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      《嵌入式系統(tǒng)》課程教學(xué)初探

      2013-12-31 00:00:00相歲女
      網(wǎng)友世界 2013年13期

      【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。

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