淺談計算機專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的設(shè)計與實踐

摘 要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，？嵌入式系統(tǒng)無疑是當前最熱門最有發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。本文通過對嵌入式技術(shù)的分析，？提出了嵌入式系統(tǒng)課程體系建設(shè)的基本方法，包括專業(yè)培養(yǎng)計劃、嵌入式系統(tǒng)教學實踐平臺建設(shè)以及嵌入式系統(tǒng)教學模式與教學方法創(chuàng)新等。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);實踐性;創(chuàng)新能力

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展及嵌入式硬件技術(shù)與軟件技術(shù)的不斷成熟，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，目前嵌入式技術(shù)被廣泛應(yīng)用于通信、交通、電子、醫(yī)療、軍事等眾多領(lǐng)域，已成為國內(nèi)？IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心方向。小到智能卡、手機、水表，大到信息家電、汽車，甚至飛機、宇宙飛船，我們的生活已經(jīng)被嵌入式軟件所包圍。我們深感嵌入式軟件在整個軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所處的舉足輕重地位。因此，許多高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面的系列課程。于嵌入式系統(tǒng)課程涉及的知識面寬、實踐性強，對實驗教學的要求較高，包括實驗教師、硬件配置、實驗項目的設(shè)置等。因此，作為對新技術(shù)研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，盡快開設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)理論與實驗課程，并逐漸形成較規(guī)范的教學體系已成為一個重要的研究課題。

一.嵌入式系統(tǒng)教學的特點

設(shè)置嵌入式系統(tǒng)課程的目的是讓未來的軟硬件開發(fā)人員了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的概念、方法和工具。同時由于嵌入式系統(tǒng)對其他學科領(lǐng)域的滲透，其他相關(guān)專業(yè)的學生也有學習該課程的需求與必要。如其他電子、自動化專業(yè)都可開設(shè)相應(yīng)的選修課程，在某種程度上可以提升畢業(yè)學生的就業(yè)率。嵌入式系統(tǒng)課程的教學內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件構(gòu)架、軟件編程及外圍設(shè)備接口和驅(qū)動等，注重培養(yǎng)學生的設(shè)計能力和軟件開發(fā)能力。

嵌入式系統(tǒng)課程的特點是涉及知識面廣、綜合性強、實踐性強，并且學科發(fā)展快，因而學習難度大，難以形成一個簡單明確的知識體系。同時該課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的計算機系統(tǒng)的軟硬件知識，而且需要真正從事過嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實踐，才能對嵌入式系統(tǒng)中的實時性等抽象概念和系統(tǒng)調(diào)試過程有感性認識。嵌入式系統(tǒng)教學主要有以下三個特點：（1）基礎(chǔ)性。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)涉及多個專業(yè)，如計算機工程、軟件工程、工業(yè)自動控制、機電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術(shù)與各個專業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學科研究方向，因此，嵌入式系統(tǒng)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)是軟件和硬件設(shè)計的完美結(jié)合。它涉及電子信息、計算機、自動控制等諸多專業(yè)相關(guān)課程的內(nèi)容，如語言、微機原理、單片機設(shè)計和操作系統(tǒng)等課程，有很強的綜合性。因此，可以有效地對學生進行綜合能力的培養(yǎng)。（3）實踐性。嵌入式系統(tǒng)是理論與實踐結(jié)合密切的課程。實驗是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，缺乏實驗的嵌入式系統(tǒng)課程學習是紙上談兵，因此，學生必須通過大量的實驗和實踐環(huán)節(jié)，來加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解。

二、適合計算機專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程體系

嵌入式系統(tǒng)涉及電子、計算機、自動控制等諸多專業(yè)知識，專業(yè)性強，包括了操作系統(tǒng)、微機原理、編程語言程序設(shè)計、計算機網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)計等內(nèi)容，是軟件、硬件的完美結(jié)合。因此，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計原理與技術(shù)不是一門課程所能講授的，需要建立一個課程體系。由于嵌入式系統(tǒng)涉及的知識面廣、應(yīng)用層面廣，所以應(yīng)針對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用的不同層面的需求，設(shè)置不同層面的課程體系。從狹義上劃分，嵌入式系統(tǒng)課程體系可以有以下三個不同的層面：

第一層面：針對將來只是應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)硬件、軟件平臺來進行二次開發(fā)的學生而言，應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)其基于某個嵌入式系統(tǒng)平臺上（包括硬件平臺和軟件平臺）進行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的能力。

第二層面：針對將來從事嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計及合作開發(fā)的學生而言，還必須開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程。該課程重點介紹某個具有代表性的嵌入式CPU（如ARM系列）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、中斷管理機制、常用外圍接口，使學生掌握嵌入式平臺設(shè)計的基礎(chǔ)知識。

第三層面：針對將來從事SOC（systemonChip）系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)的學生而言。主要課程有數(shù)字邏輯設(shè)計與應(yīng)用、電子電路原理與PCB技術(shù)、EDA技術(shù)（FPGA設(shè)計及應(yīng)用）、嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)等，偏重于底層的設(shè)計。

通過以上分析可以看出，第一層至第三層分別是嵌入式系統(tǒng)中由軟到硬、由高層至底層的三個不同應(yīng)用層次，對應(yīng)不同的知識結(jié)構(gòu)需求。第一層偏軟，對底層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口等要求較低，是在當前比較容易實現(xiàn)的一個培養(yǎng)方向。在計算機本科專業(yè)中，軟件方向比較適合開展第一個層面的嵌入式系統(tǒng)教學，應(yīng)用方向比較適合開展第二個層面的嵌入式系統(tǒng)的教學。

三、嵌入式系統(tǒng)課程體系的實踐

實驗是嵌入式系統(tǒng)教學的一個比較重要的環(huán)節(jié)，實驗大綱的制定是保證課程教學大綱目標實現(xiàn)的一個重要環(huán)節(jié)，制定出符合學生實際的實驗大綱對計算機科學與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標的實現(xiàn)至關(guān)重要。按難易程度的不同，實驗內(nèi)容分為兩個層次：基本實驗與綜合應(yīng)用實驗。基本實驗?zāi)康氖亲寣W生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程，進行基本的嵌入式程序開發(fā)。綜合應(yīng)用實驗?zāi)康氖亲寣W生綜合運用前面所學到的知識，按照指定的題目，自行設(shè)計開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序?；緦嶒灠ㄇ度胧杰浖_發(fā)基礎(chǔ)實驗、人機接口實驗、通信與音頻接口實驗、簡單驅(qū)動程序?qū)嶒灪颓度胧讲僮飨到y(tǒng)移植實驗等。對于綜合應(yīng)用實驗，給出多個題目，選擇其一，學生也可以自選題目。

課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計中對所學知識的運用與提高在理論學習結(jié)束后，學生對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個環(huán)節(jié)有了較深入的理解與掌握。課程設(shè)計中，可以結(jié)合實驗用開發(fā)平臺，選擇了如MP3模擬控制系統(tǒng)等在實際中真正是嵌入式大行其道的應(yīng)用領(lǐng)域。在畢業(yè)設(shè)計中，可以布置諸如“嵌入式智能控制器”，“嵌入式音頻控制器”設(shè)計等工作，這些設(shè)計要求學生從軟硬件協(xié)同設(shè)計到軟硬件的測試方法等有深刻的掌握，同時組織學生參加大學生嵌入式設(shè)計競賽等教學活動。

參考文獻：

[1]田澤.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005.

[2]柳翔.嵌入式軟件工程人才培養(yǎng)的探索與實踐[J].計算機教育，2005，5.

作者簡介：

李月輝（1983年1月），性別：男 ，學歷：研究生 ，單位職稱：講師 ，研究方向：軟件工程.