淺談嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)研究

王威

摘要：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一門軟硬件相互結(jié)合的綜合課程。筆者分析了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程的特點及現(xiàn)狀，針對目前教學(xué)中存在的問題，結(jié)合計算機技術(shù)系學(xué)生特色與NEWLab實訓(xùn)設(shè)備，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗教學(xué)等方面進(jìn)行了一系列教學(xué)研究及改進(jìn)。經(jīng)過教學(xué)實踐證明，該文教學(xué)法能有效解決之前存在的問題，更好地達(dá)成課程目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)開發(fā);物聯(lián)網(wǎng);教學(xué)方法

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0104-02

嵌入式系統(tǒng)是一種專用計算機系統(tǒng)，嵌入到裝置或設(shè)備中。嵌入式系統(tǒng)的功能、成本、開發(fā)效率等條件決定了嵌入式設(shè)備的選材多樣化，軟件、硬件可裁剪[1]。隨著近年物聯(lián)網(wǎng)新一代信息技術(shù)發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)重要組成部分的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)人才需求大增，有這廣闊的應(yīng)用和就業(yè)前景。

嵌入式系統(tǒng)是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似BIOS工作方式，應(yīng)用范圍很廣。因此，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置廣泛，軟件部分包括匯編語言、C語言以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)相關(guān)知識，硬件部分涉及計算機原理、基礎(chǔ)硬件電路、接口協(xié)議等技術(shù)，在綜合知識和計算機編程能力上有較高要求[2]。

1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程特點

1.1 綜合性強

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程對知識的綜合性有較高要求。要求學(xué)生掌握計算機相關(guān)基礎(chǔ)知識，以及硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程。硬件有ARM結(jié)構(gòu)、電路原理、串口協(xié)議;軟件有ARM指令、匯編、C語言、嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程，要求學(xué)生了解嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和基礎(chǔ)設(shè)備驅(qū)動開發(fā)，熟悉硬件體系結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)ARM硬件開發(fā)，掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建，讓學(xué)生能夠獨立開發(fā)一個小型完整的嵌入式系統(tǒng)。

1.2 實踐性強

課程的實踐性很強。課程設(shè)計上實訓(xùn)環(huán)節(jié)占了大部分時間，重要程度不言而喻。在實訓(xùn)過程中，學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識有了更強的理解，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到提高，學(xué)生的動手能力得到培養(yǎng)。通過實訓(xùn)，學(xué)生能熟悉嵌入式系統(tǒng)完整的開發(fā)流程，并在實例中掌握軟硬件開發(fā)方法。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)內(nèi)容改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置

江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院計算機技術(shù)系旨在培養(yǎng)計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域緊缺人才，在嵌入式課程體系設(shè)置上，規(guī)劃了《單片機技術(shù)》和《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》兩門課程。?？频诙W(xué)期開設(shè)《單片機技術(shù)》課程，介紹了51單片機工作原理及相關(guān)應(yīng)用技術(shù)。在第四學(xué)期開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》課程，使用NEWLab嵌入式ARM開發(fā)板，作為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實訓(xùn)平臺。51單片機由來已久且學(xué)習(xí)難度不高，在C語言程序設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有一種承上啟下的作用，從而為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程的學(xué)習(xí)打好了基礎(chǔ)。

在教材的選擇上，由于NEWLab嵌入式ARM開發(fā)板采用市場上較新的S3C2451芯片，而市面上還沒有關(guān)于S3C2451芯片開發(fā)的教材，故選用相近的S3C2440芯片的教材。系里采用韋東山編著的《嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊》作為教材。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)嵌入式教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個方向，而軟件開發(fā)又可細(xì)分為系統(tǒng)級軟件開發(fā)和應(yīng)用軟件開發(fā)兩個子方向。硬件開發(fā)包括ARM、存儲（如flash）、I/O（I/O控制電路、顯示模塊、通訊模塊等），系統(tǒng)級軟件開發(fā)包括Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、I/O軟件以及設(shè)備驅(qū)動開發(fā)，應(yīng)用軟件開發(fā)包括基于Linux的應(yīng)用開發(fā)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)學(xué)生特長和發(fā)展方向，目標(biāo)培養(yǎng)更偏向于嵌入式Linux系統(tǒng)軟件的開發(fā)，在授課計劃安排上以軟件為主，兼顧學(xué)習(xí)硬件基礎(chǔ)知識。主要學(xué)習(xí)匯編語言、C語言程序設(shè)計、Linux命令、側(cè)重于編程應(yīng)用。

3 課堂教學(xué)方法改革

3.1 講授法與討論法相結(jié)合

在教學(xué)中，講授法是最基本的教學(xué)方法，但要充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還需與討論法相結(jié)合。教師在講授了基本知識后拋出適當(dāng)?shù)膯栴}，學(xué)生以小組為單元，在教師的指導(dǎo)下對問題進(jìn)行分析和探討，并通過討論活動獲得知識。有點在于，培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的獨立性。

3.2 項目驅(qū)動式教學(xué)方法

江西信息應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院是一所應(yīng)用型高職院校，主要是以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，因此在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程中使用項目驅(qū)動式教學(xué)方法[3]。講授實訓(xùn)開發(fā)內(nèi)容時，以項目為任務(wù)中心，在強烈的問題動機驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用，進(jìn)行自主探索和互動協(xié)作的學(xué)習(xí)，并在完成既定任務(wù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實踐活動。專業(yè)教師應(yīng)積極鼓勵學(xué)生參加專業(yè)相關(guān)的職業(yè)技能競賽活動，例如物聯(lián)網(wǎng)比賽、互聯(lián)網(wǎng)+比賽，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽等，在比賽中指導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在比賽中進(jìn)一步加深知識的應(yīng)用。

4 實驗教學(xué)改革

實驗教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣關(guān)系到學(xué)生對于這門課的掌握。通過實驗，可以幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，更著重培養(yǎng)學(xué)生正確使用儀器設(shè)備，進(jìn)行測試、分析、綜合思考和編寫實驗報告的能力。

4.1 實驗課程的內(nèi)容安排

實驗設(shè)備采用北京新大陸時代教育科技有限公司的嵌入式教學(xué)平臺NEWLab，其ARM核心模塊采用S3C2451作為CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口豐富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG調(diào)試接口，液晶屏、觸摸屏、鍵盤接口，并將SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便與外部模塊進(jìn)行連接。

實驗課內(nèi)容從容易到難，從單個硬件的使用到多個硬件的綜合控制。開始是用GPIO端口控制LED顯示的例子程序，在這個例程中需完成工程的新建、匯編程序的編寫、C語言程序的編寫、燒寫程序并調(diào)試，最后是觀看實驗結(jié)果。在這個實驗中，學(xué)生初步掌握嵌入式linux系統(tǒng)中arm-linux-gcc開發(fā)工具的使用以及程序燒寫的一般步驟，還對基本的ARM內(nèi)GPIO端口有了初步的認(rèn)識。后續(xù)開設(shè)的實驗項目包括UART串口打印實驗、中斷控制實驗、RTC實時時鐘實驗等，這些實驗都會用GPIO。實驗過程中，注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動手實驗的興趣。鼓勵學(xué)生采用不同的C語言算法實現(xiàn)同一個實驗的功能，提高學(xué)生的編程能力，達(dá)到舉一反三的作用。

4.2 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革

對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計進(jìn)行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變?yōu)椤膀炞C性為輔，自己動手創(chuàng)新為主”的實驗課程教學(xué)設(shè)計模式。

在GPIO端口控制LED顯示等實驗中，首先教學(xué)生用匯編語言點亮一個LED燈，在學(xué)生都能掌握匯編語言程序編寫和燒寫調(diào)試后，對C語言指針等基礎(chǔ)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生用C語言程序來點亮LED燈。這樣，不僅加強了學(xué)生對C語言的掌握，還進(jìn)行了驗證性實驗。接下來對學(xué)生開展創(chuàng)新型實驗，將每個班的學(xué)生分成10組，實驗以小組為單位進(jìn)行，每組采用不同算法實現(xiàn)LED跑馬燈或流水燈等亮化效果，實驗完成后各小組展示自己的實驗成果，最后由亮化美觀效果進(jìn)行評分。實驗結(jié)果表明，通過分組展示的競爭激勵機制，調(diào)動了學(xué)生的積極性，充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

5 結(jié)束語

通過以上一系列課程教學(xué)改革，有效地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高了學(xué)生分析解決問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 朱銘琳. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)改革[J]. 信息與電腦： 理論版， 2017（19）： 231-233.

[3] 湯龍梅， 王璇， 郭方. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實例課程教學(xué)方法探索[J]. 福建電腦， 2017， 33（5）： 67-68， 92.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】