《嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)初探

【摘 要】嵌入式的應(yīng)用已深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面，在工業(yè)控制、家用電器、智能儀器儀表、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域，已不斷展現(xiàn)出其獨(dú)特魅力。社會(huì)對于嵌入式人才的需求量越來越大，一些高校也陸續(xù)開設(shè)了《嵌入式系統(tǒng)》的課程，針對該課程教學(xué)過程中所出現(xiàn)的問題，筆者提出自己的觀點(diǎn)，以期可以提高嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的效率，使希望從事嵌入式開發(fā)的學(xué)生能夠進(jìn)入到這個(gè)領(lǐng)域，成為嵌入式方面的人才。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統(tǒng)；嵌入式技術(shù)；ARM微處理器；開發(fā)板；軟件

一、目前嵌入式系統(tǒng)教學(xué)概況

嵌入式系統(tǒng)概念的提出已經(jīng)有相當(dāng)長的時(shí)間，其歷史幾乎和計(jì)算機(jī)的歷史一樣長。但在以前，它主要用于軍事和工業(yè)控制領(lǐng)域，所以很少被人們關(guān)注和了解。隨著數(shù)字技術(shù)、大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展和功能更強(qiáng)的操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，它才被廣泛應(yīng)用于航天、航空、工業(yè)控制、智能手機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、信息家電、安防監(jiān)控、醫(yī)療儀器、汽車電子等領(lǐng)域。目前，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品正不斷滲透各個(gè)行業(yè)，并以其應(yīng)用領(lǐng)域廣、人才需求大等優(yōu)勢，獲得更大的關(guān)注，特別是將來3G和物聯(lián)網(wǎng)的普及與推廣，應(yīng)用前景非常好?；诖?，我國一些高校的信息類專業(yè)相繼開設(shè)了有關(guān)《嵌入式系統(tǒng)》的課程，但大多數(shù)是以選修課的形式開設(shè)的，課時(shí)量少，學(xué)校、教師和學(xué)生也沒有對該課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)給于足夠的重視，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。盡管社會(huì)對嵌入式人才需求大，但因?yàn)槲覀兊牟恢匾?，使得學(xué)生在激烈的就業(yè)競爭中失去了很多機(jī)會(huì)。

二、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)現(xiàn)狀分析及對策

《嵌入式系統(tǒng)》課程一般作為選修課開設(shè)且一般在大四開設(shè)，學(xué)生接觸嵌入式技術(shù)時(shí)間較晚，對其沒有基本的認(rèn)識(shí)，在有限的課時(shí)內(nèi)也只能對其有一個(gè)大致的了解，相比大三、大四學(xué)生們學(xué)習(xí)JAVA、C++的熱情，嵌入式的學(xué)習(xí)氣氛就顯得很冷清。加之嵌入式系統(tǒng)課程要求的知識(shí)面廣，涉及基礎(chǔ)課程多（與電子類專業(yè)相關(guān)的基礎(chǔ)課程有數(shù)字電子技術(shù)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）、單片機(jī)原理、可編程邏輯器件、DSP原理及應(yīng)用等，與計(jì)算機(jī)類專業(yè)相關(guān)的課程有C語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)組成原理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等，如果要進(jìn)行嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)的還應(yīng)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)編程、數(shù)據(jù)庫原理及軟件工程等課程），所以，學(xué)生學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)課程就存在一定的難度，學(xué)習(xí)熱情也不高。對此，我們應(yīng)該給與足夠的重視，積極幫助學(xué)生能在嵌入式領(lǐng)域占有自己一席之地。首先，在對學(xué)生進(jìn)行入學(xué)教育專業(yè)介紹時(shí)，要強(qiáng)調(diào)嵌入式方面的就業(yè)前景，目前國內(nèi)外這方面的人都很稀缺，與應(yīng)用軟件開發(fā)的行業(yè)不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強(qiáng)度通常低一些，但收入?yún)s高一些，利用這樣的好的就業(yè)前景刺激同學(xué)們好好學(xué)習(xí)。再者，要強(qiáng)調(diào)嵌入式系統(tǒng)課程涉及的先行課程多，一定要打好基礎(chǔ)；還有，學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)期間，老師們可以多開展期嵌入式技術(shù)的講座及嵌入式產(chǎn)品的展示，比如無線點(diǎn)餐系統(tǒng)、車載GPS定位、智能家居等；最后，在學(xué)生大一、大二學(xué)習(xí)期間，各科任課教師要督促學(xué)生扎扎實(shí)實(shí)的學(xué)好每一門課程，以便為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。在競爭如意激烈的今天，學(xué)生們也該從進(jìn)入大學(xué)就逐步規(guī)劃自己的職業(yè)生涯。

三、《嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)的內(nèi)容、教學(xué)方法的改進(jìn)

嵌入式系統(tǒng)融合了電子、計(jì)算機(jī)、微電子等多種學(xué)科和技術(shù)。對于什么是嵌入式系統(tǒng)，還沒有一個(gè)明確的定義。嵌入式系統(tǒng)一般定義為以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應(yīng)用環(huán)境有特殊要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

1.《嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)的內(nèi)容

《嵌入式系統(tǒng)》的教學(xué)通常以32位微處理器為平臺(tái)，32位的微處理器主要有ARM、MIPS、POWER PC，目前國內(nèi)的大多數(shù)高校都是以介紹ARM微處理器為主，教學(xué)的內(nèi)容主要包括ARM微處理器內(nèi)核的介紹、ARM的匯編指令和匯編程序設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)的C語言設(shè)計(jì)和嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境及其在ARM上的移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和用戶圖形界面GUI等內(nèi)容。在試驗(yàn)內(nèi)容的安排上，通常包括ARM匯編語言的程序設(shè)計(jì)、BootLoader的移植、嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核的移植、UCOS II、LINUX、WINCE等嵌入式操作系統(tǒng)下的C語言驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)等。

2.教學(xué)方法的改進(jìn)

對于嵌入式課程的學(xué)習(xí)，很多同學(xué)都認(rèn)為很難，除了前面提及到的它涉及的基礎(chǔ)學(xué)科較多以外，一個(gè)很重要的原因是以傳統(tǒng)的教學(xué)模式講述的內(nèi)容學(xué)生完全不理解，比如宿主機(jī)、目標(biāo)板、交叉開發(fā)環(huán)境、GCC交叉編譯器arm-Linux-gcc、引導(dǎo)裝載程序BOOTLOADER、Linux內(nèi)核裁減等。這就需要教師在上課時(shí)將嵌入式Linux開發(fā)流程給學(xué)生作演示，包括建立開發(fā)環(huán)境，下載相應(yīng)的GCC交叉編譯器進(jìn)行安裝（例如arm-Linux-gcc、arm-μclibc-gcc），或者安裝產(chǎn)品廠家提供的交叉編譯器；配置開發(fā)主機(jī)；建立引導(dǎo)裝載程序BOOTLOADER；下載針對所使用的CPU的Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、再添加自己的特定硬件的驅(qū)動(dòng)程序；建立根文件系統(tǒng)；開發(fā)應(yīng)用程序；燒寫內(nèi)核、根文件系統(tǒng)、應(yīng)用程序；發(fā)布產(chǎn)品。學(xué)校還可聘請企業(yè)講師講述部分課程以使學(xué)生們可以了解到嵌入式的最新的技術(shù)。關(guān)于嵌入式系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)部分，需要有相應(yīng)的開發(fā)板，有的學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件還不成熟或?qū)嶒?yàn)設(shè)備不足，那么可以在主機(jī)上安裝模擬器來模擬開發(fā)板，使學(xué)生了解將嵌入式的開發(fā)流程即可。

四、教學(xué)保障

前面已提及，嵌入式的教學(xué)過程及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都離不開計(jì)算機(jī)及開發(fā)板，這就需要學(xué)校投入一定的資金來改善教學(xué)和實(shí)驗(yàn)條件。因?yàn)榍度胧竭@方面的人才較少，高校教師中也有很多人從未接觸過嵌入式相關(guān)技術(shù)，所以，對于高校要積極尋求與嵌入式相關(guān)的企業(yè)的合作，以進(jìn)行師資的培訓(xùn)，從企業(yè)吸收最新的嵌入式的技術(shù)和成果用于教學(xué)過程中。

五、就業(yè)及培訓(xùn)

嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)軟件與硬件緊密結(jié)合的學(xué)科，從事嵌入式開發(fā)的人員主要有兩類。一類是電子工程、通信工程等偏硬件專業(yè)出身的人，他們主要是搞硬件設(shè)計(jì)，有時(shí)要開發(fā)一些與硬件關(guān)系密切的最底層軟件，如BootLoader、Board Support Package，最初級的硬件驅(qū)動(dòng)程序等。另一類是學(xué)軟件、計(jì)算機(jī)專業(yè)出身的人，主要從事嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件的開發(fā)。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，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。

從事嵌入式開發(fā)的好處是：（1）目前國內(nèi)外這方面的人都很稀缺。一方面，是因?yàn)檫@一領(lǐng)域入門門檻較高；另一方面，是因?yàn)檫@一領(lǐng)域較新，目前發(fā)展太快，掌握這些新技術(shù)的人當(dāng)然很難找。嵌入式人才稀缺，身價(jià)自然就高，越有經(jīng)驗(yàn)價(jià)格就越高。其實(shí)嵌入式人才稀少根本原因可能是大多數(shù)人無條件接觸，這需要相應(yīng)的嵌入式開發(fā)板和軟件，另外需要有經(jīng)驗(yàn)的人進(jìn)行指導(dǎo)開發(fā)流程。（2）與應(yīng)用軟件開發(fā)領(lǐng)域不同，嵌入式領(lǐng)域人才的工作強(qiáng)度通常低一些，但收入?yún)s高于普通的應(yīng)用軟件開發(fā)人員。搞嵌入式系統(tǒng)的公司，所開發(fā)的產(chǎn)品通常是通用的，不會(huì)因客戶的不同而修改。另外，從事嵌入式軟件的每個(gè)人工作范圍相對狹窄，所涉及的專業(yè)技術(shù)范圍基本上固定，時(shí)間越長越有經(jīng)驗(yàn)。

如果以后想從事嵌入式技術(shù)方面的工作，那就需要進(jìn)行這方面的培訓(xùn)，因?yàn)榻虒W(xué)計(jì)劃中的很少的課時(shí)量只是讓學(xué)生們對嵌入式系統(tǒng)有一個(gè)大致的認(rèn)識(shí)，而自學(xué)的話又不知道該從哪里下手?，F(xiàn)在很多培訓(xùn)機(jī)構(gòu)都有脫產(chǎn)的嵌入式就業(yè)班，大概學(xué)習(xí)四五個(gè)月的時(shí)間就可推薦就業(yè)，對于想從事嵌入式開發(fā)的學(xué)生來說，無疑是一個(gè)比較好的途徑。

六、總結(jié)

嵌入式是一個(gè)有很大發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科，各個(gè)高校也相繼開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)的課程，筆者僅從自己多年的嵌入式教學(xué)的角度上提出自己的一些看法，希望能夠拋磚引玉，聽到同行們更精彩的見解。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉藝，許大琴，萬福編著.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)大學(xué)教程[M].人民郵電出版社，2008（11）.

作者簡介：相歲女（1981—），女，大學(xué)本科，講師，現(xiàn)供職于西安外事學(xué)院工學(xué)院。