嵌入式课程总结汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇嵌入式课程总结范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

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1.引言

目前，国内开设有关嵌入式系统课程的独立学院极少，培养出的基于Linux平台上的嵌入式软件开发人员更是凤毛麟角。所以，注重应用能力培养的独立院校，特别是有计算机、电子技术等相关专业的工科独立院校，应该尽早引入嵌入式系统的教育，结合自己专业特点，大力开展嵌入式系统的教学工作。

2.嵌入式系统简介

嵌入式系统一般指非PC系统，而是指小型、专用的计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起，应用程序控制着系统的运作和行为；操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

3.国内嵌入式系统教学的现状

国内教育界将嵌入式系统的教学大致分为三类：软件学院专业嵌入式教学；计算机专业嵌入式教学；电子、自动化等相关专业嵌入式教学，对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。

4.嵌入式系统教学模式的探讨

综观国内外，长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置，从事该领域的研发人员都来自不同专业背景，例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求，需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。嵌入式系统教育给传统计算机、电子信息工程教育带来了巨大的冲击和挑战，也带来了历史的发展机遇。嵌入式系统工程（ESE）是一个全新的专业，需要企业和社会的认知过程，课程体系需要经历设计、发展、完善的过程。

通过与国内其他高校的专家的探讨与学习，结合西部高校普遍存在的资金非常缺乏，实验条件的局限，以及电子信息工程专业学生的特点，我们积累和总结出关于嵌入式系统教育教学模式的一些想法，列举如下：

4.1 建立一套适合学校特点的课程体系

嵌入式课程是近几年来建立的一门新课程，有它自身的特点、规律。嵌入式的课牵扯面很广，包括研究生的课程、本科生的课程、技能课程的培训等。由于该课程与实际结合得非常紧密，容易教成短期培训，而作为一门课程要有自己的规律，不要把这个课程做成嵌入式系统教学的技能培训，要结合独立学院的自身培养目标特点制定出相应的教学计划以及实施方案。例如在我校，针对电子信息工程专业，目前师资力量等都不能满足直接建立一个嵌入式系统的专业，设想把嵌入式系统设定为电子信息工程专业本科主修方向，在低年级时开设相关的专业选修课，让有意于此方向的学生打好基础，在本科高年级进一步学习。作为电子信息工程专业，在教学中一定不能光注重应用，也要将清楚计算机本身的规律在什么地方，为什么发展嵌入式，有什么原理进行探讨，从而建立一套适合我们特点的课程体系。

4.2 课程应该分层次

嵌入式系统教学的层面应不同，有研究生、本科生高年级、重点大学、普通大学、独立学院等的分别，在授课时有所区别。在本学院推行这门课，考虑到针对的是电子信息工程专业，和其他学院的侧重点是不同的，但作为电子信息专业中的一个主修方向，在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点，在教材的选定上应该包括有关嵌入式处理器、操作系统（linux或ubantu）、开发平台和应用，重点学习原理及相关应用。

4.3 主动去获得更多的支持

由于学校在技术、经验、资金等方面有很多的困难，所以应该主动寻求以获得更多的帮助，例如主动跟国内外相关公司索取资料、设备，要求一些技术支持等，积极组织教师参加全国范围的各种嵌入式系统教学研讨会、及到各知名企业进修，让教师深入了解技术发展。

4.4 可利用仿真软件、书籍内容辅助实验教学

如果让理论知识能让学生达到所见即所得是本课程教学的重点和难点，由于资金的缺乏，现成的实验板很昂贵，应采用仿真和实验相结合的方法，一部分学生在SkyEye、microwindows仿真环境下做实验，一部分学生在实验板上面做实验，在实验之后再一起互相讨论。

4.5 利用互联网进行教学交流

由于教师对嵌入式系统课程不熟悉，在教学中要自己一边学习一边讲课，应该充分利用极其丰富的网络资源，例如教学课件及背景资料都可以从网站上下载，教师和学生均可通过论坛交流。

4.6 全国高校大学生电子竞赛及行业相关竞赛

通过组织学生参加全国高校大学生电子竞赛来深入了解和学习嵌入式系统。虽现在的电子竞赛还没有直接用到嵌入式系统，但是我们必须现在开始在思想上有所改变，主要是使学生多搞创新想法，而不仅仅是产品创新。

5.结语

嵌入式系统工程是一个全新的专业，目前的关键是怎样与现有专业学科融合，以及怎样进行现有课程体系的改革和调整。我国在嵌入式系统教育方面起步较早的是北京大学软件与微电子学院的嵌入式系统系，他们已经形成了较为完善的课程体系、专业水平较高的师资队伍和与国际技术接轨的嵌入式系统工程实践环境，目前，嵌入式系统系在我院本科生达到480人。独立学院由于很多因素的制约在教育上也比较落后，但已经积极行动起来，投身到嵌入式系统教育中去，为我国嵌入式系统的发展输送更多的优秀人才。

参考文献

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[中图分类号]G434 [文献标识码]A

一、引言

在上个世纪七十年代前后，出现了嵌入式系统的概念，当时，还没有出现操作系统（OS），仅有监控系统及汇编语言，随着计算机技术的发展及应用需求，将OS引入了嵌入式系统，嵌入式的编程以C语言为主，并有了强大的嵌入式开发平台。我国嵌入式软件应用规模为世界第三，在中国软件前10家企业中，嵌入式软件产品生产企业占了6家。数字化、智能化、网络化的趋势将使传统设备逐渐转变为嵌入式设备，因此嵌入式软件对改造和提升传统产业有重大作用。 中国工程院院士倪光南强调，我国IT行业应大力发展嵌入式软件，提升我国IT产业的核心竞争力。

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，其软硬件可配置，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格约束的一种专用系统。所使用的计算机为嵌入式计算机。嵌入式系统一般可由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统及应用程序四部分组成，嵌入式系统一般嵌入到应用系统中[1]。

广义而言，可将计算机技术作为一种技术，嵌入到应用系统中，计算机技术又经常是一种核心技术。对一般用户而言，嵌入式系统是透明的。

对于处于高速发展时期的嵌入式技术及物联网技术时代，嵌入式系列课程的教学也在各大院校中开展起来。要设置适应社会需求的嵌入式技术人才，在设置嵌入式系列课程时，需要解决以下问题：

1.课程体系设置

嵌入式课程目前开展最多的还是在研究生阶段，但随着嵌入式市场需求的增加，一些高校在本科阶段开始设置嵌入式方向体系课程。那么怎样设置适合本科在校生学习的课程是现在亟需解决的问题。

2.实验教学环节设置

嵌入式技术对学生动手能力要求很高，而且嵌入式系统是软硬件结合的产物，对学生能力要求很高，既要会硬件设计又要会软件设计。

二、嵌入式系统基本结构

1.嵌入式处理器

（1）嵌入式微处理器：对应通用计算机CPU。

（2）嵌入式微控制器：对应用单片计算机。

（3）嵌入式DSP：应用于数字信号处理，数字滤波，FFT谱分析，图象处理等领域。

2.微内核结构

微内核结构是指仅提供基本的功能，任务调度，通信及同步，内存管理，对外管理等。嵌入式系统一般配有操作系统。OS分为内核层与应用层两个层次。内核仅提供基本功能，建立及管理进程，I/O、文件系统由应用层完成。其它属于应用组件，如网络功能，文件系统，GUI等，工作在用户，系统可裁剪，即用户可选择需要的组件。

3.任务调度

在嵌入式系统中，任务即线程，大多数嵌入式OS支持多任务。

多任务运行是指靠CPU在多个任务之间切换、调度，每个任务有优先级。不同任务的优先级不同，调度方式可分为三种方式：

（1）不可抢占式调度：一旦某个任务获得CPU，就独占CPU，除非某种原因（任务完成、等待资源），它才放弃CPU。

（2）可抢占式调度：基于任务优先级，当前运行的任务，随时可让位于优先级更高的处于就绪态的任务。

（3）时间片轮转调度：当两个以上的任务，优先级相同，一个进程在用完自已的时间片，就将cpu让位于同优先级的另一个进程。

嵌入式系统大多数OS采用优先级不同时用抢占式和优先级相同时间片轮转调度法。

4.硬实时系统与软实时系统

一般嵌入式系统对时间要求较高，即要求在较短的时间内，对提交的任务作出响应，称之为实时系统（μS级）。

硬实时系统对响应时间有严格要求，软实时系统可在较宽时间范围内完成。

5.内存管理

用MMU，使用虚拟存储器概念，大多数嵌入式系统MMU，从而采用实地址管理模式，这样，存储保护技术也相应降低。然而，随着嵌入式技术的发展及需求的牵引，近来不少嵌入式系统中也在加强存储管理，引入虚拟存储器概念，引入MMU，同时也在加强存储保护。

6.内核加载方式

OS内核既可在FLASH中运行，也可在片内RAM中运行，一般而言，在片内RAM中运行，可获得更快的速度，但RAM是易失性的，故无论内核还是应用程序，都应放在FLASH中，以免挥发。故在实际加载时，就存在两种方式，一是在FLASH中直接运行；另一是运行在@FLASH中的加载程序，将内核装入片内RAM，然后再运行装入RAM的内核。

7.嵌入式系统开发的有关技术

嵌入式系统的开发技术，比一般在Windows下开发要复杂一些，它与硬件平台有关。

开发平台分为宿主机与目标机。

（1）宿主机（一般用通用PC机）：主要功能是编译、链接、定址，还进行调试期间的运行控制。

目标机（硬件平台-目标板）：运行嵌入式软件。

第一过程：用交叉编译器。所谓交叉，是在一个计算机平台，为另一个计算机平台产生代码的编译器。

第二过程：链接，将所有目标程序链接为一个目标文件。

第三过程：定址，将目标文件分配到物理存储器的相应地址。

这一过程与目标机硬件结构有关，即与各存储器的起始地址有关。

（2）宿主机的调试功能

宿主机的第二个功能为支持调试目标机上的应用程序。应用交叉调试器，采用宿主机与目标机联合调试。首先下载，将宿主机中的内核及应用程序下载至目标板；然后，分别对目标板源码级、汇编级进行调试。

目标监控器是对目标机上的应用程序进行控制的，它事先被固化在FLASH中，宿主机与目标监控器相联接，完成调试控制过程，其步骤为：下载程序至目标板，控制其运行，并随时检测返回状态[2]。

三、嵌入式系统课程设计

嵌入式技术在中国的发展已经有十几年的历史，根据嵌入式系统基本结构，其涵盖的课程非常广泛，有《嵌入式操作系统》、《嵌入式系统及其应用》、《嵌入式组件设计》，《嵌入式Linux设计》等，目前这些课程基本是各大院校电子类相关专业的必修或选修课程。通过这些课程的学习，使学生能够独立完成嵌入式系统的硬件系统设计和软件设计。

《嵌入式操作系统》主要介绍实时内核原理、多个常用OS（UCOS、UCLinux、WIN CE、VXWorks、Nucleus）的比较、实时时效的分析与提高、实时OS的设计方案。

《嵌入式软件设计》主要结合汇编、C（C++）、JAVA等语言的嵌入式实现精华，体现实时OS的移植，低、高级语言的集成应用。

《嵌入式系统及其应用》讲解嵌入式系统的定义、发展、分类、组成、特点、开发调试方法、嵌入式处理器等概念性的介绍，帮助建立系统的概念和特征，完成应用层编程。

《嵌入式Linux设计》涉及嵌入式Linux驱动程序的设计，包括I/O口、CAN总线、触摸屏、IIC、PS/2、异步串口、音频、显示、USB、以太网及Flash的使用及驱动程序的编写。在ARM Linux的中断处理、BootLoader和内核上电启动过程。

为了更好的体现嵌入式门课的实用性，在课程之后配有一个为期两周的课程设计《嵌入式系统及应用课程设计》。在前面实践能力基础上，面向某一领域的应用，以嵌入式系统基础设计实现相应功能系统。提高了学生的实际动手能力与综合能力。学生要将嵌入式操作系统移植到智能手机中，并在此基础上进行二次开发，完善智能手机的功能。包括电话簿、记事本、日程、计算器、日历和时间显示、游戏软件（包括俄罗斯方块、五子棋、拼图、高尔夫球、沙壶球等）、音频功能（包括播放MP3等歌曲）、手机摄像头以及手机通讯功能（包括GPS通讯、GPRS通讯、红外通讯、蓝牙无线通讯等）。我校电子信息科学与技术专业嵌入式方向自2002年创建至今，已有六届毕业生。由于创建之初嵌入式还是个新兴的技术，所以无论从课程内容设置、教学顺序设置以及教学环节的配合都很不成熟，师资和实验设备严重短缺。但在不断探索和调整中我们总结出一套嵌入式课程体系建设的方案，科学合理设置教学内容、从实际出发调整教学顺序、各教学环节相互配合。

由于嵌入式相关课程涉及的范围甚广，尤其随着现在物联网及许多新技术的兴起，针对嵌入式课程体系的建设，包括教学内容的体系化建设和教学环节的体系化建设，是教学过程中需要解决的问题，需要提出相应的解决方案[3]。

由于嵌入式系统面向应用的主要特点，在课程设置别强调培养学生动手实践的能力。以教师科研环境和专业实验室为基地，开展课外学习方式培养学生的综合实践能力；知识讲解与主流嵌入式系统实例结合，搞好课程教材体系的配套建设；配有课程设计，加强学时在工程设计方面的能力；多位教师授课，充分发挥每位教师优势，使新技术能贯穿在教学中；与学生实际相结合，对学生毕业找工作和再学习有很大帮助；设计了多种等级实验，学生通过循序渐进设计能提高综合设计实验能力。

基于嵌入式系列课程的教学改革与探索能解决好课程间的联系、衔接问题。从理论教学、实验教学到课程设计、毕业设计统筹安排，形成一个整体，使学生的学习层次化、阶梯化。建立嵌入式实验平台，提高学生参加相关竞赛的积极性，培养学生对嵌入式相关课程的学习兴趣，促进学生自学能力和解决问题能力的提高，突出学生的能力建设、知识探究和人格养成。

四、嵌入式系统研究方向

嵌入式系统有着广泛的市场前景。市场需求方面：中国具有世界最大嵌入式技术市场。手持仪器设备、信息家电、城市建设、工业控制、军事应用等，嵌入式技术无处不在。企业人才需求方面：软硬件设计人才，应用开发人才，综合性人才，培训增加，工资待遇逐渐上升。技术发展趋势要求方面：8位单片机到16位单片机主要用于不需要操作系统的只需要处理简单任务的控制系统，但现在的手机、智能家居等系统已经不能满足于简单的控制了，多个任务并发出现时，需要具有实时操作系统的32位嵌入式微控制器的解决。图1概况了现在嵌入式系统的主要研究方向。

图1 嵌入式系统研究方向

五、总结

未来几年，市场对嵌入式人才尤其是嵌入式Linux人才的需求旺盛。而目前熟练的嵌入式Linux应用人才只有几千名。这意味着各大跨国公司及国内消费类电子巨头企业都面临着人才严重短缺的挑战。所以设置好嵌入式系列课程，培养出优秀的具有嵌入式技术人才是迫在眉睫的事情，希望我们的努力能对我国嵌入式市场带来新的生机与活力。

基金项目：本文系“北京市教委科技发展计划面上项目”（项目编号：KM201110772018）的研究成果。

[参考文献]

[1]李金芳.嵌入式教学的案例分析与分享[C].图书馆联盟建设与发展，2012-10-01

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【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）03-0235-01

一、我校嵌入式系统专业的立足点以及嵌入式行业发展现状

近年来，我国嵌入式系统应用产品日益丰富，市场呈现快速增长趋势，尤其在家电、汽车、通信、网络、监控、工业自动化等领域应用更加广泛。全国范围内对嵌入式人才需求量非常大，因此全国很多高校、职业技术学院和培训机构纷纷开展了嵌入式系统的教学和培训，我校立足东莞松山湖高科技产业园，而东莞松山湖科技产业园正在以信息家电、汽车电子、装备控制为切入点努力来打造国家级开发和应用嵌入式系统的产业基地，因此我校在建校之初就在电子工程系开设嵌入式系统类课程。

二、我校目前嵌入式教学的现状

我校开展嵌入式系统教学已经有两年了，所遇到的问题有很多，主要有：

1.电子专业主修课程较多，嵌入式系统课程学时不够。

学习嵌入式系统必修首先具有单片机的相关基础知识，在硬件方面必须先学习模数电，和单片机原理与应用等课程，在软件方面要学习C程序设计、汇编语言、软件学和操作系统原理等课程。只有掌握了这些课程的内容，才能进入嵌入式系统课程的学习，高职、高专院校的学制一般只有3年，而真正学习的时间只有2年半左右，学生学习这些课程的时间将非常紧张。嵌入式系统这门课又强调动手能力，需要很多实验以及实训来补充才能学得好，这样一来就更加导致嵌入式系统的学时更加不够。

2.嵌入式系统课程难度大。

嵌入式系统本身的知识点很多，比51单片机所需要的知识点更多，而且也更抽象，学习难度上比较大，主要包括嵌入式硬件平台的设计和嵌入式软件平台的设计，而软件平台就包括Boot loader引导程序、驱动程序的编写、操作系统的移植以及应用软件的开发等，学习起来难度很大，这些知识如果在没有操作系统知识的基础的情况下，难度更大。

3.高职学生学习能力相对较弱。

我校的学生都是高考第三批次录取的。相对本科而言，高职院校学生的学习能力与基础要相对薄弱，接受能力也相对较差，学习嵌入式系统课程，学生遇到的困难会更大。高职院校的学生普遍都有一种自卑心理，再加上电子专业的知识逻辑性较强，如果没学好前一门课程，对后一门课程的影响较大，学生往往越往后越没信心，而嵌入式系统课程又是一门非常综合的课程，学生越来越没信心学好嵌入式系课程。

4.缺少合适的教材。

目前很多教材都是以前本科院校教材的缩减，没有体现高职教育的课程特点，嵌入式技术又发展得很迅速，教材跟不上变化，具体来说就是没有符合我们具体实际情况的教材。

三、教学方法改革

根据我校目前的情况，结合自身从事嵌入式教学的经验，我认为可以在开设嵌入式课程时采取以下措施：

1.以竞赛促进教学。

我校每年都会派出代表队参加广东省大学生电子设计竞赛，以及全国电子设计竞赛，这些竞赛的题目都很新颖，很多都用到嵌入式系统的相关知识，学生参与其中也学到很多项目化的经验。我们每年都会在参赛的题目当中拿出一道放到我们嵌入式系统的实训当中，以竞赛的方式来促进教学，让学生亲自动手去去实践，提高能力。

2.采用项目化教学法。

在传统的嵌入式课程教学过程中，教学内容遵照教学大纲，力求给学生树立一个整体和全面的嵌入式系统的知识体系。这种教学方法能够保证学生在学习嵌入式系统课程过程中所掌握的知识是一个前后连贯、相互联系的有机整体。但是这种方法学生产生不了兴趣，一旦中间某个环节脱节了，后面内容要继续下去就困难了。基于此我认为采用项目化的教学方法适合学生，首先，项目化教学能够充分调动学生的学习积极性，让他们自己去学，自己去查资料，不是老师逼他们去学，改变传统的教授式方法；第二，把每年电子设计竞赛的几个题目拿来给他们做为一个项目，让他们能够学以致用。

3.用andriod系统作为例子来讲解嵌入式操作系统。

目前流行的智能触屏手机都是基于谷歌的andriod操作系统，而andriod系统的内核又是linux，学生都对andriod系统很感兴趣，可以把这个作为切入点，首先教会大家怎么刷机（重装手机系统），让学生首先能够接触到嵌入式系统，这个过程学生就会对嵌入式系统有个框架性的认识，然后再层层剖析，慢慢深入下去讲linux系统，这样一来就避免了直接讲授复杂的嵌入式系统，这样就会激发学生的学习兴趣，同时跟实际也联系紧密。

4.利用现有教学平台出版适合学生的讲义。

每所学校的条件都各不相同，学生的情况也不尽相同，从各大出版社选的教材都是比较宽泛的教材，每年选的教材跟我们的实际情况还是有些差距，比如，实验室所用配套试验箱跟教材所选用的例子以及实验关系不大，做实验时必须要重新编排重新写程序，这样就造成了教材跟实验实训脱节的情况，费时又费力，所以要根据学校的实际情况以及学生的接受能力来编写适合自己的教材或者讲义，这其中项目化教材是最好的。

四、总结

目前我校的嵌入式系统的实践教学才刚刚起步， 在实际教学工作中还存在着许多不足， 一些实践教学方法的教学效果还需要时间来验证， 同时还将有许多新的教学手段需要我们进一步的探讨和研究。因此， 在高校嵌入式系统实践教学方面迫切需要建立起能够追随时代步伐的嵌入式系统实践教学体系， 才能够培养出真正适应社会的嵌入式系统人才。

篇（4）

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）13-0186-02

一、引言

随着高校培养应用型、复合型人才需求的提出[1]，高校在课程设置、教学模式等方面进行了改革。《嵌入式系统安全》课程实践性较强，而传统教学方法只注重讲述理论模型，缺乏创新，加之学生水平参差不齐，导致课程授课目标无法很好完成。为此，探索新的教学培养模式势在必行。

二、目标

嵌入式系统安全课程内容涵盖了安全体系结构/协议、认证技术、病毒与恶意代码、网络入侵、入侵检测与防火墙、嵌入式系统安全等内容。课程顺应嵌入式系统与移动互联网的发展，快速建立对嵌入式移动互联网安全的全貌概览。学生通过学习，能够了解嵌入式系统与网络安全的基本知识和掌握具体应对办法，独立学习与初步设计嵌入式系统安全方案，为今后应用嵌入式系统或从事移动互联网安全管理打下良好基础。为了鼓励学生独立思考、培养创新思维，在授课过程中，笔者根据案例教学法的特点，照顾到课程综合性和实践性强的特点，逐步采取“案例导向教学+实际的案例分析+实践操作”的方式实施教学，提高学生学习兴趣，取得了良好的教学效果。

三、方法设计

案例教学（CaseTeachingMethod）是由美国哈佛法学院前院长C.C.Langdell于1870年首创[2]，后经哈佛企管研究所所长W.B.Doham推广，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。案例教学法对提高人才培养质量具有深远意义[3]。应用到本课程中，在每个技术专题的讲解过程中，采用“知识点铺垫+案例导向教学+实际的案例分析+小组讨论+实践操作+小组实训总结”的教学模式展开试点教学。

四、实施方案

在实际授课过程中，结合案例教学法和课程实际特点，笔者采用如图1所示的教学模式展开教学。如在讲解网络攻击技术专题时，首先铺垫知识点。网络攻击分为三个阶段：预攻击、攻击、后攻击阶段。预攻击阶段要收集目标网络、目标主机的信息。如，获取网络拓扑结构、主机操作系统类别、开放端口和服务情况等。有了基础知识的铺垫，必须辅以实际案例。因此，课堂中为学生演示信息收集过程。通过网络命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或网络登录截取banner信息等，推断目标网络和目标主机的基本信息。这些都是学生日常使用网络和计算机中常接触的命令和操作过程，但没有理论知识的铺垫，很少有人能够联想到这类操作可帮助黑客获取到如此重要的敏感信息。完成了上述内容，学生的学习积极性已被调动起来，接下来进行具体的案例分析。课堂中演示用实际工具，如端口扫描、漏洞扫描软件，获得目标主机的系统漏洞和开放端口/服务情况。通过案例解析，让学生从理论了解到实际操作，有了直观、具体的认识。在小组讨论阶段，老师可提出问题：“上述扫描工具的实施原理是什么？能否借助于之前学习过的网络知识、编程知识，自己设计实现一个类似的软件工具？”鉴于课堂授课时间有限，接下来的“小组讨论”和“实践操作”阶段留在课后完成。但教师需为学生进行小组划分，并给出具体任务。在“小组讨论”和“实践操作”阶段，教师不再是课程知识的传授者，转而充当指导者的角色，帮助学生完成任务。之后，要求学生在课堂上进行“小组实训总结”，通常是以“作品展示+演说答辩”的形式进行。

五、评价准则

课程授课模式发生了变化，相应地，课程教学效果的评价准则也要做出适当调整。笔者在教学过程中，通过实践，总结出了一套新的综合评价指标。如图2所示。由于课程特点，授课内容是以专题展开的，教学过程围绕项目进行，所以评价标准也以项目为单位。评价表的评分标准分为过程评价和结果评价两部分。每个部分都充分考虑“案例分析、团队合作、新知识点理解、辩论/答辩”等阶段的学生表现，在评分过程中，教师评分和同学评分的比例也有所调整。该评价准则，涵盖了教学过程的各个阶段，充分尊重教师和学生的评价结果，能够合理、准确地反映出学生的学习情况和学习效果。

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20世纪末，随着计算机技术、集成电路技术和智能控制技术的发展，单片级嵌入式系统迅速发展，企业对嵌入式开发人员的需求量极大，因此嵌入式系统课程在高校设置势在必行。同时，由于近年来物联网产业的发展，嵌入式系统更是备受关注。而嵌入式系统良好的发展潜力和发展机遇也预示着对相关技术人才的巨大需求。但由于嵌入式系统涉及的相关知识多、硬件和软件结合紧密等特点，嵌入式系统的开发难度很大，培养这样的人才对高校也是个挑战。

嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。本文针对学校的教学现状，总结目前通信工程专业的嵌入式系统课程教学的变化特点，依据课程培养方案，从课程的预备课程体系、教学内容规划和设置等方面入手，讨论课程的整体系统建设的内容。

一、我院嵌入式课程教学的特点

2007年电子、通信工程专业在全院率先开设了嵌入式系统课程，并将其定为电子信息类专业的一门重要的专业技术课程，同年引进了适合教学使用的英蓓特 Embest EDUKIT-III多核嵌入式实验开发平台（基于ARM7架构的Samsung 3C44B0x和ARM9架构Samsung3C2410x嵌入式芯片，实时、开放源码的多操作系统μC/OS-II、μCLinux和Linux）。经过几年的教学实践，课程的培养计划也随着课程的教学要求和学校“技术立校，应用为本”的办学指导方针做了一定的调整，以培养21世纪电子信息类高水平技术人才为目的，将嵌入式开发与应用课程建设成为我院具有特色的专业课程。在教学实践中发现存在一定的问题。

（1）课程的体系规划不断变化

自嵌入式系统课程开课以来，课程的培养计划也在不断的变化中，以适应专业的培养目标和学校人才培养的需求。几经调整之后，课程的设置基本稳定。因为典型的软硬件结合的特点，课程的设置主要从理论和实践两方面考虑，理论内容安排48课时3学分的内容，实践内容安排了32课时1学分的实验，这些是必修的嵌入式教学内容。此外，还可以在学生科创项目和毕业设计中加入相应的选修实践内容。课程具体内容规划如图1所示。

图1 课程体系规划

教学课时调整的同时，教学内容和教学方法也在不断的变化和改进，以适应教学目标的实现。

（2）课程实践内容设置不合理

开发与应用课程典型的特点就是实践性强，如何让学生在掌握理论的基础上形成实践能力，是该类课程的教学难点，并且要做到和专业培养结合。主要考虑的就是实验教学内容如何设置，才能和理论有机结合，达到培养目标。

二、课程系统的建设内容

1.建立合理的预备课程体系

嵌入式系统课程内容涉及广泛，系统性和综合性强，嵌入式系统本身就是一个包含软件和硬件的完整微型计算机系统。因此，嵌入式系统的原理和应用技术不是一两门课程就能讲授的，首先需要建立一个合理的嵌入式系统课程预备知识体系的教学来支撑嵌入式系统教学。

结合嵌入式系统的教学要求，需要有两部分的预备知识储备。一是硬件部分需要模拟电路、数字电路、计算机系统结构和微机原理课程的支持；二是软件部分需要C语言、汇编语言、数据结构和操作系统的课程支持。这些课程不是为了嵌入式系统而重复开设的，而是结合嵌入式系统重新调整和优化，以便于嵌入式系统的课程学习。

2.根据专业培养目标设置课程教学内容

嵌入式系统课程目前已经是各大工科高校必不可少的课程。课程教学的培养目标有两方面：一是学生通过课程的学习能够了解嵌入式系统的基本原理，熟悉嵌入式系统开发的整体概貌，掌握某种嵌入式系统开发环境的搭建方法，熟悉嵌入式系统开发的完整流程。这一部分是嵌入式教学的基本要求目标。二是在专业知识背景下能够完成一个相对完整的小型应用系统的开发，为毕业后求职或创业提供一定的基础。

针对专业培养目标与课程的性质，教学内容的设置主要分为两部分：理论和实践，这两部分应该相辅相成，实践内容帮助理论内容的理解，并且理论可在实践中得到验证和发展。如何设置两者的内容就成了教学过程中的关键问题。

（1）理论教学环节

嵌入式系统内容多而泛，需要理论教学内容与实践环境一致，才能使教学达到目标要求。依据实验环境的配备以及与嵌入式主流技术一致的原则，确定理论教学环节一是掌握ARM嵌入式处理器的体系结构，汇编指令集以及在ARM体系下的嵌入式编程，使学生掌握基于ARM7和ARM9典型嵌入式处理器的硬件开发平台，硬件接口开发；二是Linux嵌入式操作系统，嵌入式软件设计，以及Linux嵌入式系统开发举例；三、系统设计过程中电磁兼容特性的影响和改善的措施。

（2）实践教学环节

实践教学的内容设置不仅要做到对理论教学的支持，还需要能够调动学生的主动意识，更好的帮助教学目标的实现，同时兼顾学生的特点和专业方向，达到“由浅入深，由简单到复杂”的多层次实践教学内容。

首先是实验课程教学，内容依照对比验证、设计扩展和综合应用三个层次来设置，这是实践课程的必修环节。对比验证实践内容主要根据实验室的标准配置，掌握嵌入式系统的基本结构、编程方法和开发环境的使用等内容。设计扩展实践内容和项目指实验环境有扩展的空间，给学生发挥的空间。锻炼学生独立思考，独立解决问题的能力。综合应用实践内容随着理论知识的积累和基础实践的锻炼，实践内容应该以综合性、系统级的为主，目的是锻炼学生综合运用知识的能力。

其次是可以通过科创、竞赛或毕业设计等实践环节，此为选修环节，针对基础好的同学可以在通信专业方向上设置实践内容，在这个阶段，应该在工程和企业层面来要求学生，要引入设计说明书、设计流程图、开发进度表、软件工程控制文档和测试报告等概念。

嵌入式系统课程体系的建立要从专业的培养目标出发，结合学校资源，建立符合相关专业培养方向的课程体系，以及适当的应用环境，体现课程的综合性，经过几届学生的教学活动，该课程体系可以基本达到培养目标的要求。但由于师资和实验设备等的局限，我们的课程体系还存在很多的不足，今后需要在师资培养和实验环境上加大重视，将课程体系不断完善，培养出有开发能力的嵌入式人才。

基金项目：嵌入式开发与应用课程建设（2012KCJS-11）；上海电机学院校级重点课程建设项目。

篇（6）

作者简介：张晓东（1980-），男，山东青岛人，河南工业大学电气工程学院，讲师；孙丽君（1968-），女，河南郑州人，河南工业大学电气工程学院，教授。（河南 郑州 450001）

基金项目：本文系河南省高等教育教学改革研究项目（项目编号：2012SJGLX151）、河南省教育科学“十二五”规划实验课题“基于开放实验室的嵌入式系统教学改革与实践”（课题编号：[2011]-JKGHAC-0150）、河南工业大学高等教育研究项目（项目编号：2012一般项目-15）、河南省“自动化”特色专业项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）08-0035-02

进入21世纪以来，随着信息技术特别是嵌入式技术的快速发展，嵌入式系统已经广泛渗入到工业测控仪表、军事技术、汽车电子、医疗仪器、无线通信、智能家居以及消费电子产品等众多重要行业，成为“后PC时代”最有前景的研究热点之一。[1]作为一种新兴的技术领域，嵌入式技术融合了传统的计算机软、硬件技术以及通信、半导体和微电子技术，属于多种学科交叉的综合性学科。由于嵌入式产品市场的蓬勃发展以及嵌入式技术的广泛应用，嵌入式系统软、硬件开发工程师等技术人员在就业市场上较为紧缺，社会对嵌入式相关技术人才有迫切需求。[2，3]因此，嵌入式系统正逐渐成为国内相关高校的重点开设课程，高校嵌入式相关人才的培养方案还是一个较为新颖的重要的研究课题。

嵌入式系统设计技术已经成为电子信息类工程技术人员必备的专业知识和技能。不同领域嵌入式产品的应用特点不尽相同，高校不同学科、专业的嵌入式教学内容也应该各有侧重。河南工业大学电气工程学院自2007年开始面向自动化、电气工程及其自动化等多个专业的本科生开设了“嵌入式系统设计”等专业选修课程。运行六年以来，作为省级和地厅级多个教改课题的支持项目，学院在嵌入式系统系列课程的教学研究方面进行了教学实践与深入探索，获得了一些有益经验。

一、课程体系的目标与定位

“嵌入式系统设计”课程是河南工业大学电气工程学院面向自动化等专业开设的结合ARM体系结构、ARM应用系统设计、实时操作系统、驱动程序设计、SOPC技术、嵌入式数据库等嵌入式软、硬件技术的重要任选课程。[4]该课程旨在使学生掌握嵌入式系统软、硬件的基本原理，实践嵌入式系统项目开发的基本流程。重点培养能够解决嵌入式系统领域具体应用问题且具备的分析、设计、调试、运行等实践动手能力的应用型工程技术人才，为深入开展嵌入式系统相关的后续科研开发奠定良好基础。

对于选修“嵌入式系统设计”课程的学生，要求其具备电路基础、模拟电子技术、数字电子技术、计算机组成原理、微机原理及接口技术、C语言程序设计、软件技术基础等课程的先修基础。在课程体系的组织上，重点熟悉嵌入式系统的硬件结构和基于ARM9处理器的硬件开发平台；掌握嵌入式操作系统的内部原理及嵌入式Linux系统的裁剪、编译与移植技术；学习嵌入式开发环境的建立和嵌入式Linux应用程序开发与调试过程；尝试常用设备驱动程序的开发和嵌入式图形用户界面的编程；最终使学生具备独立设计一个较为完整的嵌入式系统的初步能力。[5]

根据美国电气和电子工程师协会IEEE的定义，嵌入式系统即为用于控制、监视或辅助设备、机器或者工厂运行的装置。[6]嵌入式系统的主要特点是软、硬件结合，面向应用；嵌入性、专用性和计算机系统是嵌入式系统的三个基本要素。[7]因此，“嵌入式系统设计”是一门综合性、实践性以及应用性都较强的专业任选课，必须通过课程实验、项目开发、科技竞赛等环节进一步加深对课堂理论内容的理解，才能将理论知识与实践应用有机地融合起来。

二、建立网络教学平台

“嵌入式系统设计”是一门融合了多学科内容的综合性课程，所授课程涉及的知识面广泛，课堂信息量较大。[8]但作为一门专业选修课程，受制于培养计划的限制，课内理论讲授及实验学时数都较少，在有限的学时内教师要尽可能地使学生掌握嵌入式系统更多的内容。此外，近年来选课学生人数还在持续增多，大班额导致教学效果变差的问题也越来越突出。传统的板书或投影仪授课方式已经远远不能满足该课程理论密切联系实践的讲授需要。

笔者所在的教学团队经研讨试讲后，决定充分利用河南工业大学电气工程学院嵌入式系统实验室的硬件资源建立网络教学平台，进行教学模式改革探索。利用实验室电脑以及“电子教室”多媒体教学网络平台，教师使用一台教师机进行集中讲授，学生在实验室近在咫尺的几十台网络终端旁即可实现理论授课及实验讲解的全程可视化。利用“电子教室”的远程传输功能，教师可以在实验课前将相关的课件、指导书等各种电子资源快速分发给学生机；通过“电子教室”的广播演示功能即可将实验步骤及实验过程中发现的一般性问题清晰准确地讲解给学生；讲解或实验过程中学生甚至可以通过“电子举手”等对话功能将所遇到的问题反映给教师，随时向教师提问。将传统讲堂搬进实验室，利用先进的网络平台进行教学虽然增加了教师的课前准备时间和课堂工作量，但是大大提高了有限课堂时间内的授课效率。授课方式变得活泼生动，学生对授课及实验细节的掌握程度也要远远好于传统板书或投影仪授课方式。

三、开放式实验教学改革

嵌入式系统以应用为中心，嵌入式工程技术人才的培养也离不开实践环节的锻炼。“嵌入式系统设计”课程是一门强调理论知识联系实际应用的课程，学生必须在实验中通过项目实践锻炼才能真正了解嵌入式系统设计的相关知识，掌握嵌入式驱动程序和应用软件开发的主要过程。[9]高校传统的实验教学方式一般采用填鸭式教学。在教师讲解实验大纲后，学生根据其中的实验目标和实验步骤进行验证式实验。学生缺乏主观能动性，难以满足嵌入式系统课程开设综合性设计性实验的需要，无法真正激发学生的创新意识、培养其实践动手能力。

为了解决上述问题，实现河南工业大学电气工程学院应用型工程技术人才的培养目标，必须要进行嵌入式系统课程的实验教学改革。为此，实验室筹措经费大力改进实验环境，购置了多套典型的周立功EasyARM2131开发套件、博创UP-NETARM2410-S嵌入式实验平台以及UP-ICE200仿真器、扩展板、网络摄像头、嵌入式操作系统、仿真软件等配套软硬件，为嵌入式系统相关课程的开放实验教学改革提供了良好的条件。另一方面，在实验组织形式上采用了开放式实验教学模式。开放实验室为学生提供了优良的硬件设施和实验场所。实验课前教师根据近期所讲授的理论知识制订部分小型项目课题，学生可从中选题或自带课题。在实验过程中将解决实际应用问题的思想作为实验教学切入点，以项目驱动的方式促使学生分模块、分任务针对实际应用问题进行分析；引导学生根据所学的嵌入式软硬件开发方法实现项目提出的软硬件开发目标或解决开发过程中的实际应用问题。指导教师注意在实验过程中给予学生必要的指导并在实验结束后及时进行总结点评。经过对实验效果的对比验证，开放式实验教学模式强调以学生作为实验中心，充分发挥、调动了学生的主观能动性和创造性，是传统实验教学改革的一次有益尝试。

四、教材和师资队伍建设

1.课程教材建设

教材是课程资源的载体和媒介，在教学活动中发挥着至关重要的核心作用。[10]国内高校嵌入式系统相关课程的开设时间较短，开课较早的清华大学、上海交通大学、华中科技大学等高校嵌入式系统的授课历史也只有十年左右。此外，嵌入式系统一般都是“软硬结合”，授课内容与实验室中嵌入式实验平台所用的微处理器类型密切相关，因此市场上很难找到合适的嵌入式系统课程通用教材。经过历年的嵌入式系统教学实践探索，笔者迫切感觉到该课程教材建设的重要性。

为此，自嵌入式系统开课之初，笔者就结合所选的嵌入式硬件实验平台编写了《嵌入式系统实验指导书》等校内讲义。在历经多次试用、补充、修改完善并总结多年教学经验的基础上，笔者所在的嵌入式系统教学团队积极筹划高水平教材的建设，组织优秀师资力量编写了《嵌入式系统设计》，并已被列入“普通高等教育电气工程与自动化（应用型）‘十二五’规划教材”和“河南工业大学校级规划教材”的编写计划。该教材坚持“基本理论适度、注重工程应用”的基本原则，在介绍嵌入式系统软、硬件设计基本方法的基础上着重实践嵌入式系统项目的开发流程。该配套教材重视知识更新和实用性，具有较强的学科前沿性和针对性；同时文后增加了工程设计实例，注重理论与实践相结合，使学生在学习过程中做到理论知识与实践技能的融会贯通，可有效提高学生对理论知识的掌握程度和实践动手能力。

2.师资队伍建设

开放式实验教学模式改革对师资队伍的建设提出了全新的挑战。与传统实验教学模式相比，教师课前要布置并不断更新贴近实际应用的开放式项目课题；实验过程中需要对现场涌现出来的各种问题及时给予解答、指导；由于嵌入式技术的快速更新，教师在课余也要不断了解嵌入式系统的最新技术信息。“嵌入式系统设计”等系列课程的教学需要有一支基础知识扎实、实践经验丰富的教师队伍。因此，学院抽调精干师资力量组建了嵌入式系统教学团队。一方面督促教师不断提高自己的业务素质，鼓励教师多次参加北京博创科技、北京旋极信息等业内知名公司组织的培训、讲座；另一方面也提倡教师积极参与嵌入式相关的企业横向课题的研发工作，提升教师自身的研发能力。这些措施使得嵌入式系统教学团队的业务素质和授课水平有了较大的提高。

五、结语

河南工业大学电气工程学院“嵌入式系统设计”选修课程自2007年开设以来，选课人数不断增加并获得了学生的好评。随着嵌入式技术的快速发展和社会对嵌入式研发人才要求的不断提高，电气工程学院嵌入式系统教学团队十分重视嵌入式系统课程的教学研究和教学改革，相继荣获河南省教育科学研究优秀成果一等奖、河南省素质教育理论与实践教育教学一等

（下转第38页）

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奖并培养学生获得多个国家级大学生科技竞赛的奖励。在以往多年教学实践的基础上，教学团队积极改革教学方法，采用多种教学手段，使学生掌握好嵌入式系统理论基础的同时真正做到了理论联系实践和学以致用，为后续相关课程的学习和嵌入式系统课题的研发打下了良好的基础。

参考文献：

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[8]吴磊.嵌入式教学与实验的研究[J].实验室研究与探索，

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关键词:嵌入式软件;实验教学;ARM_Linux

中图分类号:G642 文献标识码:B

1嵌入式软件专业发展和教学现状

进入90年代以来,以计算机软硬件技术和通信技术为核心的综合性信息技术取得了迅猛发展,从而奠定了嵌入式系统技术发展的基础。同时,以大量消费电子产品为主的个性化信息终端需求促进了嵌入式系统的广泛应用,使之成为信息化进程应用技术中的一个热点。

嵌入式系统的定义为“以应用为中心、软件硬件可裁剪的、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格综合性要求的专用计算机系统”,因此,一款嵌入式系统成品可以理解为一款专用计算机系统,而嵌入式系统的设计开发完全以应用为中心:一切软硬件都是围绕着实现某种功能进行定制的。因此嵌入式系统的开发过程具有很强的目的性。

目前嵌入式系统的硬件开发以32位嵌入式微处理器为核心,而软件系统则往往基于一款实时操作系统进行开发,借由操作系统,该综合平台的处理能力是以往的嵌入式单片机所根本无法比拟的。正因为嵌入式操作系统的存在,使得嵌入式开发可以获取更短的开发周期,更低的开发资金以及更高的开发效率,而且随着嵌入式技术发展前景的日益广阔,越来越多的嵌入式操作系统不断出现,并且基于这些操作系统的应用软件系统也层出不穷。

嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件的开发,越是功能复杂、系统智能的设备,软件系统越起到关键作用,这是目前的趋势。嵌入式系统之中软件成分的逐渐扩大化已经成为嵌入式系统发展的新方向。因此在高

校嵌入式系统课程之中,引入嵌入式操作系统以及软件部分的内容,其意义举足轻重。

鉴于嵌入式软件系统的裁剪性和移植性方面的要求,我们选择ARM_Linux系统作为嵌入式软件系统教学的操作系统。该系统在嵌入式领域很有发展前景,不仅要求资源和功耗极低,而且其设备驱动程序要比商业OS的设备驱动程序更多且更加适于改造。ARM_Linux具有强大的裁剪性,并且由于其开源的特性,可移植的应用软件种类繁多,因此非常适合学习和研究。

2嵌入式系统专业课程特点

与其他计算机专业课程相比,嵌入式系统专业课程具有鲜明的技术特点。首先,嵌入式系统课程要求学生具有较高的专业基础。如图1所示,嵌入式软件系统的先修课程包括:操作系统、组成原理、数据结构、Linux相关课程组等等。同时,和嵌入式系统课程相关的还有DSP、面向对象、计算机网络、数据库以及电子电路等相关课程组。

图1嵌入式系统课程设置

作者简介:李永,中国石油大学(华东)计算与通信工程学院专业实验室实验师,从事嵌入式系统方向教学和研究工作。

嵌入式软件开发不仅要求对嵌入式操作系统有很好的了解,而且能够基于操作系统进行驱动模块和应用软件的编写。因此嵌入式系统具有很强的渗透性,能够与各种行业技术结合从而渗透到各个领域。

除此之外,嵌入式系统教学对师资的要求也比较高。严格意义上讲,嵌入式系统不是一门学科,但是它却从属于多门学科,这就要求教师不仅能够在课堂上讲述嵌入式系统的理论和外延,而且能够在实验室对学生进行具体代码的演示和实践。为了适应现在社会的发展需求,嵌入式指导教师还需要不断将新鲜的技术补充到嵌入式系统实验教学体系之中。

基于以上特点,“实践”和“创新”是嵌入式软件系统教学模式的两个主要特点。实践是整个嵌入式系统课程体系中的重要基础,而创新的思想则贯穿了整个嵌入式教学的始终。

3嵌入式软件系统教学模式

鉴于嵌入式软件开发的特点,我们的教学模式分为如下三个阶段:基础、应用及提高。如图2所示。

图2课程知识结构

基础实验旨在培养学生的各种基本能力,因此对于教学模式的基础部分,可以分化为Linux学习模块和构建嵌入式系统模块。由于嵌入式系统实验课程目的在于培养学生的实践能力、科学素质和创新精神,因此传统的实验教学方法需要进行一定的改良。对于嵌入式系统实验教学的基础部分,传统的验证性实验能够牢牢打造好学生的基础;不过对于嵌入式系统的应用部分和提高部分,传统的实验教学则存在着一定的弊端:

(1) 传统实验教学不利于学生对知识概念的整体把握。因为在传统的实验教学方式中,学生往往注意每个单独的实验步骤而忽略了对实验的整体理解。

(2) 传统实验教学不利于学生主观能动性的发挥。传统实验教学往往大多是验证性实验,这样的实验很容易降低学生的积极性,丧失学生的实验兴趣,从而降低实验效果。

(3) 传统实验教学不利于学生技能的培养。实验教学目的之一是培养学生实验技能,可是先入为主的传统实验教学方式降低了学生的创造性。学生常常关注自己期望的实验结果是否与书本上的已知结果一致,而忽略了分析解释所得数据的原因。

综上所述,我们决定对嵌入式软件系统教学模式的高级阶段采用“案例式”教学方式。由于嵌入式系统实验教学体系相对比较庞大,因此要求既能保证学生掌握嵌入式软件编程的基础,又能够在系统开发上发挥自己的主观能动性。而如何设计相关“案例”则成了非常关键的问题。按照嵌入式软件开发以及ARM_Linux操作系统的相关特点,我们把整个嵌入式软件系统的应用部分细化为五个方面的内容,如图3所示。

图3嵌入式软件系统应用部分

其中内核实验目的在于使学生充分了解嵌入式系统的精简性和裁剪操作。在完成该部分的实验之后,学生将了解如何构建拥有自己个性的嵌入式平台。内核实验能够起到举一反三的作用,使得学生能够将对内核编程和计算机系统结构的理解归纳为一个比较成熟的模型。

驱动程序实验从最简单的虚拟设备,到最后的触摸屏驱动实验和摄像头驱动实验,总共有十个实验之多。该部分能够使学生在学习嵌入式系统关于驱动程序结构的基础上,更多地了解驱动程序的应用价值。对于实验平台上丰富的功能,要驱动相关的寄存器就需要实现各个功能的驱动程序。因此,当学生掌握了驱动程序的模式和规则之后,只要进行相关的修改和扩充,就能够适应不同种类的驱动环境。

图形界面采用具有良好发展前景的Qt,以及在该基础上扩展出来的手机界面Qtopia。学生能够在此基础上使用Linux自带的工具进行C++编程来完成实验内容,并且可以使用GUI对过去的所有应用程序进行包装。

软件移植,是现在软件编程世界很流行的一个导向。对于Linux丰富的开源软件来说,将其从X86系统上移植到ARM平台上是很有挑战性的工作。我们所移植的软件包含播放器、网络服务器、数据库软件、网络电话、各种引擎等。在进行众多的移植操作之后,学生将能够从中归纳出移植的方法和手段,得到移植过程中的必要体验和经验。

嵌入式通信内容包括串口通信,网络socket通信,CAN总线通信,蓝牙通信等实验。学生完成这些实验之后,则能够把之前的各种单机实验联系起来。学生完成这五个应用部分的学习之后,则已经具备了完成嵌入式项目的基础能力。

在教学模式的提高阶段,使用一个独立的“案例”系统作为学生最后的大作业。这样不仅能够提高学生的综合素养和创新思维,而且可以作为一种考核方式进行总结。因此案例首先需要有一定的挑战性,能够激发学生的兴趣和能动性,而且需要符合专业培养和考核要求。整个过程按照嵌入式软件开发流程进行运作,学生以团队模式进行开发。最后提交的成果将采用科技论文的形式,包括中英文的摘要和关键词、小组成员分工名单、设计功能与设计特色、模块介绍与使用手册、体系结构、刻录光盘和测试结果性能分析等,同时还要进行系统答辩。这样可以从产品开发的角度培养学生一定的项目实践经验。

案例还要有很强的应用价值。例如我们所设计的案例有“自动取款机”、“手持游戏机”、“可视对讲机”、“电梯监控系统”、“智能家居系统”、“移动点菜系统”等,这些都是完全以生产产品的角度进行实习教学的。以“基于蓝牙的移动点菜系统”为例,设计内容包括系统结构设计、任务策划、功能实现、各个模块编码以及系统测试等几个步骤。在系统结构设计中,我们要求完全基于功能进行定制(图4);之后按照提供的相应系统功能进行任务分配和功能解析(图5);在完成各个模块编码之后,将会对整个系统进行整合并测试(图6、图7)。

图4移动点菜系统的体系结构图

图5移动点菜系统的功能解析图

图6移动点菜系统的工作流程

图7移动点菜系统的最终效果图

“教学相长”,学生完成的多个案例对老师的能力培养能够起到良好的促进作用。由于嵌入式软件开发的专业性和通行性,因此其经验的积累和案例的沉积非常重要。按照这种教学模式进行相关专业方向的建设,不仅可以提高教师的实践能力和项目经验,同时对嵌入式系统教学科研团队的建设也能够起到积极作用。

4嵌入式系统教学成果和总结

在实践过程中有极高的自由度,就能够极大地激发学生学习的主动性。兴趣是最好的老师,学生能够将自己各种创新的想法进行总结、归化并且实现出来,无疑是很有成就感的。依靠兴趣产生的内在驱动力,能够把从外界给予的压力而内化到学生自身学习产生的兴趣上,往往会引发学生非常高涨的学习情绪,并能够形成良好的氛围和传统。

按照如上教学模式所培养出来的学生,一般都具有很强的系统架构能力和程序分析设计能力。例如在2007年山东省所举办的“齐鲁软件大赛”中,我们学院参赛的三个嵌入式组全部获奖,其中两个组分获相关方向的第一名;2008年全国高校“博创杯嵌入式大赛”中,我们学院参赛的三支队伍全部获奖,其中两支分获相关方向的一等

奖;2008年的“齐鲁软件大赛”中,我院参赛的两个嵌入式组也分获相关方向的一等奖和二等奖。

另外,我们将这种实验教学模式应用在“东软班”和“阿尔卑斯班”的嵌入式教学中,也具有非常显著的效果。相对于其他院校所培养的学生来说,从这种实验教学模式下走出来的学生具有更强的实践能力和更加丰富的编程能力和经验。因此他们一毕业就能够直接步入技术领域,极强的动手能力和“项目构造”的设计思想使他们能够很快得到企业的认可和好评。

我们与在这种模式下培养出来的毕业生联系,从他们给我们的反馈信息中得知,我们之前所培养的学生,现在几乎都成了各个所在单位的技术中坚力量,并且一般都具有非常广阔的发展前景。

综上所述,新型人才培养模式能够突出嵌入式系统软件开发的特点,发挥嵌入式系统本身存在的优势,适应当前社会对创新人才的需求,因此值得推广。

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[5] 刘淼. 嵌入式系统接口设计与Linux驱动程序开发[M]. 北京:北京航空航天出版社,2006.

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【中图分类号】G642.423 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2014）20-0022-01

引言

嵌入式系统方向知识更新快、知识的市场周期缩短、技术门槛要求高，因此嵌入式系统设计方向总是需要大量的新生工程应用型人才。为了使学生能从学校平滑过渡到企业，满足市场对人才的渴求，高校不得不改变嵌入式系统方向人才培养的观念，以培养具有专业技术知识与技能、学习能力、实践创新能力、团队合作与沟通能力的创新人才为目标[1]。《单片机原理及应用》、《嵌入式可编程片上系统（SOPC）》、《嵌入式系统设计》、《EDA技术及应用》等作为嵌入式系统方向的核心课程都被引入到本科教学中，这些课程包涵了电子设计的核心技术，也是学生从事电子设计必备的技能，因此建立与实际应用紧密相关的嵌入式系统实验教学体系是至关重要的。

一、传统实验教学模式

传统的嵌入式系统教学体系一直是以“课堂为主实验为辅”，教学和考核过程中老师和学生都不够重视实验教学[2]。由于实验学时及实验场地、实验仪器的条件限制，为了能在规定的时间内完成教学任务，实验内容基本以验证实验为主，实验指导书上规定了实验任务及详细的实验操作步骤，所有的学生在规定的时间内，按照相同的实验方法、步骤以及由教师提供的源程序来完成实验。学生是操作工，将程序输人计算机，通过编译后下载到实验箱验证实验结果。这个实验过程中，学生不可能碰到实际的工程设计问题，也没有动力去了解实验箱的硬件电路原理。

二、基于创新应用能力培养的CDIO工程教育理念

CDIO工程教育理念是一种主张“做中学”的教育模式，适合于应用型人才培养目标，它是集Conceive（构思）一Design（设计）--Implement（实现）一0perate（运作）等实践过程于一体。这种教育模式以实践项目为主要载体，利用大学现有的各种学习资源以及丰富的条件，结合专业核心课程教学。CDIO是一种基于项目的学习过程，在整个CDIO过程中不断提升学生的学习能力、团队合作能力、专业技术知识、和工程系统能力。因此，结合项目化的理论教学研究基础，在嵌入式系统课程群的实验教学中融入CDIO工程教学理念，对加强创新应用人才培养具有重要意义[3]。

三、实施CDIO模式实验教学的资源和条件

CDIO理念不仅继承和发展了欧美20多年以来的工程教育大改革的理念，并且从培养计划、教学方法、师资、学生考核以及学习环境、实施过程和结果检验等方面提出了12条标准，要求具有可操作性。

1.开展任务驱动的项目化理论教学模式

实施CDIO模式实验教学的前提是开展任务驱动的项目化理论教学模式，这种教学模式的教学大纲以实践项目为载体，按照项目所需要的知识进行重组教学内容，课程理论知识体系虽然被打乱，但要保证理论知识能涵盖到每个教学项目中。由于嵌入式系统课程群中《单片机原理及应用》、《EDA技术及应用》、《嵌入式系统设计》这几门课程涉及电子技术的共性和特点，项目的选取要根据工程实践以及社会的实际需求体现不同技术和不同方法的特性。

2.利用仿真软件，建立虚拟实验系统

要实现应用型人才的培养目标，嵌入式系统课程群必须经过大量的实践，才能在实践中感悟理论的精髓，逐步提高学生的编程能力。各种仿真软件中有丰富的元器件仿真模型，不用焊接真实的硬件电路，既能弥补实验室元器件的不足，还能提高实验效率，在硬件系统制作之前，可以通过仿真电路初步验证硬件电路的可行性和软件程序的正确性，避免盲目制作，费时费力。

3.自制模块化的实验开发系统

课程群中使用的实验平台已经由可编程逻辑器件、单片机、嵌入式最小系统开发板和模块代替了实验箱[4]。庞大的实验箱上虽然器件齐全，看似使用方便，但不利于学生了解各部分的电路设计原理，并且随着主芯片的落后整个实验箱上的所有元器件将被淘汰，造成资源浪费。采用了模块化系统之后，课程群中各课程的实验系统除了最小系统板采用的处理器不同之外，其他的电路模块可以通用，极大地提高了实验资源的利用率。

四、分层次设立“三段式”项目的实验教学体系

1.基础实验项目

基础实验项目是课程教学大纲规定的实践教学任务，并使用最小系统板与简单外设结合进行实践训练，目的是让学生掌握基础理论。在实施过程中，充分发挥学生的能动性，不管任务大小，实验项目只提出任务要求或者实验目的，让学生自己选择元器件甚至设立实验项目，要求学生根据任务要求设计原理图，采用自己的编程思想，绘制程序流程图，根据现象分析总结是否达到实验目的。

2.团队合作实验项目

基础实验培养学生基本的工程能力，通过自学获取知识的能力，通过解决问题运用知识的能力。通过团队合作能挖掘共享知识的能力，通过创新发现知识的能力，通过交流沟通传播知识的能力。团队项目实施的组织方式一般以4～6名学生为一个项目小组；项目在课堂外执行，以小组为单位进行活动；项目在组内的任务分配、交流研讨，系统性总结等均可以作为团队合作管理评价内容；组间活动主要采用项目演示、建议评价等方式促进交流学习。

3.创新性训练的开放实验项目

开设一些面向实际应用的创新性项目，作为学生科研项目于让本专业优秀的学生在校内实践教学基地完成。实际应用项目的训练与研发能够培养与训练学生技术开发能力。为了提高同学的积极性，可以采取学分、奖金等激励机制。

五、总结

自从学校在2011年开始大力推广实施基于应用型人才培养的教学模式改革以来，嵌入式系统课程群都经过了基于项目化教学模式改革和学习团队建设，形成了基于工程教育模式下的新型授课体系，学生在全国大学生电子竞赛和全国大学生飞思卡尔智能车竞赛中都取得国家级奖项，突破学校竞赛历史记录，改革效果良好。

参考文献

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[2]崔永利，沈泓，李妍，李兰英.SOPC嵌入式系统实验教学探索与创新人才培养[J]实验室科学.2011（6）：16-20

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1.1创新训练项目主要是组织开展各类科学研究（包括学生申请科研课题、参与教师课题研究等）、技术发明、创新型实验、开放实验等活动。学生个人或团队在导师指导下，自主完成创新性实验项目设计、方法选择、设备和材料的准备、实验的实施、数据处理与分析、总结报告及论文的撰写，参加各类电子竞赛。

1.2创业训练项目主要是组织开展创业教育和创业实践活动。学生团队在导师指导下，团队中学生在项目实施过程中扮演不同的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、进行一定程度的验证试验，撰写创业报告等工作。

1.3创业实践项目是学生团队在学校导师和企业导师共同指导下，以前期创新训练项目或创新性实验的成果为基础，提出一项具有市场前景的创新性产品或者服务，以此为出发点开展创业实践活动。本文主要讨论第1阶段“创新训练项目”的实施过程，根据我们专业现状及就业前景，开设了“嵌入式系统项目实训”的课程，本课程横跨5个学期，遵循由浅入深，从易到难，循序渐进的原则，逐步培养学生的专业知识和能力。

2嵌入式开发市场现状

根据华清远见“2013-2014度中国嵌入式开发从业人员调查”的报告，本文主要从以下5个方面说明：

2.1学历要求，嵌入式开发从业人员的学历仍然以本科（65%）和硕士（22%）居多，占所有参与调查人员的87%，较去年增长4个百分点。从中可以看出：在整个嵌入式行业的从业人员中，本科生和研究生凭借其扎实的理论功底和良好的综合素质，依然是嵌入式开发从业者的主要群体，并且在未来一段时间内也将持续稳居此项调查的前两位。

2.2嵌入式开发方向，从事软件开发、单片机开发、硬件设计等工作，比例分别占38%，33%和16%，占总人数的87%。通过这一数据，我们可以看出，目前主要从事嵌入式开发的人群大部分是有一定的软件或硬件基础的从业者，但是也有一定比例的从业人员是从事IT类非技术岗位与非IT行业的。这说明，嵌入式并不像很多学生想象的那么难，只要是下定决心想要学习嵌入式就一定能够学会。2.3软件开发语言的选择，C语言仍是在嵌入式产品研发的软件开发语言的使用过程中最普遍使用的语言，其市场份额继续保持领先（82%），这一统计结果再一次表明，无论是在传统的工业控制领域、通信领域，还是迅猛发展的消费电子，安防控制、信息家电等领域，C语言均是嵌入式开发语言的首选。

2.4软件开发调试工具的选择，keil和IAR分别以48%、19%的比例成为嵌入式开发者的主要调试工具，总计占所有参与调研人数的67%。合适的调试工具的选择使用，可以大大加快产品的开发进度。这也使得在调试工具层面的技术支持和发展成为研发过程中需要考虑的因素之一。

2.5未来嵌入式操作系统首选，嵌入式Linux仍然是未来几年内，嵌入式工程师认可的最具发展潜力的首选嵌入式操作系统，所占比例为60%，而Android智能手机操作系统，也受到了越来越多嵌入式工程师的关注，并对其在移动手机操作系统中广阔的发展空间及发展潜力充满了期待。由此可见，作为开源系列的两款优秀的嵌入式操作系统（嵌入式Linux及Android），其开源的特性，无疑使其在市场竞争中，具备了最强大的竞争优势及用户基础，用户就是王道。

3“嵌入式系统项目实训”的实施计划

根据嵌入式开发市场需求的现状，结合我们专业的特点和具体情况，制定了分阶段的实施计划，依据循序渐进的原则，每个阶段实现不同的目标。

3.1基本原则

（1）责任意识，引导学生关注国家、民族、人类社会的重大问题，增强学生的责任感和整体意识，提高学生对社会重大问题的把握能力。（2）兴趣驱动，参与项目的学生要对科学研究、技术发明和创业实践有浓厚兴趣，以兴趣驱动，在导师指导下完成项目。（3）自主实践，以学生为中心，学生自主学习、自主设计、自主管理，开发学生潜能，引导学生主动实践，主动寻找问题和解决问题。（4）重在过程，注重项目的实施过程，在项目实施过程中培养和增强学生发现问题、分析和解决问题的能力。（5）校企合作，鼓励校企合作项目，逐步推行“双导师”制，实现学生早实践、早科研、早社会，共同培养创新人才。

3.2阶段性计划

根据嵌入式系统项目实训大纲，制定了项目实训计划，如表1所示。

3.3实训要求

选修本课程的学生必须善于独立思考、实践动手能力较强、对科学研究、创新创业等有浓厚的兴趣，具有一定的创新意识和创业实践能力，具备从事创新创业的基本素质，有强烈的求知欲和严谨的工作作风，有良好的职业道德和团结协作精神。（1）本实训课程横跨5个学期，学生选修后，必须完成所有实训内容才能得到学分，中途退出则没有学分。（2）学生自由组成实训小组，由指导教师确定每组的人数，建议每组为3-5人，并选举1人任组长。指导教师可根据各个实训小组的实际情况进行必要的调整。（3）在每个学期实训结束后，学生都要撰写实训总结报告，并上交。（4）从书中或从互联网中查阅相关资料，自学具体实训中涉及到的新知识。

3.4保障措施

（1）学院已将“嵌入式系统项目实训”做为一门课程纳入教学大纲，并已提供一间实验室作为“嵌入式系统项目实训”实验室，为更好开展嵌入式教育提供了条件保障。（2）经费保障，学院目前已投入1万元的启动资金，为了保证本课程的持续开展，还需要后续的资金支持。（3）鼓励教师特别是硕士以上教师为指导教师，担任“嵌入式系统项目实训”导师，积极聘请企业导师指导学生创业训练和实践，为学生早实践、早科研、早社会，实现校企培养，促进产学研结合奠定基础。

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中图分类号：G623.58

嵌入式从早期的单片机，到后来的DSP，再到现今的32位的基于ARM架构的处理器及以Soc片上系统的应用，嵌入式的应用已经渗透到各个领域。嵌入式教育目前在国内已经形成了足够的重视，但我们在很多方面所做的工作还不够，还存在一些问题如：师资力量不够，教材过于笼统，教学方式陈旧，培养嵌入式专业技能方面不能满足社会需求等。

本文将结合哈尔滨华德学院计算机专业的实际情况，以“应用型”人才培养为目标，结合本校学生的特点，探讨如何培养出适应社会需要的嵌入式人才。

1.专业定位

哈尔滨华德学院于2007年在计算机科学与技术专业设置嵌入式系统方向，本专业的定位是培养能够在消费电子、信息科学、计算机技术、工业控制、汽车电子等领域从事嵌入式系统产品的软/硬件设计、开发、测试等领域具有综合解决实际问题能力的实用型高等工程技术人才。

2.课程体系

2004年IEEE和ACM对计算机专业本科教育的课程系进行的设置认为嵌入式系统的课程应包括以下内容：嵌式的发展历程和概述、嵌入式微处理器、嵌入式软件设、实时操作系统、低功耗计算、系统可靠性设计、设计方法学、嵌入式系统设计工具、嵌入式多处理器系统设计、网络化嵌入式系统、接口和混合信号系统等。

通过市场调查，针对学生的实际接受知识的情况和社会的需求，本专业方向课程体系的理论教学分必修课程和选修课程，理论与实践的比例在6：4。课程体系主要分四个阶段：嵌入式原理基础、嵌入式编程基础、嵌入式开发技术和嵌入式综合应用。整个课程体系如图1所示

图1哈尔滨华德学院计算机专业嵌入式方向课程体系

课程体系中加强注重“精”，重点强化基础知识的掌握，课程内容较大程度地体现了嵌入式领域的热点，是企业界普遍关心的核心技术，具有较强的实用性。教学中微处理器介绍MCS-51、ARM、FPGA、DSP，嵌入式操作系统介绍Linux、WinCE，开发语言介绍C++、Java。四年的教学要求学生做到四个“1”，即“精通1种主流微处理器系统+1套开发工具+1种嵌入式操作系统+1门开发语言”。

3.实践教学体系

嵌入式系统是一门应用性，实践性很强的的课程。结合哈尔滨华德学院的实际教学特点，积极开展启发式、讨论式、案例式等教学方法，激发学生学习的兴趣，考虑到学生的层次不同，在设置实验内容时，由浅入深，进行循序渐进的学习。在设置实践环节时，我们分为课程实验、课程设计、毕业设计三个环节，另外发挥发挥学生社团组织的作用，组织开展课外创新训练与社会实践活动。

3.1课程实验

课程实验又分为验证性实验、综合性实验、设计性实验，一般验证性实验是4学时，综合性实验是8学时、设计性实验是4学时。如嵌入式系统原理及应用课程共16学时实验，4学时的GPIO输入输出、中断实验；8学时的电机控制、显示实验，4学时的电子相框设计。通过这几个环节，学生能够基本掌握ARM9处理器的应用。

3.2课程设计

课程设计一般都是1周-2周的教学周期，由老师给出题目，学生三人组成一组并选题，完成设计内容。此环节即锻炼了学生的综合应用能力，又锻炼了学生的团队合作能力。

3.3毕业设计

毕业设计是最后一个实践环节，周期为13周，学生通过前期的教学环节，对于自己的特长已经有了定位，因此，自由选择导师并定出研究题目，毕业设计分为论文开题、中期检查、末期检查、论文换审、论文答辩五个环节，本专业方向的毕业设计要求学生动手制作出实物，然后写出论文。这个环节提高学生的综合实践和语言表述的能力，在增强学生理论基础的同时，提高了实践能力。

3.4课外实践

采取“导师制”的方式，组织科研活动小组，指导学生参加各种科技实践活动，学生在大学生电子竞赛、飞思卡尔竞赛、ACM大学生竞赛等竞赛中获得奖项累计有40余项。

4结论

基于以上的教学实践，哈尔滨华德学院开展了一系列嵌入式系统课程的教学，通过教学，学生能够建立嵌入式系统的思想，掌握嵌入式系统的开发方法，收到了良好的教学效果。

参考文献

[1]杨霞.嵌入式系统及应用课程教学研究与实践[J].学科建设与教学改革，2008（5）：71-74.

[2]童英华.应用型本科院校嵌入式教学探讨[J].微型电脑应用，2012（5）：1-10.