以市場為導(dǎo)向的嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)

姚 遙，耿文波，徐 坤，周子昂，張鴻輝

（周口師范學(xué)院 物理與電子工程系，河南 周口 466001）

隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，作為“后PC時代”的主要個人應(yīng)用支撐技術(shù)的嵌入式技術(shù)在社會人才的計算機(jī)技能要求中的地位日顯重要[1]。通過對市場進(jìn)行分析，在嵌入式系統(tǒng)方面的工作中，目前職場上需求更多的屬嵌入式軟件開發(fā)的人才。因此，他們需掌握計算機(jī)編程的基本概念、基本原理和基本方法，并在此基礎(chǔ)上有效掌握嵌入式原理來參與嵌入式軟件方面的開發(fā)工作。根據(jù)以上分析，在本科教育中，特別針對嵌入式系統(tǒng)課程群應(yīng)以計算機(jī)編程和嵌入式原理部分為主線，使學(xué)生具備扎實的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)基本理論知識、熟練的開發(fā)技能和實踐能力，同時具備一定的分析與解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

1 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點

嵌入式系統(tǒng)通常定義為一種以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)為基礎(chǔ)，軟硬件可以剪裁，適用于對系統(tǒng)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)[2]。因此要求嵌入式系統(tǒng)的課程的設(shè)置和安排應(yīng)當(dāng)遵循基礎(chǔ)、實用、先進(jìn)、發(fā)展的基本原則。注重課程教學(xué)的前沿性，適應(yīng)嵌入式技術(shù)的快速更新。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)主要體現(xiàn)以下3個特點[3]：

1）基礎(chǔ)性 嵌入式系統(tǒng)技術(shù)涉及多個專業(yè)。如計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、通信工程、自動化控制等，嵌入式技術(shù)與各個專業(yè)相互融合，逐步更新的學(xué)科，可作為上述各專業(yè)的基礎(chǔ)平臺課，以強化專業(yè)基礎(chǔ)知識。

2）綜合性 嵌入式系統(tǒng)集軟硬件技術(shù)于一體，需要進(jìn)行軟硬件協(xié)同設(shè)計。它涉及電子、計算機(jī)、自動控制等相關(guān)專業(yè)的知識。可開設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、單片機(jī)、軟件工程等課程。

3）實踐性 嵌入式系統(tǒng)的實踐性極強，需要理論聯(lián)系實踐，加深對嵌入式系統(tǒng)課程的理解，也有助于學(xué)生增強創(chuàng)新意識。

2 嵌入式系統(tǒng)教學(xué)課程群的基本內(nèi)容

課程群將本專業(yè)或跨專業(yè)培養(yǎng)方案中若干門在知識、方法、問題等方面有邏輯聯(lián)系的課程加以整合而形成的課程體系，因而課程群所含的各門課程應(yīng)具有相關(guān)性和整合性[4]。本科階段的課程群要既重視基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，又緊密重視實踐性?；緝?nèi)容大致分為下面3個部分[3]：1）模擬與數(shù)字基礎(chǔ)理論部分：電路原理，模擬電路，數(shù)字電路，信號與系統(tǒng)，數(shù)字信號處理，通信原理；2）處理器部分：微機(jī)原理與接口，單片機(jī)原理與接口技術(shù)，可編程邏輯器件原理，DSP或ARM；3）計算機(jī)科學(xué)部分：C語言，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，編譯原理，操作系統(tǒng)，匯編語言程序設(shè)計，嵌入式系統(tǒng)原理，嵌入式驅(qū)動開發(fā)，嵌入式應(yīng)用開發(fā)。各主要課程介紹如下[5-6]。

2.1 專業(yè)基礎(chǔ)課程

模擬電路和數(shù)字電路 作為電子技術(shù)的基礎(chǔ)課程，模擬電路是難點，著重加強理解三極管，場效管的信號放大原理和以及信號的放大，反饋，運算。數(shù)字電路的知識是從事嵌入式系統(tǒng)的必備，關(guān)鍵要增強邏輯思維能力。

C語言和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 C語言作為一種 “高級的低級”語言，易移植。易維護(hù)，可讀性強，具有強大的內(nèi)存操作能力，成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的最佳選擇。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法，這門基礎(chǔ)課在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)中要作為重點，可適當(dāng)增加實驗課時，無論學(xué)生以后從事嵌入式系統(tǒng)的軟件還是硬發(fā)件開，這門課的思想將貫穿其中。

信號與系統(tǒng) 電子信息類各專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程。這門課程核心的一些基本概念和理論，對于所有工程類的專業(yè)來說也是很重要的。

微機(jī)原理與接口和匯編語言程序設(shè)計 系統(tǒng)地闡述微處理機(jī)的基本原理，體系結(jié)構(gòu)，指令系統(tǒng)，匯編語言程序設(shè)計以及存儲器，輸入輸出芯片圍繞處理機(jī)構(gòu)成的微計算機(jī)系統(tǒng)的組成原理。

2.2 專業(yè)課

數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理這門理論性強的課程要掌握掌握數(shù)字信號處理的基本理論、基本分析方法和基本實現(xiàn)方法。

可編程邏輯器件原理 本課程包含可編程邏輯器件的發(fā)展概況，復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）與現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。運用硬件描述語言（FPGA）進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計的基本方法。

嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) ARM處理器在嵌入式處理器市場占據(jù)主導(dǎo)位置。選用ARM處理器的實驗系統(tǒng)平臺較為合理，該課程的重點應(yīng)放在講授某個代表性的CPU（如ARM）內(nèi)部寄存器結(jié)構(gòu)，匯編指令系統(tǒng)，中斷（異常）管理及常用的外圍接口，使學(xué)生掌握嵌入式硬件平臺設(shè)計的有關(guān)知識和技術(shù)。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、編譯原理、軟件工程 這3門課程是計算機(jī)類的重要課程，理論性強，對嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)極為重要，著重理解。

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā) 介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計步驟、方法，重點介紹UML在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用。

嵌入式操作系統(tǒng) 和通用操作系統(tǒng)一樣，嵌入式操作系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)要深刻理解操作系統(tǒng)的處理機(jī)調(diào)度和內(nèi)存管理，特別嵌入式系統(tǒng)的實時概念。

3 嵌入式行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

嵌入式系統(tǒng)作為“后PC時代”的新秀，是當(dāng)前最熱門最有發(fā)展前景的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。我們平常用的手機(jī)、可視電話、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、機(jī)頂盒、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等都是嵌入式系統(tǒng)。

而嵌入式設(shè)備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件，這占了嵌入式系統(tǒng)的最主要工作，目前國內(nèi)的硬件設(shè)計力量很弱，很多嵌入式公司自己只負(fù)責(zé)開發(fā)軟件，嵌入式產(chǎn)品的差異很大程度在軟件上，越是智能設(shè)備越是復(fù)雜系統(tǒng)，軟件越起關(guān)鍵作用，而且這是目前的趨勢。

從2006到2009年，全球嵌入式軟件市場規(guī)模平均復(fù)合增長率達(dá)到30%。據(jù)預(yù)測，在未來的幾年內(nèi)，嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展為幾乎所有的電子設(shè)備注入了新的活力，加上迅速發(fā)展的Internet和廉價的微處理器出現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)將在我們的日常生活里形成一個更大的應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)相關(guān)專家預(yù)測，到2012年，國內(nèi)軟件市場增長幅度將達(dá)到15.8%，其中嵌入式軟件增長最快。未來國內(nèi)軟件和服務(wù)產(chǎn)業(yè)將分別達(dá)到20%和23%的增長幅度，而嵌入式軟件部分也是增長最快的。

4 嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)

在現(xiàn)有的教育體制下，高校教育都是強調(diào)打好基礎(chǔ)，迎接未來的社會挑戰(zhàn)。因此嵌入式系統(tǒng)很多課程都是為所謂的打基礎(chǔ)服務(wù)，但是這些課程學(xué)生一輩子也不一定用得上。這種現(xiàn)狀，目前還不可能完全改變。

因此根據(jù)市場需求分析，探索以計算機(jī)科學(xué)課程為主線和內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)課程群，堅持理論教學(xué)與實踐教學(xué)并重，在實踐教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和獨立分析、解決問題的能力就成為當(dāng)前嵌入式課程群建設(shè)的一個重要課題。

4.1 嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)核心內(nèi)容

我們把《C 語言程序設(shè)計》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《操作系統(tǒng)》、《嵌入式系統(tǒng)原理》、《嵌入式驅(qū)動開發(fā)》以及《嵌入式應(yīng)用開發(fā)》作為嵌入式系統(tǒng)課程群的核心內(nèi)容，在授課安排上考慮知識的前后銜接，循序漸進(jìn)。在大一下學(xué)期開設(shè) 《C語言程序設(shè)計》，在大二開設(shè)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》、《操作系統(tǒng)》，使同學(xué)們對程序設(shè)計有清晰的認(rèn)識。在大三下學(xué)期開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)原理》，讓學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)有一個總體的認(rèn)識。在大四上學(xué)期先后開設(shè)《嵌入式驅(qū)動開發(fā)》與《嵌入式應(yīng)用開發(fā)》兩門課程，目標(biāo)是使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)交叉開發(fā)的方法，能夠搭建嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)平臺，熟練掌握嵌入式Linux在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。為了鞏固和強化學(xué)生的實踐能力，在以上兩門課程結(jié)束后，安排為期一個月的集中性實踐環(huán)節(jié)，使同學(xué)們的動手能力得到切實提高，縮短從高校畢業(yè)學(xué)生向合格嵌入式軟件研發(fā)工程師的轉(zhuǎn)變周期。

4.2 蘇州就業(yè)基地建設(shè)

高校教育的一大重要目的為企業(yè)培養(yǎng)符合要求的人才。因此，嵌入式課程群建設(shè)必須立足實際，作為教師必須時刻了解嵌入式行業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)和技術(shù)發(fā)展，及時的去調(diào)整課程內(nèi)容。同時教師應(yīng)該去了解嵌入式企業(yè)的用人要求，由需求來指導(dǎo)學(xué)生，如此“對癥下藥”，才能培養(yǎng)出企業(yè)急需的人才。

我系派專人參加了中南六省區(qū)高校蘇州校企交流會，與長三角知名企業(yè)簽訂就業(yè)基地協(xié)議。跟蘇州眾多嵌入式企業(yè)保持業(yè)務(wù)上的聯(lián)系，對嵌入式人才需求信息十分清楚，每學(xué)期開課之前，會調(diào)研當(dāng)前人才市場對嵌入式人才的需求情況，針對市場需求大的職位和要求的技能來設(shè)計開設(shè)的課程內(nèi)容。同時，當(dāng)課程大綱設(shè)計出來之后，會直接交給嵌入式企業(yè)的技術(shù)總監(jiān)和工程師進(jìn)行反饋，對大綱中不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過這樣的課程大綱培養(yǎng)出來的學(xué)生自然就受到用人單位的青睞。

4.3 師資建設(shè)

想培養(yǎng)嵌入式人才，必須擁有嵌入式師資，系里面為培養(yǎng)具有“雙師”素質(zhì)教師搭建師資培養(yǎng)的平臺，通過培訓(xùn)、企業(yè)定崗實踐、為企業(yè)提供技術(shù)服務(wù)，培養(yǎng)出符合專業(yè)要求的師資隊伍。目前通過與蘇州眾多嵌入式企業(yè)保持業(yè)務(wù)上的聯(lián)系，這個平臺初步建立起來了。

通過上面3項課程群建設(shè)措施，我們可以做到3點：1）是學(xué)生的學(xué)習(xí)目的非常明確，選擇這個領(lǐng)域的學(xué)生非常清楚他要學(xué)什么知識；2）是就業(yè)市場非常大，學(xué)生不用擔(dān)心就業(yè)問題；3）是學(xué)生有實際工作經(jīng)驗的“雙師”型老師帶路。

5 結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)是一項長期、艱難的任務(wù)，新知識更新速度明顯快于傳統(tǒng)學(xué)科，企業(yè)對員工的要求也在隨著市場的變化不斷變化。高校嵌入式系統(tǒng)課程體系的規(guī)劃與建設(shè)，必須根據(jù)市場的需求，既重視融合學(xué)科的基礎(chǔ)知識積累，又強調(diào)實踐性，使嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)緊隨嵌入式技術(shù)浪潮的發(fā)展。

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