入式系统开发”是嵌入式软件方向学生的主干课程之一。通过对本课程的学习，学生能够掌握嵌入式软件开发的系统流程；掌握嵌入式软件的交叉编译方法及调试方法；熟悉嵌入式操作系统的应用；掌握一些典型接口及设备的驱动；熟悉嵌入式图形用户界面的设计，使学生能够对嵌入式系统的构建有个整体的概念，理解硬件和软件之间衔接点，而这个恰恰是以前计算机专业传统课程中的缺口。另外使学生能够掌握常用的嵌入式应用程序图形界面的设计方法，最后能够达到设计综合的嵌入式应用程序的能力。

2课程教学的组织与实施

2.1创新教学内容

从市场的调研得知，企业对嵌入式软件人才的需求有几个方向：嵌入式引导程序(BootLoader)设计，嵌入式操作系统内核的设计，基于嵌入式操作系统的驱动程序的开发，嵌入式图形化用户界面的设计，嵌入式数据库的开发等。

嵌入式软件方向的学生，毕业后如果想迅速从事嵌入式软件的开发及设计，就应该掌握嵌入式系统开发的整个流程及其相应的调试方法。于是课程内容设置为：嵌入式系统开发环境的构建，引导程序的应用，嵌入式操作系统内核的裁剪，驱动程序的开发基础，嵌入式应用软件的设计方法。

嵌入式软件的开发离不开一定的硬件环境及其系统环境，目前主流的嵌入式微处理器有ARM，MIPS等，成熟的嵌入式操作系统有Linux，WinCE，μCOS等。我们的教学平台是基于ARM微处理器与Linux操作系统。选择该处理器及操作系统的的原则是，ARM的应用广泛性及Linux的开源性。我们实验设备采用北京博创公司生产的UP-TECH2410。

市场对几个嵌入式软件方向人才的需求量及薪酬可以通过金字塔模型体现，如图1所示。从图中可见，在市场中，嵌入式应用软件开发人员的需求是最大的，也就是嵌入式图形化界面的设计及嵌入式数据库的设计，而我院培养学生的目标恰恰是应用型的IT人才。于是我们在课程的设置上加大了嵌入式图形界面的设计及嵌入式数据库设计的学时比例。嵌入式GUI的教学我们选择了嵌入式产品中应用的比较多的MiniGUI和Qt，同时课程内容上设有嵌入式数据库SQLite的应用。课程后期，组织学生分组进行嵌入式应用软件程序的项目实训，结合前面的教学内容，把各个教学点串起来。

2.2充实教学形式

(1) 采用多媒体教学，为保证教学效果，我们还在所有PC上安装了最新的同步显示软件，使每台学生PC的显示自动与讲台PC屏幕同步显示。课程内容都已做成电子讲稿，习题、实验指导、参考资料等内容全部上网，向学生开放。引导学生充分利用学校ftp等丰富的网络学习资源，在网上与授课教师建立了非常活跃的课程讨论与答疑活动。

(2) 改革考核方式，采用平时实验+期末成绩考核方式。重点放在平时实验上，该项成绩由平时小项目和各章节实验报告组成，占总成绩的50%。平时成绩中的小项目必须采用项目演讲、演示和答辩方式进行评分。

(3) 强调探究性学习方法，鼓励学生勤动脑筋，提出创新性项目，在做课程项目的过程中培养自学能力、解决问题的能力和创新能力。

(4) 课堂和实验室中和学生建立互动，采用启发式、答疑式教学，提高学生学习的积极性。

3课程的辅助教学手段

3.1开放式实验室

本课程中涉及到硬件环境的内容都需要在物理实验室进行操作验证，学院在嵌入式软件人才的培养上给予了相当大的经济投入和管理政策支持，学院从北京博创公司购买了多套昂贵的基于ARM微处理器的嵌入式教学实验设备，组建了嵌入式系统实验室。性能优良的实验设备及PC，给嵌入式系统开发课程的实验教学内容能够顺利及良好的实施提供了有力的保证。目前我院的嵌入式教学实验条件比较好，能够满足本专业学生学习该门课程的需要。可使用的Linux教学实验环境如下：

(1) 嵌入式系统实验室2个，配有80多台P4 PC，博创ARM9嵌入式教学硬件实验平台30多套；

(2) 所有的PC机上均安装Linux企业版操作系统，并装有配套的嵌入式系统开发环境；

(3) 实验室的所有PC全部连网并接入校园网，能迅速接入Internet教育与科研主干网。

嵌入式系统实验室除了在规定的上课时间供师生使用之外，在平时时间也对师生开放。这样一方面对教师来说，可以让教师有硬件环境进行教学准备及科研，另一方面，对学生而言，可以在课后来完成课上没有完成的实验内容。

3.2学研互动，以研促课

在嵌入式系统开发课程的教学中，我们实施案例教学。课程老师申请院级青年基金项目，项目为嵌入式系统案例库的开发。课堂教学中我们准备项目的一部分作为案例供学生练习，后期给学生安排的应用程序设计或课后布置的作业题目与嵌入式系统案例库开发项目相关，抽取提交后的优秀作业再填充到嵌入式系统开发案例库中，进而完善案例库，再循环作为案例放到教学中。如此，在具体的教学过程中，课程采取了多种形式，让学生不但能够进行理论学习与动手实践，还让他们能够参与到学校的嵌入式科研当中去。学研互动，以研促课，使得教学及科研以螺旋式上升。

3.3鼓励竞赛，以赛促学

嵌入式系统开发课程组积极鼓励学生们参与各级嵌入式方面的竞赛，课程组为学生提供相应的技术指导和实验设备。学生可以根据自己的兴趣组队、选题。2006年和2007年我们连续两年指导学生组队参加北京博创杯的嵌入式大赛，参赛作品都获得了较好的成绩。课程组规定凡是参加各种竞赛获奖的学生，在本门课程的结课考核上都会有相应的加分，以此来激发学生学习本门课程的积极性，鼓励竞赛，以赛促学。与此同时，我们也注重对参赛及获奖作品的收集和参赛经验的积累，并有选择地填充到嵌入式系统开发的案例库中。

3.4有效利用毕业设计

我院开设嵌入式系统开发课程的对象为嵌入式软件方向的高年级的学生，这些学生即将进行毕业设计题目的选定，教师在授课的过程中，可以给学生分析或拟定和本门课程有关的嵌入式题目，有侧重地选择对该课程感兴趣及成绩较好的学生在毕业设计阶段来完成这些课题，以达到课程建设及辅助教学的目的。

4课程的后期展望

4.1教学内容的拓展

目前本课程的教学平台为基于ARM的微处理器与Linux操作系统。考虑在未来的课程内容上，增加有关嵌入式操作系统μCOS、WinCE的应用，丰富课程内容，以扩大学生的就业面及适应市场的需求。

4.2考核方式的改革

现在本课程的考核方式为平时成绩加上期末笔试成绩，虽然平时成绩的比例比较大，但还是没有脱离传统的考核方式。针对于本课程应用比较强的特点，在未来课程的考核方式上，考虑最后以学生提交应用系统项目作为考核的依据。一改传统的固定题型的笔试，注重学生实际能力的培养及考核。

4.3教材的完善

由于本门课程是近几年来开设的新课程，而且各院校对嵌入式系统开发教学的侧重点不同，所以目前我院嵌入式系统开发课程没有合适的教材。在原有教学资料积累的基础上，课程组将编写教材及配套的实验案例指导手册，同时也希望该教材能够和广大同仁进行交流及学习。