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1、上海思丞信息科技有限公司开设嵌入式开发拓展课程的建议规划书上海思丞信息科技有限公司2012年3月23日目 录第 一 章开设嵌入式开发拓展课程的意义- 2 -一、嵌入式系统的概念- 2 -(一)CPU平台- 3 -(二)工具- 4 -(三)调试- 5 -(四)嵌入式操作系统- 6 -二、嵌入式系统的应用- 7 -三、嵌入式开发- 8 -四、开设嵌入式开发拓展课程的意义- 9 -第 二 章嵌入式开发拓展课程内容的建设- 10 -一、课程设置的指导思想- 10 -二、课程教学大纲- 10 -(一)课程的性质与任务- 10 -(二)课程安排与考核方式- 11 -(三)课程教学内容- 11 -三、课程教
2、学方法- 12 -第 三 章嵌入式开发教学实验室的建设- 13 -第 四 章开设嵌入式开发拓展课程所需费用的预算- 13 -第 一 章 开设嵌入式开发拓展课程的意义一、 嵌入式系统的概念嵌入式系统（Embedded System）是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电器工程师协会（ U.K. Institution of Electrical Engineer）的定义，嵌入式系统是一种为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的装置。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务
3、，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。举例来说，大到油田的集散控制系统和工厂流水线，小到家用VCD机或手机，甚至组成普通PC终端设备的键盘、鼠标、硬盘、Modem等均是由嵌入式处理器控制的。嵌入式系统的核心是由一个或几个预先编程好以用来执行少数几项任务的微处理器或者微控制器组成。与通用计算机能够运行用户选择的软件不同，嵌入式系统上的软件通常是暂时不变的，所以经常称为“固件”。iPhone是目前流行的嵌入式系统典型的嵌入式开发板带显示屏的嵌入式开发板(一)
4、CPU平台在嵌入式系统设计中有许多不同的CPU架构，如ARM、MIPS、Coldfire/68k、PowerPC、X86、PIC、Intel 8051、Atmel AVR、Renesas H8、SH、V850、FR-V、M32R、DMCU等，这些处理器被广泛的应用在各行各业的各种设备上。德州仪器生产的ARM架构处理器Intel生产的XScale架构处理器(二) 工具同典型的计算机程序员一样，嵌入式系统设计人员也使用编译器、连结器和调试器开发嵌入式系统软件。然而，他们也使用一些大多数程序员不熟悉的工具，例如：电路仿真器。一些编程语言为嵌入式系统编程提供了一些特殊支持（例如： 对于C语言，ISO/
5、IEC TR 18037:2005定义了指定的地址空间、指定的存储类和 基本输入输出的硬件寻址。），这为嵌入式固件的开发提供了可能性。(三) 调试调试通常使用内部电路仿真器或者其它一些能够在微控制器微码（microcode）内部产生中断的调试器。微码中断让调试器能够在只有CPU工作的硬件中进行操作，基于CPU的调试器能够从CPU的角度来测试和调试计算机的电路。 开发人员能够仍然使用断点、单步执行以及高级语言进行调试，在许多的调试工具上都有这种能力。另外开发人员在调试实时事件顺序的时候需要记录、使用简单的记录工具。随着嵌入式系统变得越来越复杂，更高层次的工具和操作系统逐渐移植到可行的设备上。例如
6、，蜂窝电话、个人数字助理和其它的消费用计算机，需要一些从个人或者这些电子设备制造商之外的公司购买或者提供的一些重要软件。在这些系统中，需要如Linux、OSGi或者Java这样的开放编程环境，这样第三方软件提供商才能够在大规模的市场上开发和销售软件。 大多数这样的开发环境都有一个运行在个人电脑上的参考设计，这种软件的绝大部分都可以在传统的个人电脑上开发。然而，从开放环境移植到专用的电子设备和电子设备的驱动程序开发通常仍然是传统的嵌入式系统软件工程师的工作。用于调试的JTAG仿真器(四) 嵌入式操作系统现代的嵌入式系统已经变得越来越复杂，这就需要有专用的操作系统来管理嵌入式系统，常见的嵌入式操作
7、系统（经常是实时操作系统）如下：1. Android2. iOS（iPhone OS）3. uC/OS II4. uCLinux5. VxWorks6. pSOS7. Nucleus8. PalmOS9. Windows CE10. Windows XP Embedded11. Windows Vista Embedded12. 嵌入式Linux13. ECOS14. QNX15. Lynx16. Symbian17. Arm-Linux安卓操作系统iOS操作系统二、 嵌入式系统的应用嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专用设备上，通常这些设备的硬件
8、资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应的要求很高。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式系统更显重要性。典型的嵌入式系统应用实例如下：1. 自动柜员机（ATM）。2. 航空电子，例如惯性导航系统、飞行控制硬件和软件以及其它飞机和导弹中的集成系统。3. 手提电话和电信交换机。4. 计算机网络设备，包括路由器、时间服务器和防火墙。5. 办公设备，包括打印机、复印机、传真机、多功能打印机（MFPs）。6. 磁盘驱动器（软盘驱动器和硬盘驱动器）。7. 汽车发动机控制器和防锁死刹车系统。8. 家庭自动化产品，如恒温器、冷气机、洒水装置和安全监视系统。9. 手持计算器。10. 家
9、用电器，包括微波炉、洗衣机、电视机、DVD播放器和刻录机。11. 医疗设备，如X光机、核磁共振成像仪。12. 测试设备，如数字存储示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪。13. 多功能手表。14. 多媒体电器：因特网无线接收机、电视机顶盒、数字卫星接收器。15. 个人数码助理（PDA），也就是带有个人信息管理和其它应用程序的小型手持计算机。16. 带有其它能力的移动电话，如带有蜂窝电话、个人数码助理（PDA）和Java的移动数字助理（MIDP）。17. 用于工业自动化和监测的可编程逻辑控制器（PLCs）。18. 固定游戏机和便携式游戏机。19. 可穿戴计算机。三、 嵌入式开发设计和开发嵌入式系统的工作
10、就是嵌入式开发。嵌入式开发工作主要分为两大类：硬件设计和固件开发。这两大类工作，在我们设计的课程内容中会涉及到。四、 开设嵌入式开发拓展课程的意义1. 为学生展示最为广阔和热门的信息技术应用领域，解开嵌入式系统的神秘面纱，了解嵌入式产业的现状和发展趋势，从产业角度有效的开阔学生的信息视野，培养学生对新知识、新技术学习的渴望，激发学生的学习热情，为将来踏入工作岗位获得前瞻性体验。2. 培养和锻炼学生动手能力，课程的实验环节让学生在真实硬件设备、真实代码环境中进行实验，实验室配备多个类型、足够数量的硬件平台，并做到几乎所有的软件都是开发源码的平台，让每个学生都有实际动手操作的机会，让每名学生都能阅
11、读到能让嵌入式系统工作起来的每行代码，消除学生对嵌入式系统的神秘感，让学生在今后的实际学习和工作中遇到问题时更有信心和经验去解决问题。3. 体现因材施教的教育理念，课程将实验分为基础性实验和创新性实验两个部分，基础性实验要求每名学生都能独立完成，保障基本的教学目标得以实现，保障每名学生都能得到最基本的锻炼和学习经历；创新性实验难度稍大，而且也针对不同的知识点设计了不同难度的多个实验选题，还允许学生自选感兴趣的题目，充分让每名学生的实践能力和创造性都得到释放。4. 锻炼学生的独立实验能力，课程的基础性实验部分要求每名学生独自完成，教师将针对每名学生进行检查，通过演示和提问达到让学生确实掌握和了解
12、基本的实验技能，获得亲自动手实践后的主观体验和经验。5. 培养学生的团队精神，课程的创新性实验要求学生以34名学生组成一个小组来完成，这样既分担了大实验中较大的工作量，也促使小组成员能互相配合，互相补充，培养了学生的分工协作能力。而且由于创新性大实验都是来源于嵌入式领域的最新动态和技术，比如最新的内核移植、编解码器的优化等，因此要求学生遇到问题时能主动上网查阅资料，并对新的问题能发挥自己的钻研精神和创造力来解决。第 二 章 嵌入式开发拓展课程内容的建设一、 课程设置的指导思想1. 能切实培养和锻炼学生的动手实践能力，消除学生对嵌入式系统的神秘感。2. 能体现因材施教的教学理念，给不同兴趣、不同
13、能力的学生都有相应的实践机会。3. 能锻炼学生的独立实验能力，培养独立从事科研工作和技术工作的能力。4. 能培养学生分工协作的能力和团队精神，学习如何自己查阅资料和开展创新性设计。二、 课程教学大纲(一) 课程的性质与任务1. 课程性质采用理论与实践相结合的方式，以拓展嵌入式技术的知识面为基础，以培养动手实践能力为重点，全面介绍嵌入式系统相关的技术概况，加深对多个实际嵌入式系统平台的熟悉和了解，自己动手完成一个嵌入式系统的软硬件设计的创新性大实验。2. 课程任务1) 了解嵌入式系统的定义、特点、分类、发展历史、现状和趋势。2) 学习嵌入式硬件系统的组成、嵌入式微处理器的类别和特点、嵌入式系统中
14、常用的存储设备、I/O、总线、通讯模块和电源系统。3) 学习嵌入式软件平台的组成、特点、嵌入式启动过程、嵌入式操作系统的移植、实时性、驱动设计和重要中间件软件模块。4) 学习嵌入式系统开发中的交叉开发概念、JTAG标准和原理、调试技术、工具链的组成、软件的移植与优化技术。5) 了解一个典型的嵌入式系统的设计过程，了解嵌入式技术的最新发展趋势。(二) 课程安排与考核方式课程分为课堂学习和动手实验两大部分，其中特别强调动手实验环节，并以实验环节作为课程的主要考核方式。其中前3周为课堂授课，通过课堂学习将获得嵌入式系统中的一些关键概念和知识，比如交叉开发环境、嵌入式处理器、Flash的原理、Boot
15、loader与UEFI、实时性、JTAG、移植与优化等，并了解本课程相关实验的主要内容。实验环节又分为两个部分，前5周为验证性实验部分，课程提供详细的实验指导书，要求学生每人一组独立完成相关实验，并通过课程的检查。从第6周开始进入创新性实验环节，本课程提供实验设备、相关资料及软件工具，同时提供已有的相关实验报告，要求学生在前人的基础上创造性的开展新的工作。(三) 课程教学内容1. 嵌入式系统简介1) 课程要求，考核方式等。2) 基本概念，发展趋势，课程内容总体介绍。2. 嵌入式系统硬件平台1) 嵌入式系统的典型硬件组成及SoC概念。2) 嵌入式处理器（ARM等）。3) 嵌入式存储系统（Flash）。4) 各种外围I/O（UART、USB等）。5) 网络互联方式（有线、无线）。6) 电源系统。3. 嵌入式系统软件平台1) Bootloader与UEFI规范。2) 嵌入式操作系统的特点（实时性与可配置性等）。3) 常见的嵌入式操作系统（Linux、WinCE等）。4) 中间件软件（GUI库、文件系统、网络协议栈等）。5) 设备驱
