嵌入式课程设计总结范文

嵌入式课程设计总结篇1

【关键词】嵌入式系统 分类教育 人才

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）09－0057－02

【Abstract】The characteristics of embedded system are analyzed in the paper. Foundation courses related to the embedded system are reasonably classified. Based on specialized features and applications of their respective professional, the instruction content of embedded system is explored to meet the demand for talents in embedded system.

【Key words】Embedded system Category education Talents

一、引 言

嵌入式是当前应用最广、最有发展前景的IT应用领域之一，它融合了电子、计算机、微电子等多种学科和技术，被广泛应用于航天、航空、工业控制、智能手机、消费类电子、信息家电、安防监控、医疗仪器、汽车电子等领域。［1］目前，嵌入式系统产品正不断渗透各个行业，并以其应用领域广、人才需求大等优势，获得更大的关注，特别是将来3G和物联网的普及与推广，应用前景非常好。

二、嵌入式系统的特点

嵌入式系统是在单片机上发展起来的，其定义是以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它涉及硬件设计和软件开发，具有系统性、综合性、实践性等特点。

1．涉及学科多、面向不同的工程师

嵌入式系统知识涉及领域广，主要与三大学科相关：微电子学科、电子技术学科、计算机学科，是多学科的融合。微电子学科涉及微控制单元MCU（Micro Controller Unit）、芯片等集成电路IC平台，即芯片级设计，主要培养的是微电子工程师；电子技术学科主要涉及硬件电路的设计、介于操作系统和硬件之间的BSP（板级支持包）和硬件驱动的开发，主要培养的是电子工程师；计算机学科主要承担嵌入式系统应用平台的构建任务，包括嵌入式操作系统、嵌入式系统的集成开发环境、程序设计语言等内容，培养的是嵌入式软件工程师。［2］

2．涉及基础课程多、综合性高

嵌入式系统要求知识面广，涉及基础课程多，与电子类专业相关的基础课程有C语言程序设计、数字电子技术、电子设计自动化（EDA）、单片机原理、可编程逻辑器件、DSP原理及应用等，与计算机类专业相关的课程有C语言程序设计、数字电子技术、计算机组成原理与结构、微机原理、数据结构、操作系统等，如果要进行嵌入式应用软件开发的还应掌握计算机网络、网络编程、数据库原理及软件工程等课程。

3．技术更新快，实践性强。

目前嵌入式系统还是属于比较新的领域，现在很多高校各专业都新开设这方面的课程。但嵌入式系统的技术发展和更新很快，从ARM处理器到嵌入式操作系统、多媒体通信、无线通信等，特别是物联网技术的发展、以IPV6为基础的下一代网络NGN（Next Generation Network）等，都给嵌入式系统的发展带来了很多机遇。同时也使得嵌入式系统与实际产品开发联系越来越紧密，必须通过大量的实验、实践环节和学生科研项目来提高学生的理论基础和实际动手能力，从而提高学生实际项目的开发能力，与市场技术接轨。

三、嵌入式系统人才分类教育探索

1．嵌入式系统的教学存在的问题

嵌入式系统的诸多特点也给嵌入式系统的教学带来了一定的难度和挑战性，首先，它不像其他课程，教学内容和知识点基本固定，课程体系已经经过十几年甚至几十年的研究和探讨，已变得非常完整，拥有非常经典的教材；其次，不同学校不同专业开设课程的内容也不一致：仅处理器的选择就有非ARM系列和ARM系列，ARM系列有Cortex－M3、ARM7、ARM9……，操作系统的选择有uC/OS－II、Linux、Win CE等，从硬件接口到操作系统，再到软件开发，涉及知识内容难于统一。有些学校偏向于理论教学；有些以嵌入式处理器为主，介绍其接口技术；有些则以嵌入式操作系统为主；［3］另外要求授课教师知识要全面，软硬兼顾，并具备一定的项目开发经验。

图1 嵌入式系统相关课程

图1所示是信息类专业嵌入式系统相关课程示意图，虚方框里分别对应的是电子类和计算机类专业在开设嵌入式系统课程之前相关的先修课程。与硬件直接相关的电子类专业主要有单片机原理、可编程逻辑器件、DSP等课程，计算机类专业主要有操作系统、计算机组成原理、微机原理与汇编语言等课程，有了这些课程的基础，才能学习嵌入式系统课程。

2．嵌入式系统的教学内容和主要知识点

从技术的角度来讲，嵌入式系统是将应用程序、操作系统和计算机硬件集成在一起的系统，见图2。硬件层以微处理器为核心，配以存储器、I/O接口、串口、网口、总线，以及LCD、触摸屏或键盘等人机接口。驱动层提供硬件抽象层和板级支持包，包括BootLoader程序和硬件驱动程序，如以太网驱动、串口驱动等。操作系统层主要有uC/OS－II、Linux、uCLinux、Vxworks、Win CE等嵌入式操作系统，包括嵌入式内核、嵌入式文件系统、嵌入式TCP/IP协议、嵌入式GUI等。最上面的应用层是针对具体项目的应用软件开发程序。

应用层 应用程序

操作系统层 嵌入式文件系统 嵌入式GUI 嵌入式内核 嵌入式TCP/IP协议

驱动层 板级初始化 LCD驱动 串口

驱动 以太网

驱动 键盘驱动 其它

驱动

硬件层 存储器 嵌入式处理器 通用接口 人机接口 I/O口

图2 典型的嵌入式系统的框架

嵌入式系统教学涉及的教学内容和主要知识点见图1右侧所示，具体如下：［4］

（1）嵌入式系统基础知识。主要介绍嵌入式系统的基本概念、特点、应用领域和发展趋势；简单介绍嵌入式系统的基本结构使学生对嵌入式系统及嵌入式软件开发有一个基本和总体上的认识。

（2）嵌入式处理器。主要以ARM处理器为例介绍嵌入式体系结构、ARM指令集和汇编程序设计；设备介绍，包括I/O口、JTAG接口、串行总线、并行总线、人机接口、有线网络和无线网络接口、硬件驱动程序开发等相关知识。

（3）嵌入式操作系统。嵌入式操作系统必须要有操作系统课程的基础，分析多任务实时的基本概念、竞争与调度算法、任务间同步与通信、存储管理、文件系统等。

（4）嵌入式应用软件开发。嵌入式应用软件开发可以从教学的角度，以一个实际案例或项目为主线，介绍一个实际项目完成所需要掌握的知识、开发方法和开发过程，从嵌入式开发平台的选择，到嵌入式操作系统的选择和移植、嵌入式图形用户界面的开发和具体应用软件的编程实现等，使得嵌入式系统课程群最终能够形成一个完备的嵌入式系统课程体系。

3．不同专业嵌入式系统课程教学内容探索

不同的专业可以结合专业自身的特点，针对不同的应用领域，以先修课程为前提，开设不同的嵌入式系统课程的内容。

（1）电子类专业。电子类专业基本上都开设单片机原理课程，以8位机为主，有较好的硬件基础，因此，在课程教学过程中应处理好单片机原理课程和嵌入式系统课程的衔接问题，并引入操作系统的知识。因电子类专业主要针对小型控制系统，基本上以嵌入式硬件产品设计和实现控制功能为主，因此在嵌入式系统的教学中应有别于计算机类专业的学生，在对嵌入式操作系统知识的讲解中只需要学生了解操作系统的工作原理，学会操作系统的具体应用开发。由于uC/OS对处理器的移植来说相对容易，因此电子类专业可尽量利用uC/OS小巧、占用空间少、实时性强的优点，以处理器为核心，讲授ARM7处理器（或Cortex－M3）＋uC/OS－II操作系统为主，学会操作系统在处理器上的移植，实现最基本的底层嵌入式系统的控制功能。具体实验项目可包含以下几部分的内容：软件开发基础实验、基本I/O接口实验、人机接口实验、设备驱动实验、嵌入式操作系统实验、综合应用实验。学生在实验中应能自己动手移植嵌入式操作系统，使学生产生一种成就感，加强他们学习嵌入式系统的兴趣。

（2）计算机类专业。计算机专业基本上都开设有程序设计基础、计算机组成原理、操作系统、微机原理或汇编语言等课程。程序设计基础为嵌入式系统课程提供了良好的嵌入式C编程基础；计算机组成原理、微机原理或汇编语言等课程为了解ARM处理器及ARM汇编指令系统的相关知识打下基础；另外可以在操作系统的实验课程里开设Linux操作系统方面的实验，加快嵌入式操作系统的理解。一般来说，从事嵌入式开发的人员应该至少熟悉一种嵌入式操作系统，考虑到计算机专业的学生以软件为主，嵌入式系统课程的学习可以开设ARM9＋Linux操作系统的内容；另外由于Win CE开发基于VC＋＋环境，而大部分计算机专业学生有开设VC＋＋程序设计这门课程，也熟悉Windows操作系统，学生可能上手比较快，因此也可以开设ARM9＋Windows CE操作系统的内容。

对于软件专业的学生来说，相对可以开设课程多些，如嵌入式系统原理与接口技术、嵌入式操作系统、嵌入式应用软件开发（如嵌入式Linux应用开发、Windows CE应用开发、3G手机软件开发等）课程，以嵌入式软件应用开发为主。

四、结束语

嵌入式系统体现了各类不同学科的交叉融合，其课程教学需要一定的知识积累、项目积累、丰富的教学经验和创新思想。从以上分析可以看出，不同专业只有结合各自专业的特点和应用领域，合理安排课程的教学内容，才能体现出自己的专业特色，并通过相应的实验、实践和实际项目去完善整个课程体系，以培养出更多的符合社会需求的高素质嵌入式系统应用型人才。

参考文献

1 徐 慧、金 敏.“三点一线”教学方法在“嵌入式系统”课程中的应用［J］.计算机教育，2009（10）：39～41

2 何立民.嵌入式系统支柱学科的交叉与融合［J］.单片机与嵌入式系统，2008（5）：5～8

3 梁宜勇、王晓萍、赵文义等.“嵌入式系统”课程教学与实践探讨［J］.中国大学教学，2009（5）：36～37

嵌入式课程设计总结篇2

关键词:嵌入式系统;课程体系;实践

嵌入式计算技术的发展可以追溯到20世纪50年代,美国空军率先利用高性能嵌入式计算机进行空中预警[1]。随着半导体与微处理器技术的发展,20世纪80年代以后,嵌入式系统迅速普及,极大地提高了各行各业的信息化水平,成为信息化社会的重要基础。随着嵌入式计算技术的蓬勃发展,嵌入式系统开发设计人才需求越来越旺盛。

1嵌入式系统课程教学的发展历程

上世纪90年代,美国科罗拉多州立大学、华盛顿大学等一些世界著名大学陆续开设了嵌入式系统课程。本世纪初,我国一些院校也相继开设了嵌入式课程,由于专业背景不同,需求各异,课程内容相差较大。清华大学、北京航天航空大学、同济大学软件学院较早开设了嵌入式系统课程[1-4]。浙江大学、天津大学从2002年开始建设嵌入式课程,已经取得了良好的教学效果[5-6]。北京工业大学对嵌入式系统课程的建设非常重视,2003年设置了嵌入式系统专业培养方向,以嵌入式体系结构作为教学的重点[7]。最初,该课程的教材缺乏,主要是原版引进或翻译,仅有少量自编教材。2005年以来,教材与参考书籍如雨后春笋般冒出来,基本上分为侧重应用型、侧重嵌入式操作系统型、侧重嵌入式处理器与操作系统结合型三种类型。

国防科技大学计算机学院从2002年开始面向本科生开设嵌入式系统课程及嵌入式系统综合课程设计,旨在使学生掌握嵌入式系统的基本知识,具有嵌入式系统的设计能力。经过几年的建设,该课程日趋成熟,2007年11月,我校出版了国家“十一五”规划教材《嵌入式系统原理与设计》[8],2009年,该课程被评为教育部―英特尔精品课程。

下面重点谈谈我校在嵌入式系统课程体系创新建设及实践方面的一点体会。

2一般嵌入式系统课程体系

嵌入式系统一般由嵌入式处理器、硬件、嵌入式操作系统及应用程序等四个部分组成,用于实现对机器或设备的控制、监视和管理等功能。它是计算机技术、通信技术、微电子技术等集成的产物,面向特定应用,技术密集,资金密集,发展迅速,已成为信息化社会的重要基础。作为一门专业课程,嵌入式系统课程着重培养学员嵌入式系统设计方法和嵌入式系统设计能力。

因此,在现有本科课程体系中,支撑嵌入式系统设计与应用的基础课程包括电工与电路基础、数字电子技术基础、模拟电子技术基础、信号与系统、通信原理、自动控制原理、计算机程序设计、计算机原理、操作系统、微机接口与控制等,核心课程为嵌入式系统,如图1所示[9]。

随着嵌入式计算技术的迅猛发展及各行各业信息化的迫切需求,嵌入式系统知识体系日趋庞大,复杂性日益增加。有的系统面向低成本应用,精打细算,分分计较;也有的系统面向高性能嵌入式计算,只求满足功能要求,不计成本。有的系统仅需要嵌入式处理器与简单操作系统就可以完成计算需求,重量只有几十克,体积不到1立方厘米,功耗只有几十毫瓦;也有的系统需要ASIC、FPGA及多处理器并行计算系统才能满足应用需求,重量达到数百公斤,体积达到几个立方米,功耗要求几千瓦。因此,仅仅靠上述嵌入式系统课程体系已经难以满足各个领域的不同需要,学生针对具体嵌入式系统的分析设计能力需要进一步加强。我们换位思考,从用人单位的角度出发,以嵌入式应用型人才培养为牵引,实现嵌入式系统课程体系的调整与优化。

3嵌入式系统课程体系的优化

结合CC2004[10],并根据嵌入式系统知识体系杂、多、乱的特点,我们对知识点进行裁剪与优化组合,构建了软、硬件有机结合的完整知识体系。

具体地说,在课程内容上设置了基础部分和高级部分,如图2所示。基础部分包括嵌入式系统导论、嵌入式系统设计工程、嵌入式系统综合课程设计。主要知识点有嵌入式系统的基本概念;嵌入式系统的设计方法、设计过程及实例分析;嵌入式处理器的基本情况及处理器的编程模型;典型存储器、总线、基本I/O接口部件;嵌入式操作系统与实时操作系统、典型嵌入式操作系统;实时编程结构、BSP设计、Bootloader设计及嵌入式系统的开发模式。高级部分包括高性能嵌入式计算及嵌入式系统高级实验。主要知识点有高性能嵌入式计算概述;嵌入式多处理器、多处理器体系结构、多处理器设计方法;实时多处理器操作系统;软硬件系统设计平台、软硬件协同综合算法、软硬件协同仿真;高性能嵌入式计算的案例分析。

该课程体系注重高低搭配、层次划分,满足不同用户的需要和学生的个性发展需要。我们还增加了选修课程高性能嵌入式计算,该课程是前面知识的大综合,直接面向深空探索、预警探测等高性能嵌入式计算领域需求,从系统的角度看待嵌入式系统的设计过程,极大地拓宽了学生视野。美国麻省理工学院林肯实验室就是高性能嵌入式计算研究中的佼佼者,与美国空军关系极为密切,它的使命就是以技术支撑国家安全。上个世纪50年代以来,该实验室就致力于高性能嵌入式计算的研究及其在尖端武器装备中的应用,例如机载预警雷达中的信号处理装置,计算量接近万亿次,还要满足体积、重量、功耗的约束。

学生可根据自己的基础、能力及兴趣选择不同的教学内容及配套实验,实现教学的层次性和多样性,满足各类人员的需要。以图2为例,可以有三个选择方案。方案一侧重于嵌入式系统的硬件设计,所选课程为嵌入式系统导论及相应的综合课程设计;方案二侧重于嵌入式系统的软件设计,所选课程为嵌入式系统设计工程及相应的综合课程设计;如果软硬兼修,则可选择第三个方案,所选课程为嵌入式系统导论、嵌入式系统设计工程及相应的综合课程设计。如果需要继续深造,可在上述三个方案之一的基础上,继续选择高性能嵌入式计算及嵌入式系统高级实验。

嵌入式系统的知识体系发展迅猛,知识更新快,应用面广,学科交叉度高。这就要求教学内容更新快,学生的专业面要宽,基础要扎实,同时更应注意提高适应学科发展和广阔应用面的能力,感受、理解知识产生和发展的过程,具有自主学习、拓展知识的能力和可持续发展的能力。

4实践教学与案例分析

嵌入式系统是一门实践性很强的课程,只有做过才能理解。为了全面加强学生动手能力的培养,实践教学分为3个层次。第1个层次是验证实验,与课程内容基础部分相呼应,仅要求学生按照实验指导书和课堂演示一步一步作实验,熟悉软硬件开发环境、加深理解知识及实验体验。第2个层次是综合课程设计实验,是嵌入式系统课程体系的大综合,由教师提供元器件,学生根据要求搭建实验平台,完成实验,进行系统方案设计、硬件设计、元器件装焊、固件设计及系统集成及调试等工作。学生要走完一个项目的全过程(例如智能温度采集系统设计与实现),重视方案设计、节点检查、全过程培养。第3个层次是高性能嵌入式计算实验,与课程内容高级部分相呼应,是应用学科与高性能计算技术的大综合,要求基于Xscale或凌动(Atom)等高性能开发板作一个复杂嵌入式系统实验(例如基于多处理器的合成孔径雷达成像处理系统设计与实现),实现在体积、重量和功耗约束下求解满足功能需求的高性能专用计算系统。

通过近20个班次的实验教学,大部分学生均能顺利完成基础工作,达到课程实验的基本要求,少部分学生作了一些特色发挥,学生普遍反映方案设计能力、动手能力得到了提高。我们的做法是:重视实验,集中时间作实验,让学生有充分的时间完成实验;大量使用助教,并要求助教首先完成相关实验,这样指导学生才能得心应手;重视系统设计,重视方案设计。

在教学过程中,我们还尽可能引入科研项目的典型案例,让学生理解方案设计在项目实施过程的重要作用。图3就是实际案例“数字中短波收音机”的功能框图,其分析过程充分展示了从用户需求到系统分析、系统设计及系统测试的全过程,突出体系架构设计、嵌入式处理器和嵌入式操作系统的选型,这些都是嵌入式系统教学的基本要素。在方案设计阶段,教师还着重介绍了处理流程的形成过程、计算量分析(滤波、傅立叶变换、Viterbi译码);在系统测试阶段,通过大量的测试,教师以图表形式说明了系统实时性的分析过程,这些都是普通教学中难以体现的地方。实践教学与案例分析还是教学科研相结合的有效途径,教师可从科研活动中获取丰富的教学素材,学生亦可参与到真实的科研工作中去。

5结语

回顾嵌入式系统课程体系的发展历程,可以用“与时俱进,开拓创新”来总结。对嵌入式系统相关课程体系的调整和优化,改善了现有课程体系的一些不足,尽可能满足学科发展的需要,也让学生具有更多的个性发展空间,以满足不同领域嵌入式应用的需要。

然而,嵌入式计算技术发展迅速,日新月异,如何在现有教学内容中体现最新的发展成果,培养出满足社会发展需要的高素质人才,是我们面临的新挑战。希望上述教学及科研工作的心得体会能起到抛砖引玉的作用,希望能与同行们进行更广泛的交流。

注:本研究受到国防科技大学“十一五”教育教学研究课题支持,在此表示感谢。

参考文献:

[1] Martinez David R,Bond Robert A,Michael Vai M. High Performance Embedded Computing Handbook-A Systems Perspective[M]. The USA Florida Boca Raton:CRC Press,2008

[2] 王田苗. 嵌入式系统设计与实例开发[M]. 北京:清华大学出版社,2003.

[3] 尚利宏. 北京航空航天大学“嵌入式系统设计”精品课程建设[J]. 计算机教育,2006(8):7-9.

[4] 何宗键. 同济大学软件学院嵌入式软件开发导论课程介绍[J]. 计算机教育,2006(8):4-6.

[5] 陈天洲. 嵌入式系统精品课程建设[J]. 高校计算机教学与研究,2007,1(10):1-4.

[6] 王金刚. 天津大学“嵌入式”精品课程介绍[J]. 计算机教育,2006(8):10-11.

[7] 韩德强,孙燕英. 北京工业大学嵌入式系统精品课程建设[J]. 计算机教育,2006(8):12-14.

[8] 王志英,李宗伯,王苏峰,等. 嵌入式系统原理与设计[M]. 北京:高等教育出版社,2007.

[9] 王苏峰,肖侬,唐玉华,等. 嵌入式系统的多样性教学探讨[J]. 计算机教育,2008(14):53-54.

[10] The Joint Task Force on Computer Engineering Curricula. Computer Engineering 2004[R]. IEEE Computer Society Association for Computing Machinery,2004[2009-08-30]. /education/education/curric_vols/ CE-Final-Report.pdf.

Embedded System Course System and Its Exploration of Innovative Practice

WANG Su-feng, NING Hong, LU Hong-yi, HOU Fang-yong, WANG Jin

(Computer School, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)

Abstract: With the rapid development of embedded computer technology and information technology industries urgent need, that students analyze and solve practical problems for embedded applications needs to be improved. Author proposed that embedded systems course system should have an overall optimization, the level of matching and level of division. According to their own base, capabilities and interests, students can select a different content of teaching content as well as ancillary experiment. So that the course system reflects the level and diversity of the teaching, and strive to provide students with enough character development to meet the demands of embedded applications in different areas of system design requirements.

嵌入式课程设计总结篇3

【关键词】高职院校；嵌入式；教学

要求从业者掌握相关软硬件知识。社会对于嵌入式系统设计人才的需求非常大，目前很多高校多个专业都开展了嵌入式系统这门课程。嵌入式系统技术作为一门综合交叉性技术，涉及计算机、电子、通信等多门学科，并且与具体行业背景相结合，嵌入式系统及应用课程教学内容较多，硬件上涉及ARM处理器体系机构、接口技术；软件涉及汇编编程、C编程以及嵌入式操作系统的讲解，具有综合性强、实践性强的特点。因此，要想更好的发挥这门课的教学，需要我们在教法上不断突破创新。

1 课堂理论教学

1.1 比较式教学法

嵌入式系统课程教学内容包含软硬件两部分。硬件是以ARM处理器为讲解对象，这一部分内容理论知识偏多、难懂，涉及底层的ARM体系结构。如处理器模式、寻址方式、寄存器组织等；软件方面涉及汇编语言和C程序设计。其中汇编编程部分相对比较枯燥，也是学生容易产生抵触情绪的地方。这部分内容实际上与以往学过的“微机原理及应用”和“51单片机”课程有着一定联系的，这三门课程都是基于不同计算机处理器的教学，应该可以归为一个课程体系。在这一块内容的教学上引导学生把这三者加以比较，比如三种处理器的堆栈类型、寄存器结构、汇编程序，尤其是51单片机同ARM处理器一样同属于嵌入式处理器，在比较中学习会吸引学生注意力，更加印象深刻。而且引导学生站在一定的高度上整体的理解嵌入式系统各种不同类型的处理器，视野更开阔的看待问题，不要仅仅着眼于某一款芯片，更能够举一反三，触类旁通，达到教学目的。

1.2 嵌入式操作系统UCOS-II的教学

嵌入式操作系统内容讲授的是UCOS-II。操作系统是相对复杂的软件系统，需要学生具备一定的软件基础，而电子专业学生学过的软件课程有限，一般只修过C语言程序设计，没有学过“数据结构”、“算法分析”、“操作系统”等软件课程，这些都为他们学习、理解嵌入式操作系统增加了难度。如何让这些学生在有限的学时内能相对轻松的学习嵌入式操作系统UCOS-II这部分内容，是需要解决的问题。在讲解UCOS-II前可以先把UCOS源代码涉及的位图、链表等数据结构提出来强调，有利于为后续内容任务就绪表、任务控制块链表等做好铺垫。电子课件PPT的制作、讲解中尽量使用轻松易懂的风格教授学生，避免一般教材中“一本正经”的讲述风格，有利于降低这部分内容的枯燥性，提高软件功底不深的非计算机专业学生的学习兴趣。

2 课堂实验教学

2.1 实验教学的改进

嵌入式系统课程要求培养学生的实际动手设计、开发能力。在教学过程中目前主要是依靠课内实验的训练。目前的实验教学是采用学校购置的ARM实验箱，配套有相应的实验指导书，实验教学内容也就是根据该实验指导书安排相应实验项目。结合实际教学效果来看，本人认为通过这样的实验课程，学生的嵌入式系统设计能力不能得到足够的有针对性的训练。首先，嵌入式系统是软硬件结合的整体，既要有一定的软件编程能力，也要求有硬件电路设计、联合调试能力。目前选用的实验箱设备硬件上功能单元齐全，但最大的缺点是硬件电路已经设计好 并已经固定，学生无法自己动手设计、连接硬件单元。实验箱

硬件功能模块很全，对于初学者未必是好事，除少部分参加过电子大赛有一定基础的学生，很多学生对于硬件电路的搭建没有直观的感受，对于电路原理图不能去理解甚至不会关心。

学生无法亲自动手参与到硬件电路的设计、焊接及调试，硬件设计能力的训练得不到体现。

实验教学内容也是按照实验箱配套指导书按步骤进行软件实验，所以学生在系统接口扩展和电路设计方面能力较弱。另外由于箱体体积大，受到实验室的时间和位置的限制，学生的课外参与性大打折扣。本人认为可以换一种实验思路，通过购买小巧的开发板，涉及到硬件电路的实验由学生亲自动手设计、焊接元件，使学生有直观的感受，电路设计能力也能达到训练。开发板可以学院组织学生自费统一购买，也可以学院考虑资助一部分，课程学完学生归个人所有。以后可以自己做开发用，毕业设计时学生也能基于开发板做设计，可以说一次投资以后都受用。而且开发板体积小巧、携带方便，下课学生可以带回宿舍使用，不局限在实验室。这样既解决了实验学时不足的问题，又能使学生做复杂性的实验项目，使课外实验更实用、灵活、有效。

2.2 强化实验操作考核

每次实验课堂上根据学生的完成情况，每组学生完成实验时，通过对他们分别提出针对本次实验的相关问题。学生有没有亲自动手做实验，积极思考，结果一目了然，根据回答情况酌情打分，记录在平时实验成绩上，最后汇总整个课程成绩。通过这种方式给学生以适当压力，部分学生懒于动手，只等着其他同学作出实验结果坐享其成的现象得到解决，学生会认真对待实验项目，真正地投入到动手实验过程，从而提高实际动手能力。

3 项目化教学

各章教学内容讲解完后，学生掌握的还只是分散的、孤立的个知识点，嵌入式技术最终要应用到一个具体的系统中。在教学的最后要引入一个具体的嵌入式系统实例，“庖丁解牛”地将系统分解，将其中的技术分解落实到相关的章节中，让学生建立系统的概念，认识到学习这些知识的意义所在，不仅要掌握“学了什么”，更要知道“学了有什么用”，当要设计一个系统时如何下手，会将所学知识整合。

4 第二课堂活动的开展

课程的教学不应该紧紧局限在有限的课堂空间，积极开展有效的第二课堂也是巩固学生所学的重要并且有效的手段。

4.1 课后科研训练

在课堂外，引导能力突出的学生参与教师的相关研究课题，申报大学生创新项目，积极参加各类电子设计大赛，如“飞思卡尔”杯全国智能汽车大赛、全国大学生电子设计大赛等。在这些活动中，学生的动手能力、团队协作能力、新知识获取能力能够得到切实的锻炼，可以成为课堂教学的有效补充，而这些也是一名嵌入式系统设计人员必须具备的能力。从已有的学生参赛结果情况看，本专业学生在各类电子设计大赛中积极参与，也取得了不错的成绩。

4.2 毕业设计

毕业设计选题可以给出嵌入式系统设计的题目让学生选择，让更多的学生有动手设计嵌入式系统的机会，既锻炼了学生的嵌入式系统设计的实际能力，也是对课程教学内容、教学效果的检验。

嵌入式系统技术处于不断的发展更新中，高校嵌入式系统课程的教学也应与时俱进，不论是教学内容还是教学方法都需要任课教师在教学活动中不断总结、摸索，找到适合本校本专业学生的方法，这样才能培养出适合社会需要的嵌入式设计人才。

【参考文献】

[1]谢小云.以工程项目为中心的嵌入式系统教学模式探讨[J].江西理工大学学报，2010（4）：58-61.

[2]权宁一.嵌入式系统专业实验教学改革的探索与实践[J].实验技术与管理， 2011（3）：14

嵌入式课程设计总结篇4

嵌入式系统的研究内容较为宽泛，其中主要包括嵌入式硬件设计和软件设计。嵌入式软、硬件设计的教学内容的选取原则应是适合本科生学习、与课程学时匹配、并具有较好的课堂展示效果。因此嵌入式课程教学内容的合理选取对课程授课效率和学生的学习效果起着至关重要的作用。

（一）嵌入式系统课程硬件设计教学内容的选取

嵌入式系统硬件是嵌入式系统的重要组成部分，是嵌入式系统与实际环境交互的载体，其性能的优劣直接影响嵌入式系统的可靠性和实时性，决定嵌入式系统设计的成败，因此硬件设计在嵌入式系统设计中处于十分重要位置。在嵌入式硬件教学中，嵌入式课程的首先需要向学生介绍嵌入式系统的硬件在系统中的作用，并以日常生活中常见的嵌入式系统设备为例（例如手机、MP3播放器等等）直观的讲解嵌入式系统硬件结构，帮助学生建立嵌入式硬件系统的基本概念。在此基础上，嵌入式系统课程应着重讲授嵌入式系统硬件体系结构，从硬件体系结构的三个层次给学生讲解嵌入式系统硬件设计。

1.嵌入式处理器，它是嵌入式系统的核心部件，负责整个嵌入式系统的运行。嵌入式处理器选型原则是硬件设计的重要教学内容之一，嵌入式系统课程应能引导学生了解处理器选型时应考虑的因素，如处理器性能、价格以及可获得的技术支持等等，培养学生根据种嵌入式处理器的特点和实际工程需要对处理器选型能力[3]，为其后续嵌入式硬件设计的学习奠定基础。

2.嵌入式系统的电路，主要包括嵌入式系统存储器、时钟电路、数据端口、复位电路和系统电源电路等等，其中，时钟电路、复位电路和系统电源电路为嵌入式系统最基本单元，具有这三个基本单元和处理器单元的系统即可正常工作，也称其为嵌入式最小系统。嵌入式课程应能帮助学生了解嵌入式系统电路种类、功能及其设计方法，建立嵌入式最小系统的概念。

3.嵌入式系统外部设备，主要是指嵌入式系统与真实环境交互的各种设备，包括外存储设备（如FlashCard）、IO设备（如键盘、鼠标等）、打印设备（如打印机）。在学生了解嵌入式系统硬件的三个层次的基础上，嵌入式课程应选择一款适合课堂教学的处理器，并具体的讲解嵌入式硬件的各个电路的设计内容、设计方法和设计目标。嵌入式课程硬件教学在选择处理器作为授课和研究对象时，应该考虑应用广泛且学习难度较低的嵌入式微控制器。在众多的嵌入式微处理器中，ST公司于2011年推出的基于Cortex-M4内核的STM32F104微处理器具有广阔的市场应用前景，广泛应用于工业控制、多媒体、精密仪器、家电等各个领域，STM32F104微处理器对于初学者来说具有开发简单、直观并且可获取丰富的网络支持的特点，因此本文以基于STM32F104微处理器的嵌入式系统为课程硬件教学内容，介绍STM32F104微处理器的主要特性，如处理的主频、字长等，并以框图形式介绍STM32F104微处理器的内部结构和片上的各个功能模块，如片上内存、片上AD和DA转换器、各种通信接口等。同时，任课教师应指导学生如何阅读芯片的英文数据手册，掌握英文数据手册的章节安排和阅读方法，提高学生英文文献的阅读水平，并能从中快速获取芯片的主要性能指标。在嵌入式系统电路设计教学中，嵌入式课程必须着重强调系统的电源电路设计、复位电路设计以及时钟电路设计。

嵌入式电源电路设计教学主要向学生介绍电源电路的两种类型，即线性电源和开关电源，以及两种电源电路的拓扑结构、工作原理和各自特点以及应用场合，并在此基础上向学生介绍2~3种常用的电源控制芯片，如线性电源常采用LM7805、AMS1117-3.3等线性稳压芯片，开关电源则常采用LM2596、MP2359等开关电源芯片，简单介绍各个电源芯片的主要参数，如输入电压范围、输出电流等参数等。嵌入式系统时钟电路设计的课程教学主要向学生介绍两种类型的时钟电路，即无源晶体和有源晶振电路，讲解这两种类型时钟的特点和应用场合以及时钟电路设计的注意的事项，并用多媒体给出两种类型电路结构，向学生分析电路中各个元件的作用。嵌入式系统复位电路教学需向学生介绍两种类型的嵌入式复位电路，即阻容式复位和专用复位芯片复位，介绍两种电路的特点，同时介绍几款常用的专用复位芯片(如MAX811)，让学生掌握嵌入式系统复位电路的设计方法。如果说嵌入式处理器是嵌入式系统的大脑，那么嵌入式系统的IO设备是嵌入式系统的四肢，是和现实世界交互的设备，嵌入式系统IO设备的教学需引导学生建立嵌入式系统中IO设备的概念，并举例说明嵌入式系统常用的一些IO设备，如嵌入式显示屏、键盘、打印机等。在IO设备的教学中，课程应首先介绍IO设备与嵌入式处理器的接口技术，分别介绍并行接口和串行接口，指导学生学习接口类型，并根据实际工程需要选择不同接口类型的IO设备，同时引导学生掌握各种接口的时序，并能够熟悉几种常用的接口类型，如I2C、Intel式并行口、SPI等接口以及各种接口的数据传输速率和物理接线数目等。

（二）嵌入式课程软件设计教学内容的选取

嵌入式软件是嵌入式系统的灵魂，与嵌入式硬件一起作为嵌入式设计的核心内容，因此，嵌入式系统软件设计是嵌入式课程授课的重要内容之一。嵌入式软件教学应注重培养学生的嵌入式软件开发能力，向学生讲解嵌入式系统的软件体系结构，即嵌入式软件可分为应用程序、应用程序接口、嵌入式操作系统、硬件设备驱动程序，加强学生对各个软件层次的把握。嵌入式软件设计授课需要向学生讲授各软件层的功能与特点、嵌入式软件开发所需要具备的先行课程知识，明确嵌入式实时操作系统是嵌入式软件的核心，引导学生根据嵌入式系统的软件体系结构学会软件设计的分工。嵌入式课程应能够向学生介绍几种目前较为流行的嵌入式操作系统，让学生对目前常用的嵌入式操作系统的发展状况及其主要特点有所了解。目前，嵌入式实时操作系统可分为两种类型，即商用型和免费型，商用型操作系统有Vxworks、Wince、PalmOS等，商用型操作系统功能稳定、可靠，有完善的技术支持和售后服务，但是价格昂贵；免费型操作系统在价格方面具有较大的优势，主要以Linux为代表，嵌入式系统课程应要求学生能够熟悉并掌握一种嵌入式操作系统的基本原理和使用方法。

μC/OS-II嵌入式操作系统是一种规模较小和源码开放的嵌入式操作系统，比较适合初学者学习和课堂教学，特别是学生在具备μC/OS-II操作系统基础和学习经验之后，再学习某些大型的操作系统（如嵌入式Linux）则可大大提高学习效率并获得较好的学习效果，因此本文选取μC/OS-II操作系统作为嵌入式操作系统的授课内容和研究对象，并以μC/OS-II操作系统为例讲授基于嵌入式系统的应用程序开发、驱动程序开发以及图形用户接口的使用方法。同时，嵌入式软件教学需向学生介绍嵌入式软件开发工具和开发平台，其中主要介绍交叉开发系统调试结构和使用方法。嵌入式交叉开发系统由宿主机系统、通信系统和目标机系统构成[4]，嵌入式课程教学需要帮助学生直观的了解嵌入式软件开发的工作形式、嵌入式软件开发需要具备哪些条件和做哪些准备工作。同时，嵌入式课程需要向学生讲解1~2种嵌入式微处理器的上位机开发软件，目前STM32F104微处理器的软件开发普遍采用KeilμVision开发软件以及JLINK仿真器，则嵌入式课程需要向学生介绍KeilμVision开发环境设置方法、工程项目的建立方法、JLINK仿真器硬件连接方式以及驱动程序安装方法，使得学生能够自主构建基于STM32F104微处理器的嵌入式系统软、硬件开发平台，并能在此开发平台上新建工程项目、下载程序、仿真运行、断点跟踪调试等。

二、嵌入式系统教学方式的优化

在嵌入式系统教学过程中，任课教师必须研究和制定一套有效的教学方式，合理安排课程授课内容顺序，注重知识的承前启后，对嵌入式系统的一些先行课的相关章节知识点需要进行必要的复习，比如在硬件设计中，需复习模拟电路、数字电路、微机原理及接口技术等课程的相关知识点，在嵌入式软件设计教学中，需复习C语言程序设计、操作系统、数据结构等课程，为嵌入式系统课程作必要的准备。

（一）嵌入式课程硬件设计教学方式改革

嵌入式硬件设计教学中，任课教师可在课堂上准备一些实验设备[5]，将软、硬件实验直接融合到理论课程的教学中，在课堂上首先向学生展示一块嵌入式系统硬件电路板，如STM32F104应用开发电路板，让学生近距离观察电路结构和板上的各种元器件，并作简要介绍，使得学生能够直观的认识嵌入式系统硬件电路，然后以提问的方式引导学生对电路图如何设计和生成产生兴趣，授课教师此时可介绍嵌入式硬件设计步骤以及电路设计的相关软件，让学生了解嵌入式硬件原理图和印制电路板图（PCB图）设计过程和设计方法。在此基础上，授课教师在课堂上以一个简单的嵌入式电路系统为例，现场安装Protel电路图绘制软件，讲解并演示电路原理图和PCB图的绘制步骤和方法。在电路图设计的演示之后，授课教师应给学生讲解硬件电路的调试过程和调试方法，让学生掌握嵌入式电源电路、时钟电路、接口电路的调试方法，并在课堂上现场演示硬件调试，最后以处理器的一个IO接口控制的LED灯闪烁为例，编写LED灯闪烁的例程，让学生直观的把握嵌入式系统调试方法。

（二）嵌入式课程软件设计教学方式优化

嵌入式软件教学的主要内容是嵌入式操作系统的移植方法、使用方法和应用程序编写。授课教师在讲解嵌入式操作系统的使用方法时，可在课堂上利用多媒体教学手段基于μC/OS-II的操作系统编写应用程序，在操作系统的每个任务的主循环中添加断点，让学生直观的感受操作系统多任务切换机制，并以一个简单的软件例程，要求学生现场进行构思，开展广泛的交流，然后将学生构思的各种方案在多媒体上进行现场编程实现、输出结果，让学生对自己方案的正确性、合理性有直观的认识和理解，并促使其对方案进行修正，以使学生迅速掌握μC/OS-II的操作系统的使用方法和应用程序设计方法。

三、嵌入式系统实验和实践教学的优化

实验教学和实践教学是教学过程中重要环节，可提高学生对理论知识的理解和把握，培养学生工程实践能力、独立思考解决问题的能力。学生可以通过实验来验证理论课程知识，对于课堂上的例程，学生可以通过自己的学习和理解对其进行修改，然后进行实验，验证其修改正确与否，这是一种极其有效的学习方法。嵌入式系统课程设计是嵌入式系统课程的工程实践环节，旨在训练学生的动手实践能力和培养学生的方案论证能力、工程项目设计和开发能力，适应学生就业和社会需求。

（一）嵌入式课程实验教学

嵌入式实验教学需要向学生详细介绍实验系统的拓扑结构、电原理图和系统的软件开发环境，并以一个简单的例程引导学生熟悉和如何使用实验系统的硬件电路和软件开发环境以及实验操作步骤。实验课程的章节内容安排应遵循由简入繁的原则，明确实验方法、实验步骤和实验目的，引导学生从一个简单的IO端口控制LED灯闪烁的例程开始学习，完成从新建工程、编写程序、下载程序调试、观看实验结果的实验过程，再以2~3个难度逐步增加的实验，明确实验目标（即实验成功后应看到的实验现象），激发学生的学习和动手实验的兴趣。学生在实验期间遇到问题，指导教师应积极引导学生检查问题并解决问题，而并非直接告诉学生答案，培养学生独立思考和解决问题的能力。在学生正确完成实验后，指导教师应积极鼓励学生采用多种不同的软件算法完成同一个实验，提高学生的编程能力和拓宽学生的视野。在完成实验的基础上，指导教师应鼓励学生在现有实验系统的基础上开发一些简单的电子设备，如数字电子钟、数字温度计、计算器等，让学生切身的感受到嵌入式技术的广泛用途。

（二）嵌入式课程设计教学

嵌入式系统作为一门应用性很强的课程，进行项目化教学是课程设计教学改革的必由之路[6]。本文采用项目开发为驱动的课程设计形式，引导学生自主学习嵌入式硬件设计、操作系统移植、驱动设计、应用程序设计，以一个完整的项目开发作为课程设计任务，让学生全面掌握嵌入式系统设计的全部过程，巩固所学的理论知识。在课程设计选题方面，指导教师可提供一定数量设计课题，设计课题需具备较高的综合性和可行性，难度适中，要能够达到训练学生嵌入式方案论证能力和软、硬件设计能力的目的。学生也可根据自身的知识特点拟定课题，经指导教师审核修改后进行课程设计，同样，自拟课题也要达到综合训练的目的。课程设计的选题和实施应能培养学生的嵌入式方案论证和制定项目具体实施计划的能力，规范学生的嵌入式项目开发方法和开发步骤。在嵌入式系统课程设计结束后，学校应提倡以学院为单位组织嵌入式系统设计大赛，进一步锻炼学生嵌入式工程实践能力，达到学以致用的目的。

四、结论

本文在作者几年来嵌入式系统教学实践中，对嵌入式系统教学改革进行实践和研究，其主要任务是对嵌入式课程的特点进行分析和总结，并针对嵌入式课程教学的特点和要求对嵌入式课程教学内容、教学方式、实践教学进行分析和研究，探索嵌入式教学的有效途径。本文以STM32F104应用开发电路板为内容分析和讲解硬件设计流程，以易于学习和掌握的μC/OS-II嵌入式操作系统为主要的软件授课内容。在教学方式上，本文提出了利用多媒体教学手段在课堂上对照嵌入式STM32F104实验开发系统直观讲解、采用绘图软件演示嵌入式系统硬件电路的绘制过程和绘制方法、现场编写嵌入式程序及演示实验结果、以项目开发和小课题设计为驱动的课程设计方法，引导学生积极主动的思考和探索，激发学生对嵌入式系统的学习兴趣，提高嵌入式系统教学质量和课堂授课效率，培养学生的嵌入式软、硬件设计能力和嵌入式工程项目的研发能力，切实提高学生的嵌入式项目的工程实践能力。

嵌入式课程设计总结篇5

关键词：卓越计划；CDIO；嵌入式系统

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2017）14-0028-03

一、引言

自进入21世纪以来，随着经济全球化，信息全球化的进程不断加快，市场对高素质工程人才的需求不断增长。目前，我国高等工程教育规模已达到高等教育总规模1 /3以上，跃居世界第一[1]。然而，我国培养的工程人才在质量上与国外高校相比仍然相差甚远。据麦肯锡季刊载文[2]指出，我国仅仅只有10%的工科毕业生达到跨国公司的用人标准。

为了实现在2020年将我国建设成为创新型国家，2010 年国家教育部启动了“卓越工程师培养计划”（简称“卓越计划”），旨在培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型高质量工程技术人才[3]。东华理工大学机电学院电子信息工程专业2013年开始实施“卓越计划”试点班，通过借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，采用成熟CDIO工程教育理念实现培养目标，系统改革了人才选拔和培养管理模式。本文是在东华理工大学卓越工程师试点班“嵌入式系统设计”课程基础上，通过实施CDIO教学模式的经验总结。

二、课程反思

嵌入式系统设计课程是电子信息工程专业高年级学生的必修主干课程，是一门综合性强、知识覆盖面广、实践性极强的课程。教师如何上好这门课，学生如何学好这门课一直是一个难题。尽管本学院一直在教学内容、教学方法等方面进行改革，教学内容由原来的ARM7体系结构更新到Cortex-M3体系结构，并自主开发了STM32 实验教学平台。笔者根据多年从事 “嵌入式系统设计”课程的教学工作经验，认为传统的理论加实验的教学模式普遍存在如下问题：

1） 理论课时多，实验课时少。以我院电子信息工程专业为例，理论学时38学时，实验学时16学时。在如此有限的实验学时内，学生的实践能力难以得到锻炼。

2） 实验类型单一，每次实验往往只是对单个知识点训练，导致学生常常“只见树木，不见森林”，设计和开发完整嵌入式系统的能力弱。

3） 经典教材缺乏，因为各个学校采用的实验教学平台不同，很多时候选用的教材难以与现有平台配套。

4） 师资力量薄弱，大部分教师缺乏企业工作经历，双师型人才匮乏。

5） 评价方式单一，仅仅依靠实验报告及试卷成绩作为评价学生能力的标准，缺乏实践及应用能力的考量。

传统的教学体系和考核方式严重地束缚了工程人才质量的提高，对该课程进行教学模式改革势在必行。

三、CDIO工程教育理念

CDIO全称为 Conceive―Design―Implement―Operate（构思―设计―实施―运作），该教育模式是由 MIT 等世界名校在2000年提出并推广的工程教育理念，在中国最早由汕头大学将CDIO工程教育理念引入工程教育领域[4]，经过近十余年的发展已经在上百所高校得到推广应用，并取得了良好效果。CDIO教育模式以真实世界的产品从构思到运行的全生命周期为载体，将理论、实践和创新融为一体，解决工程教育中理论与实践脱节的问题[5]，以培养满足行业需求的合格工程人才为最终目标，CDIO 工程教育的基本理念与“卓越计划”人才培养需求不谋而合。在嵌入式系统设计教学中引入 CDIO 的工程教育理念，有利于调动学生的学习积极性，有利于学生实践动手能力和系统性思维的培养，有利于培养学生团队协作沟通能力和创新设计能力，从而实现卓越工程师的培养目标。

四、构建基于“卓越计划”和CDIO 的课程教学体系

笔者依托东华理工大学教改课题嵌入式系统设计课程改革研究和实践，针对传统教学模式的弊端，在“卓越计划”系统框架的指导下，结合专业实际情况引入CDIO工程教育理念，倡导在培养优化师资队伍的同时，实施以实际工程项目为中心、学生自主探究式学习为主的一体化教学模式。通过“3+1”新型校企联合培养模式，o予学生更多参与实际工程的机会，让学生的综合能力更贴近市场和企业的需求。通过将嵌入式系统课程内容和CDIO的工程理念紧密结合起来，以促进学生与教师共同发展为目的，提出了如图1所示嵌入式系统设计课程教学模式。

1.加强教师团队建设

名师出高徒，优质的师资队伍是卓越工程师培养的人力资源基础，其中CDIO 标准中第九条明确指出：必须采取行动提高教师工程实践能力[6]，参与“卓越计划”的高校教师的整体素质直接关系到卓越工程师培养的质量[7]。虽然担任本专业嵌入式系统课程的教师通过科研和社会服务项目积累了一定的工程实践经验，但与“卓越计划”的需要仍然存在差距。为了保证CDIO模式在嵌入式系统教学中顺利有效实施，东华理工大学机电学院主要采取如下三大措施来建设具有工程项目研发能力的“双师型”教学团队。

（1）深化校企合作，引入企业兼职导师。为了保证课程内与市场行业工程项目需求紧密结合，院里与电子36所、杭州三维通信有限公司、江苏盛泰信通科技有限公司、江西联创电子有限公司等共同建设嵌入式系统实习基地，并从这些公司聘请了近二十位兼职导师，主要参与课程内容设计、课程结果评价和学生实习毕业论文指导。

（2）加大现有教师再培养，学院先后资助两位教师到深圳信盈达电子有限公司完成嵌入式课程培训，有利于进一步完善教师嵌入式知识结构，引进了市场培训机构嵌入式项目培训经验。

（3）鼓励教师进入企业挂职锻炼，积累实际工程经验，通过多渠道来提升教师工程实践能力。

2.教学内容体系设计

嵌入式系统设计课程教学内容改革核心思想是以行业需求为导向、以真实项目为载体，围绕理论实践一体化CDIO教育理念，设计了以下三个模块：嵌入式项目案例库、课程内容设计和课程教学方法模块，如图2所示，旨在培养具有较强的工程实践综合能力嵌入式领域专业人才。

（1）嵌入式项目案例库建设，从合作企业、教师科研项目和平时的科技创新竞赛活动中筛选出一些有代表性的项目样板加入嵌入式项目案例库，这样做有两个优点，一方面可以为教学提供素材，另一方面可以让学生有一些可模仿对象，在设计嵌入式产品的时候可以借鉴这些样板。到目前为止我们积累了无线点菜机、MP3播放器、数据相框、远程视频监控等数十个案例。

（2）嵌入式课程是一门多学科交叉的综合性课程，涉及到数/模电、微机原理、程序设计和操作系统等多学科知识，采用CDIO项目化教学可以将零散知识以项目实现为主线连贯起来。如选用点菜机项目作为教学案例，可将该系统分为若干子模块：最小系统模块、输入模块、无线通信模块、输出显示模块等，将硬件设计、软件设计和项目管理等相关教学知识点融入到各模块实现的过程中。

（3）本课程采用课前自主式、课中巩固式和课后提升式教学策略。教师根据所选教学项目案例分解教学知识点，为单个知识点录制微课视频和准备实验样例及参考资料，并布置学习任务，由学生课前自主式完成课前任务并给出反馈信息；课中教师主要对重点及难点知识进行梳理并根据学生课前学习的问题组织讨论，对知识点进行巩固；课后由学生根据所学知识点实现并扩展课程项目相关模块功能。

3.教学项目实施过程设计

基于CDIO进行教学改革的最大特点是教学内容以实际工程项目为蓝本，以市场行业需求为导向，以培养学生综合素质为目标。在整个教学项目实施过程中，学生以团队内协作、团队间协作加竞争的方式进行自主探究式学习，教师主要起指导作用，由学生完成一次构思―设计―实施―运行的全过程[8]，教师在每个阶段给予反馈和评价来促使学生在整个过程中持续改进。要求学生以文档形式来对各阶段工作进行总结，以提高学生文档撰写和知识归纳总结能力。

4.多元化评价体系

针对传统单一评价模式的弊端，我们采用“过程”和“结果”两方面相结合的多元化学习评价机制。在教学项目实施的整个过程中，采用持续性评价体系来对学生进行考核，在项目实施的每个阶段教师根据学生对团队及项目的贡献、课前子任务的完成情况、文档撰写质量、项目创新性、面对面答辩和课堂表现等做出综合评价得分。教师对学习过程的评价，需要考虑学生的学习能力和学习成效等多方面的因素，激励和引导学习者提高学习兴趣[9]。学生在本课程结束后将在企业进行为期一年的实习，根据用人单位的反馈信息和学生问卷调查来完成对本门课程效果评价，最后根据评价情况不断改进教学内容和教学方法，使整个教学过程形成一个良性的闭环系统。

五、结语

在“卓越计划”的框架指导下，借鉴成熟的CDIO工程教育理念，通过引入校企深度联合培养机制，采用多元化考核机制，构建一种基于“卓越计划”和CDIO 的嵌入式系统设计课程教学模式。弥补了原课程体系中工程实践能力培养的不足，让学生充分参与到项目构思、设计、实施、运作全过程，大大激发学生对嵌入式系统工程设计的兴趣，加强了团队协作能力、人际沟通能力以及系统构建等综合能力的培养。本课程经过近2年的实施也产生了一些优秀的成果，其中包括在全国电子设计赛及江西省电子类相关竞赛中获奖20余次，提交专利申请两项，学生发表期刊论文两篇，这些成果有力的证实了我专业基于CDIO 的嵌入式系统课程教学改革是卓有成效的。

今后，我们将进一步加强信息化教学系统构建，教学视频及课件的设计与制作，教学项目案例的选取及教学内容优化，按照行业需求和企业要求制定切实可行的与其他专业课有机联系和相互渗透的嵌入式教学体系，通过改革和探索，以期进一步提高嵌入式系统设计课程的教学水平，培养出社会真正需要的合格工程类人才。

参考文献：

[1] 李志义. 高等工程教育改革实践思与行[J] . 高等工程教育研究， 2008（2）：44-47.

[2] 查建中. 面向经济全球化的工程教育改革战略[J]. 高等工程教育研究， 2008（1） .

[3] 教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z]. 教高[2011]1号文.

[4] 顾佩华， 沈民奋， 李升平， et al. 从CDIO到EIP-CDIO―汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J]. 高等工程教育研究，2008（1）.

[5] 郭玲. “翻转课堂+CDIO”教学应用模式研究[J]. 广州职业教育论坛， 2016， 15（2）：26-31.

[6]吕惠芳. CDIO 工程模式的实施要素分析[J]. 价值工程， 2014（31）：285-287.

[7]林健.胜任卓越工程师培养的工科教师队伍建设[J]. 高等工程教育研究，2012（1）：7-20.

[8] Edward F. Crawley， 查建中， Johan Malmqvist， et al. 工程教育的h境[J]. 高等工程教育研究， 2008（4）：13-21

嵌入式课程设计总结篇6

关键词：嵌入式系统教学 实践教学改革 竞赛与创新

文章编号：1672-5913(2011)18-0046-03 中图分类号：G642 文献标识码：A

近年来，与我国嵌入式系统产品的迅猛发展和巨大的产业需求相比，嵌入式系统工程人才培养相对落后[1]。在这种背景下，许多高校为软件、计算机以及微电子、电子信息工程、自动化等相关专业增设了嵌入式系统课程。目前，北大、清华、北航等学校已经把嵌入式作为一个专业方向，并建立了完整的嵌入式系统课程体系[2]。由于受传统的专业课程设置、师资、实验设备等条件的限制，苏州大学计算机科学与技术学院(以下简称“我院”)尚未成立嵌入式系统专业，目前的嵌入式系统课程为选修课，每年开设一学期(18周)，每周6学时，选修对象仅为高年级计算机专业本科生。下面结合近几年的教学实践经验，对嵌入式系统选修课程的教学方法和特点进行探讨，以便具有相同情况的院校教师借鉴。

1 自主编写教材，自主开发实验平台

目前，嵌入式系统相关教材琳琅满目，具体选择哪一本作为教科用书至关重要。由于各个学校的特点、生源的质量以及专业的课程体系不同，嵌入式系统课程的教学计划和教学目标也不尽相同。在Freescale(飞思卡尔)大学计划的支持下，结合我院具体情况，我们自主编写了教材并研发了实验平台。

1.1 自主编写教材

由于我院的计算机专业本科一、二年级，数字逻辑、C/C++语言、操作系统、计算机网络等是各个专业方向的公共基础课，在本科三、四年级开设嵌入式系统选修课程的目的，旨在为对嵌入式系统应用感兴趣的同学提供一个学习的机会，为他们日后开发测控领域的嵌入式应用产品奠定坚实的基础。据此，我院组织了一批骨干教师自主编写了《基于32位ColdFire构建嵌入式系统》一书，作为嵌入式系统选修课程的教材。该教材以Freescale半导体公司的32位ColdFire系列微控制器MCF52233(含以太网接口)、MCF52235(含CAN总线接口)、MCF52223(含USB2.0接口)三个型号为蓝本，阐述嵌入式系统的软件与硬件设计。内容包括：嵌入式系统的知识体系、学习误区和学习建议；ColdFire系列微处理器特点；MCF52233硬件最小系统；UART、键盘、LED、LCD、AD、QSPI、I2C等模块的应用；Flash存储器在线编程；CAN总线、嵌入式以太网、USB 2.0通信机理；µC/OS-Ⅱ在ColdFire上的移植与应用等。

1.2 自主研发实验平台

为提高嵌入式系统课程的教学质量，我院建立了嵌入式系统实验室，为学生提供了良好的实践学习条件。学生实验所用仪器为自主研发的“SD嵌入式系统实验箱”。每台实验箱内配有电源适配器、扩展板、核心板、通信线(网线、串行口线、USB线)等。根据实验目的和要求不同，将相关核心板插入到扩展板上即可。例如，做网络通信实验时需插上MCF52233核心板；做USB2.0通信实验时需插上MCF52223核心板。实验箱提供的对外接口包括串行口、USB、SPI、网络、AD采集、键盘、液晶、数码管等。这种“扩展板+核心板”的实验箱组成方式为以后学习新的微处理提供了便利。

由于教材与实验箱均为自主编写和开发，教材中的每个实验均可在实验箱上实践，避免了教材与实验设备不统一的问题。

2 强调教学手段灵活多变

由于我院的嵌入式系统选修课程面向全院各专业学生，学生的前期课程设置不尽相同，水平参差不齐。起初嵌入式系统课程的教学模式是，教师每周利用3节课时间在多媒体教室讲课；再利用3节课时间安排学生在嵌入式系统实验室完成老师布置的实验任务。实践证明，这种方法的教学效果比较差，由于理论课和实验课时间安排不连贯，学生在课堂上学到的知识得不到及时巩固、理解和加深，实验课上总是出现学生无从下手、一脸茫然的情况。后来，我们改变了这种授课模式，教学活动直接移到嵌入式系统实验室进行，并灵活选择各种教学手段，效果不错。

2.1 合理安排理论课与实践课

对于某些通用知识或理论性比较强的内容(例如微处理器的体系结构、SPI/CAN/USB/IIC通信机理等)，可采用“先上课后实验”方式。在教师讲解的过程中，学生不做实验。只有让学生在透彻理解基本原理的基础上，学生才能读懂范例程序，进而在范例程序的基础上能够完成其他实验。

对于有些内容，可采用“先实验后上课”方式，即先由学生将范例程序写入Flash运行并观察。当学生看到实验现象后，会产生好奇的心理，从而激发出他们的学习兴趣和求知欲望。例如，对于四联排数码管实验，写入范例程序后，数码管上会显示“1234”。教师可让学生带着下面两个问题听课：①四个数字是如何同时显示的？②如果要滚动显示“1234”应该如何修改范例程序？在这种“寻根究底”的教学模式下，学生的听课注意力会更加集中。

2.2 分层设计嵌入式系统实验

嵌入式系统是一门实践性很强的课程。因此，在嵌入式系统教学中，实验是最重要的环节之一，是学生掌握嵌入式系统设计技术的关键。我们将嵌入式系统实验分为三个层次：验证型、改进型和综合型，并且要求学生独立完成每个实验。

验证型实验是最基本的实验，实验所用的范例程序由教师编写，严格遵循模块化设计规则，并附有详尽的使用说明，包括注意事项、需要的硬件连线等。这种实验的目的是使所有学生都能够顺利完成实验内容规定的操作并得到正确的实验结果，培养他们独立完成实验的自信心，同时要求学生看懂范例程序的执行流程，掌握程序的编写规范。如果不提供范例程序，而由学生从零开始编写，事实证明，将会有一半的学生因为长时间调试不成功而心灰意冷，失去了继续实验的勇气。该层次实验要求所有学生必须完成。

改进型实验是要求学生在验证型实验的基础上进行软件和硬件的改进，以完成更加复杂的功能。例如，在串行口通信的验证型实验中，实现了微处理器一次仅接收PC机发送的一个字符；而在改进型实验中，要求学生实现微处理器一次能够接收PC机发送的一串字符。通过改进型实验可检查学生对所学知识的掌握程度，同时也让学生体会到自己动手的乐趣和实验成功的喜悦。该层次实验也要求所有学生必须完成。

在学生积累了一定的嵌入式知识后，教师可布置综合型实验作业。例如讲解完LED、LCD、键盘以及UART之后，可要求学生实现：按下键盘上的某个键，将此键的自定义键符分别显示在LED和LCD上，同时通过串行口发送到PC机。综合型实验的目的是提高学生综合运用知识、分析问题以及解决问题的能力，发挥学生的主观能动性，达到将所学知识融会贯通的效果。根据综合型实验难度的不同，有时要求所有学生完成，有时仅要求部分学生完成。

2.3 充分利用现代化教学手段

作为传统板书教学的补充，因便于插入图片和动画，多媒体教学对提高学生学习兴趣、增加授课生动性大有裨益[3]。例如，若在课堂上通过板书形式绘制硬件电路图，势必要花费很长时间，而且与多媒体屏幕展示的电路图相比，在清晰度和美观性上都相对欠缺；而对于一些生动的教学图片或教学动画，板书形式根本无法表达。此外，多媒体教学所用的电子资料(如教学课件、教学影片等)可供教师重复利用和更新，也便于学生复制和阅读。

目前，各大高校都建立了校园网络，网络的出现同时影响着教学方式和学习方式的改进。为了方便师生之间的交流沟通和资源共享，我们精心设计并创办了嵌入式系统辅助教学平台，作为对传统教学方式的补充。教学平台提供了学生在线、教师在线、模拟测试、资料下载、师生交流等模块。学生可在线查看或下载各种嵌入式学习资料，如教学课件和实验要求、实验箱内扩展板和各种核心板的原理图以及元件布局图、绘制原理图和布线图的规范、底层软件编程规范、芯片手册以及应用笔记等，同时，可把每次实验的程序代码和实验报告上传，供任课教师检查评阅。教师通过该平台可查看学生作业，编辑题库，组织试卷以及公告等。教学平台还开辟了嵌入式学习讨论区和答疑区，及时解决学生在学习过程中遇到的疑难问题。

3 培养学生创新能力，提高教师自身素养

嵌入式系统课程的教与学是一个“合作”的过程，衡量这种“合作”是否成功的标准是看学生能否将所学的知识应用到具体的嵌入式应用产品开发中[4]。在教学中我们发现，虽然我院的嵌入式系统课程为选修课，但有些同学对该课程兴趣浓厚，思维开阔。因此，我们每学期采用“双向选择”的方式选拔一些同学，由专职教师带队指导，积极参加各种嵌入式设计大赛，并取得了较好成绩。2009年11月，我院组成的两支队伍在长三角地区的“IEEE标准电脑鼠走迷宫”竞赛中获得1个一等奖和1个三等奖，最终在北京航空航天大学举办的全国总决赛中获得三等奖。为了拓宽学生的知识视野，促进学生创新能力的培养，增长相关行业背景知识，我们也会选拔一批有潜质的学生投入到教师的科研项目开发中，更好地实现“教师为主、学生参与”的教学结构。截至目前为止，学生参与的项目有校园机动车管理系统、城市照明智能控制系统、小区电动车管理系统、基于二代身份证的考勤系统等。实践表明，参加过竞赛和科研项目的学生基础知识更加扎实，自学能力和动手能力大幅提高。

此外，为了紧跟时代的步伐，时刻引领新知识、新技术，避免知识的陈旧性，教师应充分利用寒暑假时间参加各种嵌入式系统师资培训，与兄弟院校的同行交流教学经验。在教学工作之余，积极主动与企业洽谈合作科研项目，提高自身的科研能力。

4 结语

最适合的方法才是最好的方法[5]。由于我院的计算机专业本科生侧重于高端应用程序的开发，嵌入式系统课程仅为高年级的选修课程，完善的课程体系尚未建立，因此，在教学中，我们没有照搬照抄其他院校的教学模式，而是根据我院学生的具体特点，合理安排教学内容、侧重于培养学生开发硬件驱动程序的能力。经过几年的努力，我们自己摸索出来的嵌入式系统课程教学方法越来越得到同行和学生的认可，每年选修该课程的学生人数急剧增加就是最好的印证。

参考文献：

[1] 徐远超,张聪霞,关永. 嵌入式系统专业课程教学存在的问题与思考[J]. 计算机教育,2009(18):85-86.

[2] 牛建伟,张炯. 北京航空航天大学嵌入式系统课程建设[J]. 计算机教育,2008(7):64-65.

[3] 李凤云. 计算机本科专业嵌入式系统课程体系研究与实践[J]. 高教论坛,2007(4):71-73.

[4] 王平. 嵌入式系统教学及实验研究[J]. 高等教育研究,2008(3):39-40.

[5] 徐慧,金敏.“三点一线”教学方法在“嵌入式系统”课程中的应用[J]. 教育与教学研究,2009(10):39-41.

Teaching Discussion on Embedded System Course for Computer Professional

JIANG Yinzhen, WANG Yihuai

(Department of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China)

Abstract: In order to improve the teaching quality of embedded system course, and promote the ability of students' practice and innovation, Characteristics and methods are presented from some sides, such as updating teaching material, developing laboratory instruments, improving teaching mode, mobilizing students' enthusiasm and so on. They are fit for the computer undergraduate students. Practice indicates that the method is effective for embedded system course which has little class hour, wide contents, and strong practicality.

嵌入式课程设计总结篇7

关键词：独立学院嵌入式课程设置课程改革优化

中图分类号：G423.04

引言

以我校（武汉长江工商学院）为例，电子信息工程专业主要培养能在信息通信、电子技术、智能控制、计算机与网络等领域和行政部门从事各类电子设备和信息系统的科学研究、产品设计、工艺制造、应用开发和技术管理的应用型工程技术人才，因此，我们以培养应用型人才为目标制定了培养方案。

课程设置现状

在我们的培养方案中，除了专业基础课程（C语言程序设计、电路分析、电工基础、数字电路、模拟电路）外，有两条主线：嵌入式方向与信号处理方向。其它方向如微电子、射频、无线电等方向，考虑到我们学生的基础以及培养方案总课时的要求，最终选择了嵌入式与信号处理两个方向，当然，随着社会的不断发展，以后的培养方案可能会考虑微电子等较新的方向。

之所以选择嵌入式硬件方向为我们的一条主线是因为嵌入式系统是当前很热门而且很有发展前景并且对于学生而言也是比较好就业的应用领域之一。嵌入式系统在智能化家居、家电，汽车电子、医疗、交通等各个方面都有应用，我们的生活已经离不开嵌入式系统。嵌入式系统是软硬结合的技术，我们以硬件设计为主设置了我们的课程如下：

表1：嵌入式方向的课程设置

围绕ARM嵌入式技术这门课，还有微机原理、单片机、EDA、DSP等课程及相关实验。

学习了微机原理和单片机这两门课后再学习嵌入式，学生更容易入门，因为嵌入式本身是从单片机发展而来，并且在微机原理与单片机这两门课程中，我们以汇编指令为主，主要是考虑到做嵌入式系统除了了解ARM处理器工作原理和接口技术还要了解ARM的汇编指令系统。

考虑到嵌入式开发的发展方向与相关领域，我们还设置了EDA技术与DSP技术两门课。数字图像压缩技术是嵌入式的应用领域之一，主要是掌握MPEG编解码算法和技术和DSP技术，另外，为追求更高速的信号处理速度，现在一些速度要求较高场合，有不少公司是将一些DSP算法用硬件来实现，这就涉及到HDL数字电路设计技术及其FPGA/IP核实现技术。这也是我们将EDA技术与DSP技术这两门课作为这个方向的专业课程的原因。

课程改革思路

首先是微机原理与单片机这两门课，目前我们开设《微机原理与接口技术》理论课54课时，实验课18课时，《单片机原理及其应用》理论课54课时，实验课18课时，课程设计36课时。微机原理课程主要是帮助学生理解一款微型计算机的工作原理、结构、汇编语言编程及其接口电路，为以后的进一步学习不同的CPU以及计算机应用打下基础。目前我们的教学还是以8086/8088作为微机原理主讲芯片，其难度较大，与实验教学和学生在课外的实际应用（如参加电子设计系列竞赛、制作小作品、毕业论文、课程设计等）脱节，教学效果不理想。

随着半导体技术的进步，处理器从单核时代进步到了多核时代，并且将来处理核的数目将会越来越多。随着多核技术的发展，可能不久的将来大多数的软件开发都将以多核芯片为基础硬件平台，随之而来的是编程语言、数据结构、算法理论、软件工程等都将随着多核的出现而进行修订，对我们专业而言，要考虑的主要是计算机硬件方向的课程设置要进行调整以适应多核时代的到来。经过调研与研讨，我们决定将上述两门课整合优化为《单片机原理与接口技术》54课时及《多核架构与编程技术》54课时。前瞻性的将多核架构及编程技术引入到独立学院电子信息工程本科培养方案中，将培养方案中的专业基础知识进行综合与升华，帮助学生，顺应市场格局变化，接受新技术新理念，建立系统、完整的专业基础理论体系，培养学生综合应用能力与创新型思维，提高动手实践能力，开拓学生的专业学术视野。使我们的学生能顺应时代的变化，在硬件、软件方面能够更好地了解多核思想及编程技术，以适应高新技术的飞速发展的需要。

其次是EDA技术与数字电路的整合。目前我们开设《EDA技术》理论课34课时，实验课18课时，课程设计18课时，《数字电路》理论课54课时，实验课18课时，课程设计36课时。这两门课在实验和课程设计的内容上有一定的重复。我们可以将这两门课整合成一门课《数字电路与VHDL》，理论课72，实验课18，课程设计36课时，改变原有的教学模式和教学内容，建立新的实验体系，让学生感受2种不同的设计方法，摆脱传统的人工设计方法与思维模式，提高学生的创新意识与竞争能力，适应市场的需要。

最后是ARM嵌入式技术，目前我们以ARM7进行理论教学，以LPC2000系列ARM7微控制器及ADS1.2集成开发环境进行实验，理论课36学时，实验课18学时，只能满足低端教学任务。在最初制定教学计划，大部分ARM系统都是基于ARM7处理器，但是随着更多应用在嵌入式系统中的实现，嵌入式系统设计向着更高级、更复杂的方向发展，现在基于ARM9处理器的产品越来越多，我们的教学要与时俱进，教学内容也要进行升级为以ARM9进行教学。从ARM体系结构的教学内容上看，ARM9的指令集完全兼ARM7，教学上没有任何区别。并且学生们面对的编程模型和架构基础也保持一致。

总结

本校电子信息工程专业实行3+1培养模式，所有课程安排在大一到大三完成，大四学生全部参加实习，现有培养方案中，专业基础课排在第三、四学期，专业课基本压缩在第五、六学期，比如上面提到的微机原理安排在第五学期，单片机、EDA技术、ARM嵌入式技术安排在第六学期。通常在第六学期，一部分学生忙于考研，一部分学生忙于找工作，精力没有全部用于学习专业知识上，但是，经过上面的整合后，我们可以将单片机以及ARM嵌入式技术提前一个学期，再将EDA技术提前两学期，让学生们在整个大学的学习过程中，尽早的接触到专业课程，提高学生们的学习兴趣，这不仅可以让一部分想参加电子设计系列竞赛的同学可以尽早的进行系统学习，也可以让准备考研和找工作的同学投入更多精力学习专业知识。

参考文献

曹立杰，李松松.数字电子技术与EDA技术相结合的探讨.现代电子技术，2009.32（20）

嵌入式课程设计总结篇8

引言

目前，嵌入式系统广泛应用于工业控制、信息采集以及处理、人体学行为模拟以及个人娱乐设备等。随着网络应用的深入，嵌入式系统广泛存在于物联网络设备之中。为了服务这种需求，笔者所在院校计算机专业开设了嵌入式方向相关课程。本文针对嵌入式方向的需求，分析探讨了操作系统课程教学的改革模式。

由于嵌入式系统要求理论与实践紧密结合，因此操作系统课程教学改革从理论教学和实践教学以及考核方式三个方面论述。

1理论教学本文由http://收集整理

1.1基于pc的操作系统与嵌入式操作系统比较

操作系统课程教学过去主要是基于pc系统的教学，理论环节主要讲4个部分的内容：进程管理、内存管理、设备管理、文件系统。嵌入式系统具有硬件、软件紧密结合，操作系统和应用程序融为一体的特点。嵌入式操作系统课程具有知识面广、理论与实践紧密结合等特点。学习pc操作系统的目的是并发程序设计，而学习嵌入式操作系统的目的是在定制、移植操作系统的基础上学会交叉编译、交叉调试等嵌入式系统开发方法。

1.2嵌入式操作系统课程内容

理论课内容如表1所示。

1.3教学方法

①采用多媒体教学；②授课内容突出嵌入式系统特点，比如在任务调度中采用优先级调度时，要解决优先级反转问题。在内存管理中同pc机内存管理相比更加简单，不必提供虚存等。

2实践教学

实践教学在课程环节中占较重的比例，可以分为课内实验和课外实验。Www.133229.cOM

2.1课内实验

课内实验主要是配合理论课内容开设，总共开始8个实验，一个验证性试验，7个设计性试验，试验内容见表2。

2.2课外实验

前面理论讲授和课内实验让学生对嵌入式操作系统有了基本的认识和理解，再配以课外实验，可以提高学生综合开发的能力。课外实验可以采用项目方式进行。课内实验在虚拟机上做，课外实验可以在基于arm芯片系统上开发；课内实验要求独立完成，课外实验可以以小组为单位完成。课外实验内容如表3所示。

3考核方式

考核成绩由3部分组成：结业考试+课内实验+课外实验。其中结业考试用闭卷笔试，占50%，主要考核理论知识，课内实验占40%，课外实验占10%。这种考核方式可以兼顾考核理论与实践内容的掌握程度。

4结语