《嵌入式系统》实践课教学内容规划探讨

摘要： 针对"嵌入式系统"课程培养计划的内容及要求，结合技术本科的培养模式，提出了系统的基于ARM的嵌入式系统实践教学模式，提出明确的教学内容规划和方案，旨在培养学生理论理解能力、实践综合能力和团队协作能力。

Abstract： For the content and requirements of "Embedded Systems" course training programs, combined with training mode of technical undergraduate, this paper put forward systematic teaching practice mode of ARM-based embedded system, and a clear teaching plan and program, in order to train students' theoretical understanding abilities, practical integrating abilities and team collaboration capabilities.

关键词： 嵌入式系统；实践教学；ARM

Key words： embedded systems；practice teaching；ARM

中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）32-0282-02

0背景

以嵌入式计算机为技术核心的嵌入式系统是继网络技术之后，又一个IT领域新的技术发展方向。嵌入式系统被定义为“以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可裁减、功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统”。

由于其突出特征，目前已经广泛地应用于军事国防、消费电子、信息家电、网络通信、工业控制等各个领域，嵌入式无处不在已经成为事实[1]。随着嵌入式的发展，嵌入式软、硬件工程师已经成为现在及未来几年内炙手可热的职业之一。面对这样的需求和发展机遇，高校应如何开展嵌入式系统的教学，以达到学生能掌握嵌入式开发方法的目的。实践教学是培养学生具备从事科学实践能力和严谨求实的科学素质的重要途径，嵌入式实验室建设及实践内容规划就成为尤为重要的课题。

由于教委对本科电子工程专业和通信工程专业的培养计划的要求，我校自2007年开始在相关专业新增设了嵌入式系统课程。作为典型的技术应用型学科，“嵌入式系统与应用”课程都由两部分组成，即“理论内容+实践内容”。最初嵌入式系统课程与一般专业课程一样，整个教学就设一门课程进行：32学时理论+16学时实验。经过两年的教学实践，发现课内的实验教学完成情况不理想，学生重视程度不够，导致学生嵌入式的技术掌握不足。为了更强调本课程实践的重要性，从2009年开始，调整了培养计划，目前将 “嵌入式系统与应用”课程系统化，分为“理论课程+实践课程”来展开教学工作[2]。其中实践课程如何规划，以达到较好掌握理论课程基础上，系统、渐进的使学生基本掌握嵌入式系统开发技能的教学目的，并满足进一步结合专业知识的嵌入式技术综合应用技能的培养，是本文研究的主题。

1实践教学规划及特点

嵌入式技术是微电子学科、计算机学科、电子技术学科与应用对象学科的结合体。因此，嵌入式系统作为计算机、电子和通信等专业的基础平台课程。该课程的目的是通过理论和实践教学，培养不同专业学生掌握嵌入式系统的基本开发流程、方法，以及使用常用开发平台开展嵌入式项目开的发设计。根据培养目标的要求，实践课程规划为三部分独立课程，其结构如图1所示。三个部分的内容属循序渐进的关系，实线内容为必须完成的课程内容，虚线内容为可选择的内容。

由于嵌入式系统具有多学科交叉、涉及知识面广、实践性和综合性强的特点，教学过程中要求学生具有一定的相关基础知识储备。本课程实践教学内容的特点是，在相关基础一致的专业中，不涉及学生学科背景的差异，结合典型的应用引导不同专业学生深入学习，进而培养他们嵌入式技术的实践能力。但由于学生不同专业导致的知识结构差异，嵌入式系统实践项目、内容的设计应符合由简单到复杂、由分散到综合、普遍和典型相结合的特点，保证能够满足不同专业、不同层次学生基本掌握嵌入式开发技术的要求，在此基础上还可以满足更高的嵌入式开发技能的锻炼要求。

由于学生是教学活动中获取知识的主动者，实践的项目内容设计还需考虑如何更好的激发学生积极性。在实验项目的规划上可将复杂的实验内容分解，将相关的内容有机结合。学生借助实验设备、实验指导，在分组合作过程中自主学习和协作讨论，让学生建立嵌入式系统的概念、掌握嵌入式系统的开发方法，熟练使用嵌入式开发工具，达到独立进行嵌入式系统开发、设计，培养学生解决问题的能力目的。

2实践教学内容安排和实施

目前主流的嵌入式系统实验教学平台大多基于ARM微处理器和实时操作系统，需要专门的开发工具和开发环境。我校的基础嵌入式系统开发实验室配备的是Embest ARM 嵌入式教学实验系统，包括Embest IDE 集成开发环境，Embest JTAG 仿真器，Flash 编程器， ARM7（S3C44B0X）兼容ARM9(S3C2410X)的Embest EduKit-III 开发板。此外还有针对通信专业学生配置的由南京东大研制的ARM9嵌入式系统+无线通信开发平台。

基于上述的实践教学的规划要求和特点，结合实践环境的配备情况，确定实践教学具体内容规划以渐进地培养实践能力，结构如图2所示。

2.1 认知型项目这层的教学项目是基础部分，由教师指导完成，目的是对嵌入式系统的组成、结构和开发环境和工具的认识和使用。此项目中学生应完成ARM开发环境的认识和使用、ARM汇编指令和C语言编程实验等实验内容[3]，让学生了解嵌入式系统的开发平台、软硬件开发环境和流程，熟悉系统的开发工具和正确的使用方法，掌握基本的嵌入式的编程方法，读懂和熟练使用汇编和C语言开发编程。

2.2 掌握型项目这层的教学项目是基本技能的训练和掌握，由教师讲解实验原理和设计思路，而学生自主完成相应的软件设计。通过基于ARM7或ARM9的嵌入式系统平台上的I/O接口、数码管接口、液晶显示驱动、网络通信和Linux操作系统应用等实验项目，学生可按照具有参考性质的指导书内容进行程序的编译和调试，进一步培养学生基本的嵌入式系统开发技能。

认知型实验和掌握型实验内容紧跟理论教学，以单元实验形式开展，并在一起作为实验课程的内容，无专业差别。

2.3 应用型项目这层教学项目是在完成上面两层内容的基础上，结合学生的专业学科知识，以课程设计的形式来完成ARM平台上一定应用功能的嵌入式系统设计。这层的项目一般由3到4名学生以组为单位在1到2周时间内完成。要求这层项目的内容应综合整个课程知识，在老师有限的指导下，学生分工协作完成项目的调研、方案设计、模块设计和系统调试等工作，进一步掌握嵌入式技术，提高学生专业技术实践能力以及团队协同能力。