高職高專類院校嵌入式系統課程教學方法的探討

摘要：高職高專院校應充分認識將嵌入式系統課程引入大專層面教學的必要性和重要性，明確該課程在高職高專院校開設的難度，探討該門課程的實際教學經驗，培養能夠適應企業需要的嵌入式系統開發人才。

關鍵詞：高職高專院校；嵌入式系統課程；實訓與實驗

嵌入式系統是當今最新的電子應用技術之一，無論是廣泛應用的手持式設備如PDA、智能手機、MP4播放器，還是應用于通信、航空航天和軍事領域的專用設備，都是以嵌入式系統為基礎的，因此，在當今的社會中，嵌入式系統已逐漸深入到我們生活中的各個方面，并時時刻刻影響著我們的生活。

早期的嵌入式系統都是以8位單片機為主的設備，這些設備具有相對來說較為簡單的結構和功能，如最為典型的單片機ATMEL公司生產的AT89S52，除了具有雙向模擬I/O口的功能外，還有異步串行口、外部中斷輸入、定時器/計數器等功能，具備這些功能的8位單片機一般被用在空調、冰箱控制器和戶外LED顯示屏上，這類簡單的嵌入式系統課程在一般的高職高專和本科類院校都有開設，具體課程主要是單片機原理與應用技術及C51編程技術。

隨著現代電子技術的發展，嵌入式系統的開發重點逐漸由8位機轉向32位機，這是由于相對于8位機而言，32位機具有更加強大的功能和更加廣泛的應用領域，在功能上，32位機除了具有8位機所具有的特性外，還具有10/100M以太網口、LCD顯示屏、觸摸屏、Irda紅外控制器、USB主機和設備控制器、SD/MMC卡控制器、IIC控制器和電源控制等多項功能。具有這些功能的32位機可以開發出功能更加強大的電子設備，如手機、數字機頂盒、路由器、程控交換機和GPS導航系統等，這些設備已廣泛應用在家電、交通、通信和航空等領域。

嵌入式系統課程在高職院校開設的現狀

由于32位嵌入式系統具有如此多的優點，國內的很多高等院校已將其作為電子類本科高年級的專業選修課或研究生的專業必修課。一些教師也對其在本科院校的教學方法進行了研究，只有少數高職高專院校才在最近一到兩年開設該門課程，究其原因，主要有以下幾方面：

預修課程太多，時間不夠相對于8位機而言，必須具備一定的專業基礎知識才能進入32位嵌入式系統課程的學習。在硬件方面必須先學習數字電路、模擬電路（高低頻）和單片機原理與應用等課程，在軟件方面要學習C程序設計、匯編語言、軟件學和操作系統原理等課程。只有掌握了這些課程的內容后，才能進入32位嵌入式系統課程的學習，而高職高專院校的學制一般只有2～3年，學生學習這些課程的時間將非常緊張。

課程難度相對較大32位嵌入式系統本身的知識點很多，主要包括32位嵌入式芯片的結構與功能、32位嵌入式硬件體系結構、硬件平臺的電磁兼容設計、嵌入式軟件中的Bootloader引導程序、驅動程序的編制與調試技術、嵌入式實時操作系統平臺的移植與應用軟件的開發等，學習起來不但內容繁多，而且難度很大。

實訓和實驗設備價格較高學習嵌入式系統課程，不但要在課堂上進行理論講解，還應將這些理論內容放到實驗課程中去檢驗，只有這樣，學生才能消化吸收相關內容。相對于其他課程的實驗設備，嵌入式開發系統實驗平臺系列的產品價格是比較貴的，嵌入式系統實驗箱的價格在5000元左右，Trace32仿真器的價格為8萬元一套，ADS1.2開發軟件價格在1萬元左右，包括其他測試軟件、GPS模塊或GPRS模塊。裝備一個具有25套開發系統的實驗室，要花費100萬元左右，因此，財力相對薄弱的高職高專院校引入該課程會面臨資金不足的問題。

學生素質相對較弱本科院校和高職高專院校的學生都經過了國家高等學校統一招生考試的選拔，但本科院校的學生是第一、二批次錄取的，高職高專院校的學生是第三、四批次錄取的。因此，相對而言，高職高專院校學生的學習能力與基礎要比前者薄弱，學習嵌入式系統課程，學生遇到的困難也會更大。

那么，是否高職高專院校就可以不進行嵌入式系統課程的教學了？答案是否定的。我們所處的時代是一個飛速發展的時代，特別是電子信息技術，已經改變了我們的生活和工作節奏，隨之而來的是社會對電子信息類人才大量的需求。因此，高職高專院校必須面對挑戰，開拓創新，積極引入嵌入式系統課程的教學。

社會需要什么樣的嵌入式系統人才

筆者走訪了一些公司，以專門開發嵌入式系統開發板的深圳市旋極歷通科技有限公司為例，該公司技術研發部門除了技術總監和項目經理是具有博士和碩士學位的高端人才以外，其他技術人員大部分是來自深圳職業技術學院和深圳信息職業技術學院的高職大專生。這些開發人員的主要工作是ARM嵌入式硬件開發系統設計、嵌入式相關軟件設計、操作系統移植與應用軟件開發和嵌入式系統總體調試和測試等，每個開發人員的分工都很明確。在這樣一個高科技公司里，本科生并不多，起主要作用的幾乎都是高職大專生，為什么會出現這樣的狀況呢？主要有兩個原因：

公司對人才的要求與學校的培養目標相契合畢業于上述兩所學校的軟硬件設計開發人員在學校的專業課學習階段，都學習過基于ARM的嵌入式系統課程，并進行過相應的實驗和實訓，對嵌入式系統有或多或少的接觸和了解，因此進入相關企業之后，對于某個特定的嵌入式系統項目能夠快速入門，理解并掌握相關系統的開發流程和方法，企業花費很少的資金甚至不用花費資金，這些學生就能夠給企業帶來利潤和效益，是企業歡迎的學生，也是學校應該培養的合格學生。

高職學生的使用成本較本科生低以往大部分企業在招人的時候，都是根據文憑定基本起薪工資，在客觀上形成了本科畢業生與專科畢業生的工資差別。現在的企業，特別是民營和私營企業在招聘畢業生的時候，更看重的是知識結構與技能，具有專業知識并且動手能力強的學生能受到企業的普遍青睞。由于高職院校在課程設置上一般規定實驗實訓課程占總課時的一半以上，比較而言，合格的高職畢業生應該比本科畢業生的動手能力更強。因此，企業更愿意聘用薪水低、動手能力強的高職學生。

通過上述分析，可以肯定的是，社會需要高職院校培養出更多合格的電子類應用型人才，特別是在深圳這樣一個高科技創新型城市，對嵌入式系統開發、測試與銷售人員的需求一直是非常強勁的。

高職院校如何培養嵌入式系統人才

經過幾個學期的嵌入式系統課程教學實踐，筆者認為，在教學中能夠做好以下幾點，基本上就能夠將本課程的內容介紹清楚了。

課程教學應以實驗和實訓為主，講授為輔在本科院校中，單片機課程也是比較難學的，嵌入式系統課程的難度更大，如果在高職院校中用傳統的以課堂講授為主的方法教學，學生將會對眾多的軟硬件知識點和概念難以理解，繼而產生厭學情緒，從而使教學效果大大降低。筆者在教學實踐中采用了先實驗后講授的方法，取得了良好的效果。以一個具體示例說明這種方法，如嵌入式系統平臺（此處為基于S3C2410的ARM9開發板為例）與臺式機之間的串行通信內容，在講解前，筆者先將學生帶入實驗室，由教師做演示實驗，讓學生看到實驗結果，再指導學生自己操作實驗平臺，期間解釋嵌入式程序的語句功能。以bootloader的代碼講解為例，bootloader是在操作系統內核運行之前運行的一段小程序，通過這段小程序可以初始化硬件設備，建立內存空間的映射圖，從而使系統的軟硬件環境處于一個合適的狀態，為最終調用操作系統內核準備好正確的環境。代碼的偽指令流程如下：

1.CPU的基本初始化：（1）中斷屏蔽；（2）看門狗設置，初始化時將其屏蔽掉，初始化完成之后再將其打開；（3）設置CPU時鐘速度；（4）初始化內存；（5）GPIO初始化；（6）設置GPH寄存器以使能uart0，uart1。LDR R0，=GPHCON；LDR R1，=0XAAA；設置串口0、1使能STR R1，[R0]；LDR R0，=GPHUP；LDR R1，=0X3FF；STR R1，[R0]。

2.跳至板級初始化，完成更高級的初始化工作。在上述第（6）步驟設置GPHCON以使能uart0，uart1，在實驗中若屏蔽該段代碼，則串口0、1不能正常工作，開發板不能和上位機進行串口通信實驗，若不做實驗直接進行講授，則學生不能理解上述ARM匯編語句中GPHCON的復用功能，若在添加和刪除該語句間進行切換實驗，則可以使學生直觀地理解這些串口初始化語句的內涵和語句執行后的實驗。進一步還可以修改其他程序代碼，改變實驗系統的輸出效果，并將這些不同的輸出和實驗結果作為課后作業留給學生進行思考。之后的理論課上再對該實驗內容進行詳細講解，這樣雖然在實驗階段學生并不懂串行通信的軟硬件原理。但是經過一系列成功的操作（教師要適時地進行指導），學生的好奇心和成就感被激發出來，自然而然會產生刨根問底的想法，再進行理論課的教學，效果會更好。

嵌入式系統課程應盡量提前安排作為高職高專院校電子類專業的專業必修課或專業選修課，嵌入式系統課程的內容繁多，主要包括嵌入式系統硬件、軟件、開發環境和實時操作系統的內容，要在兩到三個學期講完，時間非常緊張，如果能在大一第二學期開始學習，將能進行4～5個學期的持續學習，可以保證學生充分的學習時間。

應針對不同類型的學生開展教學嵌入式系統課程的內容比較難懂而且非常多，學生在學習的過程中，也會根據自己的愛好和自身的條件對軟件、硬件或測試有不同的興趣，教師應在教學過程中發現學生個體的差異，培養學生在不同方向上的興趣，以確保每個學生都能夠熟練掌握各自擅長的嵌入式系統開發方向。現在的電子產品開發企業在進行項目研發時，也是將項目按照軟硬件的層次分給每個開發人員，開發人員將根據分工協作研發，而不是一個人將軟硬件全部搞定。因此，學校的教學模式應與企業的任務分工充分接軌。

要選擇正確的嵌入式系統開發平臺進行講授構成一個實際的嵌入式系統可以選擇多種微處理器，如X86、MIP和ARM等。一般而言，基于ARM核的微處理器已經成為公認的構架嵌入式系統的首選方案，在教學中應引入該體系的教材和實驗系統，至于具體選用何種ARM核的芯片，則應根據實驗系統的功能、技術支持與售后服務等關鍵因素進行仔細選擇。

應及時與各電子類設計和銷售企業互通信息應及時掌握用人單位的需求，在教學中，通過展會、媒體以及相關電子企業實時注意掌握電子產品市場的發展動態，適時地調節課程內容及其側重點，以培養出適合企業需求的開發、測試與銷售人才。

在高職高專院校引入嵌入式系統教學是一個不容回避的任務，社會要求高職院校培養能夠適應企業需要的各類相關人才，學生也企盼能夠在三年的學習生活中學到一技之長，以增強融入激烈競爭的社會的能力，教師也應該積極探索先進的教學手段，使學生在學校求學期間逐漸培養出較強的應用能力，在畢業之后成為社會的棟梁之材。

參考文獻：

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作者簡介：

潘曉寧（1970—），男，甘肅蘭州人，工學博士，2004年4月畢業于南京航空航天大學控制理論與應用專業，現為深圳信息職業技術學院講師，研究方向為嵌入式系統設計、計算機仿真及魯棒自適應控制。