淺談計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

摘 要：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，？嵌入式系統(tǒng)無疑是當(dāng)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(jì)劃、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實(shí)踐平臺建設(shè)以及嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)方法創(chuàng)新等。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng);實(shí)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(jī)、水表，大到信息家電、汽車，甚至飛機(jī)、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(gè)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(shí)踐性強(qiáng)，對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求較高，包括實(shí)驗(yàn)教師、硬件配置、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)課程，并逐漸形成較規(guī)范的教學(xué)體系已成為一個(gè)重要的研究課題。

一.嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點(diǎn)

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(jì)方法的概念、方法和工具。同時(shí)由于嵌入式系統(tǒng)對其他學(xué)科領(lǐng)域的滲透，其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生也有學(xué)習(xí)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(xué)生的就業(yè)率。嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)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(xué)生的設(shè)計(jì)能力和軟件開發(fā)能力。

嵌入式系統(tǒng)課程的特點(diǎn)是涉及知識面廣、綜合性強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)，并且學(xué)科發(fā)展快，因而學(xué)習(xí)難度大，難以形成一個(gè)簡單明確的知識體系。同時(shí)該課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的計(jì)算機(jī)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(shí)踐，才能對嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)性等抽象概念和系統(tǒng)調(diào)試過程有感性認(rèn)識。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）基礎(chǔ)性。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)涉及多個(gè)專業(yè)，如計(jì)算機(jī)工程、軟件工程、工業(yè)自動控制、機(jī)電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術(shù)與各個(gè)專業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學(xué)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(qiáng)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(jì)的完美結(jié)合。它涉及電子信息、計(jì)算機(jī)、自動控制等諸多專業(yè)相關(guān)課程的內(nèi)容，如語言、微機(jī)原理、單片機(jī)設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)等課程，有很強(qiáng)的綜合性。因此，可以有效地對學(xué)生進(jìn)行綜合能力的培養(yǎng)。（3）實(shí)踐性。嵌入式系統(tǒng)是理論與實(shí)踐結(jié)合密切的課程。實(shí)驗(yàn)是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，缺乏實(shí)驗(yàn)的嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)是紙上談兵，因此，學(xué)生必須通過大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)、自動控制等諸多專業(yè)知識，專業(yè)性強(qiáng)，包括了操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、編程語言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)計(jì)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(jì)原理與技術(shù)不是一門課程所能講授的，需要建立一個(gè)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(jì)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(gè)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(jìn)行二次開發(fā)的學(xué)生而言，應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)其基于某個(gè)嵌入式系統(tǒng)平臺上（包括硬件平臺和軟件平臺）進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)及合作開發(fā)的學(xué)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(diǎn)介紹某個(gè)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(jī)制、常用外圍接口，使學(xué)生掌握嵌入式平臺設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識。

第三層面：針對將來從事SOC（systemonChip）系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開發(fā)的學(xué)生而言。主要課程有數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)與應(yīng)用、電子電路原理與PCB技術(shù)、EDA技術(shù)（FPGA設(shè)計(jì)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(jì)。

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(gè)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(dāng)前比較容易實(shí)現(xiàn)的一個(gè)培養(yǎng)方向。在計(jì)算機(jī)本科專業(yè)中，軟件方向比較適合開展第一個(gè)層面的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，應(yīng)用方向比較適合開展第二個(gè)層面的嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)。

三、嵌入式系統(tǒng)課程體系的實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)大綱的制定是保證課程教學(xué)大綱目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，制定出符合學(xué)生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)大綱對計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。按難易程度的不同，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩個(gè)層次：基本實(shí)驗(yàn)與綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?；緦?shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程，進(jìn)行基本的嵌入式程序開發(fā)。綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生綜合運(yùn)用前面所學(xué)到的知識，按照指定的題目，自行設(shè)計(jì)開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序。基本實(shí)驗(yàn)包括嵌入式軟件開發(fā)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、人機(jī)接口實(shí)驗(yàn)、通信與音頻接口實(shí)驗(yàn)、簡單驅(qū)動程序?qū)嶒?yàn)和嵌入式操作系統(tǒng)移植實(shí)驗(yàn)等。對于綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，給出多個(gè)題目，選擇其一，學(xué)生也可以自選題目。

課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中對所學(xué)知識的運(yùn)用與提高在理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)有了較深入的理解與掌握。課程設(shè)計(jì)中，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)用開發(fā)平臺，選擇了如MP3模擬控制系統(tǒng)等在實(shí)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(jì)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(jì)等工作，這些設(shè)計(jì)要求學(xué)生從軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)到軟硬件的測試方法等有深刻的掌握，同時(shí)組織學(xué)生參加大學(xué)生嵌入式設(shè)計(jì)競賽等教學(xué)活動。

參考文獻(xiàn)：

[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(xué)出版社，2005.

[2]柳翔.嵌入式軟件工程人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐[J].計(jì)算機(jī)教育，2005，5.

作者簡介：

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