淺談嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)課程教學(xué)研究

摘 要：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)是結(jié)合了軟件與硬件兩種技術(shù)的一門(mén)課程。通過(guò)對(duì)嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)狀及特點(diǎn)的分析來(lái)進(jìn)一步研究在課程開(kāi)發(fā)以及教學(xué)實(shí)踐中所存在的問(wèn)題，進(jìn)一步針對(duì)教學(xué)實(shí)踐存在的問(wèn)題來(lái)找到解決的方法并加以改進(jìn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生特色與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，從整個(gè)課程內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面分別進(jìn)行了教學(xué)研究及改進(jìn)。經(jīng)過(guò)多次教學(xué)的實(shí)踐實(shí)踐證明，改進(jìn)后的教學(xué)方法能有效解決之前所存在的問(wèn)題，更好地達(dá)成理想中建設(shè)的課程目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā);教學(xué)方法;教學(xué)內(nèi)容;實(shí)驗(yàn)安排

嵌入式系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)專(zhuān)用系統(tǒng)，嵌入到裝置或設(shè)備中。嵌入式系統(tǒng)的功能、開(kāi)發(fā)效率以及成本、等綜合因素進(jìn)一步?jīng)Q定了嵌入式設(shè)備選材的多樣化以及軟件、硬件可裁剪[1]。嵌入式系統(tǒng)的中心是應(yīng)用，基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)，適合用在應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)于功能、可靠性、成本、體積以及功耗有嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

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(lèi)似于BIOS工作方式，應(yīng)用的范圍非常廣。因此，嵌入式系統(tǒng)在教學(xué)內(nèi)容的開(kāi)發(fā)以及課程的設(shè)置非常廣泛，軟件部分既包括匯編語(yǔ)言又包括C語(yǔ)言以和嵌入式Linux操作系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)，硬件部分不僅涉及計(jì)算機(jī)原理、基礎(chǔ)硬件電路還包括接口協(xié)議等技術(shù)，因此在綜合知識(shí)和計(jì)算機(jī)編程能力上要求較高 [2]。

1 嵌入式系統(tǒng)在課程開(kāi)發(fā)中的特點(diǎn)

1.1內(nèi)容廣泛

嵌入式系統(tǒng)所涉及到的知識(shí)比較廣泛，對(duì)于綜合性要求較高。要求學(xué)生不僅要掌握計(jì)算機(jī)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，還要了解硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程。包括ARM結(jié)構(gòu)、電路原理、串口協(xié)議;以及軟件方面的ARM指令、匯編、C語(yǔ)言以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的課程，要求學(xué)生通過(guò)了解嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和基礎(chǔ)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)，熟悉硬件體系結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)硬件開(kāi)發(fā)，來(lái)掌握嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建，進(jìn)而讓學(xué)生能夠獨(dú)立完成一個(gè)小型完整的嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

1.2 實(shí)踐性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)課程的側(cè)重于時(shí)間。課程設(shè)計(jì)上以實(shí)訓(xùn)為主理論為輔，大比分的時(shí)間用在動(dòng)手操作。在實(shí)際操作的過(guò)程中，學(xué)生可以加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，并且可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，在課堂上更容易投入到學(xué)習(xí)中。通過(guò)多次的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能熟悉嵌入式系統(tǒng)完整的開(kāi)發(fā)流程，并在解決實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)掌握軟硬件的開(kāi)發(fā)方法。

2 嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教學(xué)內(nèi)容改革要求

2.1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

由于嵌入式系統(tǒng)要求理論與實(shí)踐相結(jié)合，所以嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)要在理論與實(shí)踐兩方面進(jìn)行改革。 理論教學(xué)主要基于PC系統(tǒng)的教學(xué)，理論環(huán)節(jié)主要以進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)四個(gè)方向進(jìn)行教學(xué)。嵌入式系統(tǒng)具有軟硬件結(jié)合的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)知識(shí)面較廣，理論與實(shí)踐緊密結(jié)合。以實(shí)踐教學(xué)為主，在教學(xué)中占較重的比例，可以分為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)以理論課為主，通過(guò)理論課的講授和實(shí)驗(yàn)操作讓學(xué)生對(duì)于嵌入式系統(tǒng)有基本的認(rèn)識(shí)和理解，再搭配課外實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合開(kāi)發(fā)的能力。課外實(shí)驗(yàn)學(xué)生可以采用項(xiàng)目的方式在我校建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行完成?？梢曰贏RM芯片系統(tǒng)上開(kāi)發(fā);課內(nèi)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立完成，課外實(shí)驗(yàn)可以以項(xiàng)目組的方式完成。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)嵌入式教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)

嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)可分為硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩個(gè)方向，而軟件開(kāi)發(fā)又可細(xì)分為系統(tǒng)級(jí)軟件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)兩個(gè)子方向。硬件開(kāi)發(fā)包括ARM、存儲(chǔ)（如flash）、I/O（I/O控制電路、顯示模塊、通訊模塊等），系統(tǒng)級(jí)軟件開(kāi)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(dòng)開(kāi)發(fā)，應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)包括基于Linux的應(yīng)用開(kāi)發(fā)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生特長(zhǎng)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(kāi)發(fā)，在授課計(jì)劃安排上以軟件為主，兼顧學(xué)習(xí)硬件基礎(chǔ)知識(shí)。主要學(xué)習(xí)匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、Linux命令、側(cè)重于編程應(yīng)用。

3、教學(xué)方法改革

3.1 講授與討論相結(jié)合

在教學(xué)中，講授法是最基本的教學(xué)方法，可以通過(guò)多媒體教學(xué)來(lái)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，與討論法相結(jié)合，在授課時(shí)突出嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，教師在講授了基本知識(shí)后拋出適當(dāng)?shù)膯?wèn)題，學(xué)生進(jìn)行討論，在教師的指導(dǎo)下對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和探討，并通過(guò)討論活動(dòng)獲得知識(shí)。有點(diǎn)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(dú)立性。

3.2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法

從項(xiàng)目出發(fā)，合理安排課程內(nèi)容。將項(xiàng)目式教學(xué)引入到“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”得課程中，在提升學(xué)生動(dòng)手操作能力的 同時(shí)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。要求以教學(xué)工作順利進(jìn)行為前提項(xiàng)目具有較高的實(shí)踐性，與企業(yè)的實(shí)際項(xiàng)目聯(lián)系緊密，教材和項(xiàng)目具有較好地聯(lián)系性。項(xiàng)目?jī)?nèi)容必須是當(dāng)前急需的主流技術(shù)。要求項(xiàng)目的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生自主思考，對(duì)所學(xué)理論有更深刻的理解。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)課程教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，不僅可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)的理解，更能夠著重培養(yǎng)學(xué)生正確使用儀器設(shè)備，進(jìn)行測(cè)試、分析、綜合思考和編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力[3]。

4.1 實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容安排

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用北京新大陸時(shí)代教育科技有限公司的嵌入式教學(xué)平臺(tái)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(pán)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(shí)驗(yàn)課內(nèi)容從容易到難，從單個(gè)硬件的使用到多個(gè)硬件的綜合控制。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需完成工程的新建、匯編程序的編寫(xiě)、C語(yǔ)言程序的編寫(xiě)、燒寫(xiě)程序并調(diào)試，最后是觀看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)多次試驗(yàn)，學(xué)生可以初步掌握嵌入式linux系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)工具的使用以及程序編寫(xiě)的一般步驟，還對(duì)基本的ARM內(nèi)GPIO端口有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，注意不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣。鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的程序編寫(xiě)的方法去實(shí)現(xiàn)同一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)改革

對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革，從以往的“驗(yàn)證性為主”逐步變?yōu)椤安僮鳛橹鳌钡膶?shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)計(jì)模式。

通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)于專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握能力以及動(dòng)手解決問(wèn)題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力[4]。采取多樣化教學(xué)評(píng)價(jià)和考核方式，既能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行考核，也可以在過(guò)程中發(fā)現(xiàn)教學(xué)改革中存在的問(wèn)題并及時(shí)更改。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上列課程教學(xué)內(nèi)容的改革，既可以有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)熱情，又可以提高學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力以及動(dòng)手解決問(wèn)題的能力，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐，更好的學(xué)會(huì)了知識(shí)的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目訓(xùn)練的學(xué)生可以盡快的縮短在企業(yè)的磨合期，能更快的適應(yīng)企業(yè)的崗位需求，大大的縮短了學(xué)生到員工的身份轉(zhuǎn)變的時(shí)間，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張立新. 計(jì)算機(jī)嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)探討[J]. 無(wú)線互聯(lián)科技， 2017（21）： 80-81.

作者簡(jiǎn)介：

李佳琪（1996.6.11），籍貫：黑龍江省，性別：女，學(xué)歷：本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā).