嵌入式电路设计教程篇1
关键词：单片机；嵌入式系统；应用型教学
作者简介：王斌（1974-），男，江苏淮安人，重庆大学自动化学院，副教授。（重庆400044）
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）13-0071-02
目前研究生的培养分为学术型和专业型研究生，学术型以培养教学和科研人才为主，专业型主要培养企业紧缺的应用型人才。在研究生教学体系里很多课程任然沿袭了以往的教学大纲，不能适应专业型研究生的培养需求。单片机嵌入式系统是一门应用性很强的学科，其教学目标就是使学生熟悉单片机系统的开发流程，提高系统的软硬件设计能力。[1]而传统嵌入式系统的课程主要侧重于讲述嵌入式硬件的工作原理、嵌入式操作系统的原理等，没有从工程应用的角度研究嵌入式系统软硬件的设计。在工程应用中，8位和16位单片机占据了绝大多数的份额，这些系统无需设计复杂的嵌入式操作系统，主要关注系统的软硬件匹配、高可靠性等指标。为了适应企业对应用型人才的需求，提高专业型研究生的实践能力和创新能力，在“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程中从实际工程应用出发，针对单片机系统软硬件的应用设计、匹配设计、可靠性设计等展开教学，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效探索。
一、硬件教学改革
硬件体系是嵌入式系统的构建基础，是系统工程方案和控制软件实现的根基。[2]嵌入式系统的硬件设计涵盖了模拟电路、数字电路、微电子技术、传感器测量技术等多个学科的内容，是对学生所学专业知识的综合训练。传统的嵌入式系统课程在硬件教学方面一般只讲述微处理器、存储器、总线接口等器件的原理和分类，没有从应用的角度分析这些器件在电路中的设计要求和规范，学生也感觉枯燥乏味。为此，在课程教学中着重分析这些器件在电路中的具体应用，强调嵌入式系统的硬件体系设计，包括控制单元、存储单元、接口单元、信号采集单元、信号输出单元电路等。[3]在各个单元电路的学习中，主要分析核心器件的性能指标参数和器件的匹配设计等。对于控制单元电路，通过atmel、Freescale等公司的8位或16位产品路线图讲述单片机芯片的概念和分类，使学生理解由于时钟频率、内嵌资源、封装尺寸等技术指标的区别而产生不同系列或型号的单片机；分析单片机芯片和电路的匹配设计，如时钟电路、供电电路、复位电路等的电路设计。对于供电单元电路，比较分析线性电源、开关电源、电荷泵等不同供电方式的优缺点，描述不同供电拓扑结构的应用场合和电路设计等。对于接口单元电路，重点讲述不同接口电路在设置缓冲逻辑、协调信号差异等方面的具体应用，如通用i/o口驱动键盘、LeD灯和模拟数据地址总线的应用，Spi接口构建分布式系统的电路设计，红外通信接口的低成本应用设计等。对于信号采集单元，分析电压、电流、温度等不同信号的传感器测量电路，研究信号的隔离放大和滤波的实现电路等。通过硬件体系不同单元电路的具体设计描述，学生能够理解这些电路的工作原理和应用设计要求，锻炼自身的系统硬件设计能力，根据所给的设计参数搭建合适的嵌入式硬件系统。
针对嵌入式系统硬件的教学还引入了系统的可靠性设计概念，重点讲述系统抗电磁干扰的可靠性设计。电磁干扰是现代电子工业面临的一个主要问题，很多国家对电子设备和仪器有严格的电磁兼容性标准。为了满足电磁兼容的标准，电路设计者必须从板级设计开始就关注电子干扰的抑制，在器件选择、电路设计和版图设计阶段考虑如何降低干扰源的级别、缩短干扰的耦合路径、减少电磁辐射等。可靠性设计是硬件设计需要考虑的一个关键因素，在工程应用中占有重要的地位。[4]通过可靠性设计的学习，学生对系统硬件的应用设计将有更深入的认识，从而将硬件设计和工程实践需求结合起来。
二、软件教学改革
软件是嵌入式系统的灵魂，是系统控制算法的实现途径。以往的嵌入式系统软件教学主要介绍嵌入式操作系统，讲述操作系统的内存管理、进程与中断管理、调度机制等概念。[5]而在实际应用中，大多数单片机系统没有嵌入复杂的操作系统，通过嵌入式程序就能够完成实时控制的需要。因此，在软件教学中针对嵌入式程序的编程主要介绍嵌入式C语言的应用开发。嵌入式C语言和标准C语言不同，必须适合嵌入式系统的特殊应用环境，如有限Ram、有限Rom、有限堆栈空间、多种指针类型、严格的时序等。由于教学课时有限，没有介绍标准C语言的语法，而是重点讲述嵌入式C语言相对标准C语言的扩展语法，从变量定位、中断程序定义、混合编程等方面学习嵌入式C语言的编程语法。如关于变量定位学习映像寄存器定位、变量定义修饰符、全局和局部变量、位定义访问等语法；关于中断程序定义学习预处理定义、关键字定义、中断向量号定义等语法；关于混合编程学习内嵌编程、变量的混合调用、函数参数传递协议等语法。通过以上内容的学习，学生可以理解标准C语言不适合单片机嵌入式系统开发的原因，掌握嵌入式C语言的扩展语法，了解嵌入式C语言对系统硬件资源的编程需求，结合嵌入式系统的特殊要求编写控制程序代码。
由于嵌入式系统的硬件资源非常有限，一个高效简洁的C语言程序代码至关重要，不但可以节约占用的嵌入式系统的硬件资源，而且减少了程序代码运行的机器周期，提高了嵌入式系统控制的实时性。为了加深学生对嵌入式C语言编程环境的理解，基于Codewarrior集成开发环境引入高效C语言编程实验案例。Codewarrior开发环境集成了处理器专家库、全芯片仿真、项目工程管理器、C交叉编译器、汇编和调试器等，能够完成从源代码编辑、编译到调试的全部过程。通过编程实验案例学生学习了嵌入式C语言的扩展语法，如中断定义、数据段定义、变量定义等；C语言程序的多种优化方法，如编译器优化、循环代码优化、数组指针优化、乘除运算优化、存储模式优化、参数传递优化等。由此，学生可以掌握高效嵌入式C语言程序的编程方法，提高自身的嵌入式软件设计水平。
三、考核方式改革
目前工程实践中的嵌入式系统的规模越来越大，硬件和软件的设计日趋复杂，需要团队的力量才能完成整个系统的设计。为了锻炼学生的软硬件设计和团队合作能力，在课程的考核方式上要求学生2人一组，完成一个嵌入式系统的项目设计。由于学生平时都在导师的实验室里做项目，所以课程考核的主要目的不是锻炼学生的动手能力，而是希望学生熟悉单片机嵌入式系统的软硬件开发流程，掌握软硬件的常规设计规范，锻炼相互合作的能力。要求2个学生分别独立完成系统设计的硬件部分和软件部分，项目报告必须包括系统功能分析、器件选型、原理图设计、控制算法描述、软件流程图、C语言编程等内容。学生考核时还需要做口头陈述，重点描述项目的功能需求、设计方案、软硬件的设计途径等。允许学生在硬件和软件上采用非常规的设计手段，但必须提出自己的设计思路。通过考核，学生掌握了嵌入式系统硬件架构和软件架构的设计理念，提高了学生独立解决工程问题和创新设计的能力。
四、结论
单片机嵌入式系统设计是一门应用性很强的学科，在教学中有效结合工程实践应用对于学生掌握嵌入式系统软硬件的设计知识非常重要。为了提高研究生的实践和创新能力，从实际工程应用出发，针对“单片机嵌入式系统的软硬件设计”课程的硬件教学、软件教学和考核方式进行了探讨，提出了教学实践改革的具体措施，对单片机课程的应用型教学方法进行了有效的探索。教学改革的目标是充分调动学生学习的主动性和积极性，提高学生分析和解决实际工程问题的水平，培养学生嵌入式系统的应用设计和创新设计能力。
参考文献：
[1]谢光前.卓越工程师背景下的单片机课程教学改革与探索[J].电脑知识与技术，2012，（11）：2563-2564.
[2]孙士明，刘新平，郑秋梅，等.计算机专业嵌入式系统实践教学体系探索[J].实验室研究与探索，2009，28（5）：122-125.
[3]怯肇乾.嵌入式系统硬件体系设计[m].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
嵌入式电路设计教程篇2
1课堂理论教学
1.1比较式教学法
嵌入式系统课程教学内容包含软硬件两部分。硬件是以aRm处理器为讲解对象，这一部分内容理论知识偏多、难懂，涉及底层的aRm体系结构。如处理器模式、寻址方式、寄存器组织等；软件方面涉及汇编语言和C程序设计。其中汇编编程部分相对比较枯燥，也是学生容易产生抵触情绪的地方。这部分内容实际上与以往学过的“微机原理及应用”和“51单片机”课程有着一定联系的，这三门课程都是基于不同计算机处理器的教学，应该可以归为一个课程体系。在这一块内容的教学上引导学生把这三者加以比较，比如三种处理器的堆栈类型、寄存器结构、汇编程序，尤其是51单片机同aRm处理器一样同属于嵌入式处理器，在比较中学习会吸引学生注意力，更加印象深刻。而且引导学生站在一定的高度上整体的理解嵌入式系统各种不同类型的处理器，视野更开阔的看待问题，不要仅仅着眼于某一款芯片，更能够举一反三，触类旁通，达到教学目的。
1.2嵌入式操作系统UCoS-ii的教学
嵌入式操作系统内容讲授的是UCoS-ii。操作系统是相对复杂的软件系统，需要学生具备一定的软件基础，而电子专业学生学过的软件课程有限，一般只修过C语言程序设计，没有学过“数据结构”、“算法分析”、“操作系统”等软件课程，这些都为他们学习、理解嵌入式操作系统增加了难度。如何让这些学生在有限的学时内能相对轻松的学习嵌入式操作系统UCoS-ii这部分内容，是需要解决的问题。在讲解UCoS-ii前可以先把UCoS源代码涉及的位图、链表等数据结构提出来强调，有利于为后续内容任务就绪表、任务控制块链表等做好铺垫。电子课件ppt的制作、讲解中尽量使用轻松易懂的风格教授学生，避免一般教材中“一本正经”的讲述风格，有利于降低这部分内容的枯燥性，提高软件功底不深的非计算机专业学生的学习兴趣。
2课堂实验教学
2.1实验教学的改进
嵌入式系统课程要求培养学生的实际动手设计、开发能力。在教学过程中目前主要是依靠课内实验的训练。目前的实验教学是采用学校购置的aRm实验箱，配套有相应的实验指导书，实验教学内容也就是根据该实验指导书安排相应实验项目。结合实际教学效果来看，本人认为通过这样的实验课程，学生的嵌入式系统设计能力不能得到足够的有针对性的训练。首先，嵌入式系统是软硬件结合的整体，既要有一定的软件编程能力，也要求有硬件电路设计、联合调试能力。目前选用的实验箱设备硬件上功能单元齐全，但最大的缺点是硬件电路已经设计好并已经固定，学生无法自己动手设计、连接硬件单元。实验箱
硬件功能模块很全，对于初学者未必是好事，除少部分参加过电子大赛有一定基础的学生，很多学生对于硬件电路的搭建没有直观的感受，对于电路原理图不能去理解甚至不会关心。
学生无法亲自动手参与到硬件电路的设计、焊接及调试，硬件设计能力的训练得不到体现。
实验教学内容也是按照实验箱配套指导书按步骤进行软件实验，所以学生在系统接口扩展和电路设计方面能力较弱。另外由于箱体体积大，受到实验室的时间和位置的限制，学生的课外参与性大打折扣。本人认为可以换一种实验思路，通过购买小巧的开发板，涉及到硬件电路的实验由学生亲自动手设计、焊接元件，使学生有直观的感受，电路设计能力也能达到训练。开发板可以学院组织学生自费统一购买，也可以学院考虑资助一部分，课程学完学生归个人所有。以后可以自己做开发用，毕业设计时学生也能基于开发板做设计，可以说一次投资以后都受用。而且开发板体积小巧、携带方便，下课学生可以带回宿舍使用，不局限在实验室。这样既解决了实验学时不足的问题，又能使学生做复杂性的实验项目，使课外实验更实用、灵活、有效。
2.2强化实验操作考核
每次实验课堂上根据学生的完成情况，每组学生完成实验时，通过对他们分别提出针对本次实验的相关问题。学生有没有亲自动手做实验，积极思考，结果一目了然，根据回答情况酌情打分，记录在平时实验成绩上，最后汇总整个课程成绩。通过这种方式给学生以适当压力，部分学生懒于动手，只等着其他同学作出实验结果坐享其成的现象得到解决，学生会认真对待实验项目，真正地投入到动手实验过程，从而提高实际动手能力。
3项目化教学
各章教学内容讲解完后，学生掌握的还只是分散的、孤立的个知识点，嵌入式技术最终要应用到一个具体的系统中。在教学的最后要引入一个具体的嵌入式系统实例，“庖丁解牛”地将系统分解，将其中的技术分解落实到相关的章节中，让学生建立系统的概念，认识到学习这些知识的意义所在，不仅要掌握“学了什么”，更要知道“学了有什么用”，当要设计一个系统时如何下手，会将所学知识整合。
4第二课堂活动的开展
课程的教学不应该紧紧局限在有限的课堂空间，积极开展有效的第二课堂也是巩固学生所学的重要并且有效的手段。
4.1课后科研训练
在课堂外，引导能力突出的学生参与教师的相关研究课题，申报大学生创新项目，积极参加各类电子设计大赛，如“飞思卡尔”杯全国智能汽车大赛、全国大学生电子设计大赛等。在这些活动中，学生的动手能力、团队协作能力、新知识获取能力能够得到切实的锻炼，可以成为课堂教学的有效补充，而这些也是一名嵌入式系统设计人员必须具备的能力。从已有的学生参赛结果情况看，本专业学生在各类电子设计大赛中积极参与，也取得了不错的成绩。
4.2毕业设计
嵌入式电路设计教程篇3
关键词：嵌入式系统；课程体系；实验平台
中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：1009-3044(2012)15-3647-04
物联网、云计算目前已经成为信息产业的主流方向，在这个主流方向中，最核心、最关键的部分是嵌入式系统。调查数据【1】显示，市场对嵌入式人才的需求缺口巨大。就高校而言，培养符合行业要求的人才是高校的职责，而人才的培养又始终离不开切实可行的教学计划和课程体系，制定符合行业实际的教学计划和课程体系，是培养人才的关键。而开设什么样的课程来培养符合行业要求人才，又要依据行业特点和对人才的技术要求来确定，否则就会偏离行业要求，满足不了行业需求。在2008年《普通高等学校高职高专教育指导性专业目录(试行)》里已经规划了嵌入式技术与应用专业(专业代码510121)，但还没有形成一门独立的本科专业，近几年高校中的电子专业、计算机专业以及机电与自动化专业、通信专业都相继开设了嵌入式系统相关课程,大都针对本科高年级学生或者研究生开设了嵌入式系统方向。从国内不同高校不同专业开设的嵌入式系统课程来看，各具特色，有些硬件课程开设的多，有些软件课程开设的多。这主要是由于嵌入式系统本身包含软件与硬件两个层次,在设计与应用方面,又具有软硬件协同工作的特点,既要依据硬件设计软件,又要依据软件确定硬件,不能简单的说哪个更重要,只能从应用的角度讲其侧重点不同。因此对于不同专业开设的嵌入式系统课程，不能一概而论。本文主要从嵌入式从业人员进行嵌入式系统开发所具备的知识要求和技术要求为依据，确立计算机专业本科生从事嵌入式系统开发应具备的基础知识和技能，并着重对计算机专业本科生嵌入式系统的课程体系构建内容及实验平台方案进行探讨和研究。
1嵌入式系统概述
嵌入式系统是以计算机技术为基础、以应用为中心、软件硬件可裁剪并且对系统的功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。从其概念来看，嵌入式系统是专用计算机系统，应该包含硬件系统和软件系统，具体地说，一个嵌入式系统硬件以微处理器为核心集成存储器和系统专用的输入/输出设备；嵌入式系统软件包括初始化代码及驱动、嵌入式操作系统和应用程序等，这些软件有机地结合在一起，形成系统特定的一体化软件。一个典型的嵌入式系统应包含嵌入式硬件、嵌入式操作系统和嵌入式应用软件三个部分构成。
由于嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，因此嵌入式系统是应用于特定环境下，针对特定用途来设计的系统，所以不同于通用计算机系统，它的硬件和软件都必须高效率地设计、“量体裁衣”、去除冗余，力争在较少的资源上实现更高的性能。嵌入式系统的基本特点就是“嵌入”、“专用性“和“计算机性”。由于系统的这些特性，导致系统的存在形式是多样的和面向特定应用的，并且对成本、功耗、可靠性和实时性特别关注，因此在嵌入式微处理器和嵌入式操作系统的选择上都要考虑这些特点。
2嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析
2.1嵌入式系统的技术研发岗位划分与设置
从事嵌入式技术的岗位主要是企业的研发、生产、销售部门，当然还有其它辅助部门，在此主要针对研发部门的岗位进行分析。嵌入式系统研发部门岗位的设置，离不开嵌入式系统的结构和开发过程，设置什么样的岗位、需要何种学历的人才都与嵌入式系统的开发过程紧密相关。就嵌入式系统而言，总体上可划分为硬件和软件两部分，硬件一般由高性能的微处理器和的接口电路组成，软件一般由硬件抽象层、嵌入式操作系统、软件应用平台和应用程序等组成,如图1所示。
硬件层是整个嵌入式操作系统和应用程序运行的平台，包括输入输出接口/驱动电路、处理器、存储器、定时器、串口、中断控制器、外设器件、图形控制器及相关系统电路等部分。对于硬件层的设计开发要有较深的硬件开发经验，这些岗位一般都需要资深的硬件工程师。中间层包括硬件抽象层（HaL）或板级支持包（BSp），负责对各种硬件功能提供软件接口，包括硬件初始化、时钟管理、定时器管理、中断处理、总线管理、内存地址的映射等。它位于底层硬件和操作系统之间，是二者之间的桥梁。这个层次的设计开发不仅要精通底层硬件结构，还要熟悉上层的操作系统，主要工作是开发设备驱动程序。这部分工作需要有丰富的软硬件件研发经验才可以胜任。软件层主要包括操作系统和软件应用平台，操作系统主要是实现资源的访问和管理，完成任务调度，支持应用软件的运行及开发，软件应用平台则是为了提高开发速度与软件质量，一些应用提供商开发了一些可重用的应用平台，封装了一些常用的功能，同时提供api接口，可以在此基础上进行二次开发。这些岗位要求具有丰富的嵌入式操作系统开发经验和软件工程能力。功能层主要指的是应用软件层，位于嵌入式系统层次结构的最顶层，直接与最终用户交互。针对各种特定功能来编写应用程序，实现系统的功能应用。主要是进行大量的C、C++或JaVa语言编程，不需要更多涉及底层硬件，大都是基于操作系统之上的编程。这些岗位要求就有丰富的嵌入式应用软件开发能力。从嵌入式系统开发流程看，还可以对硬件层、中间层、软件层、功能层四个层次的研发工作进一步细化。
2.2技术研发岗位从业人员核心能力分析
对于从事嵌入式系统研发的技术人员而言，必须具有与岗位匹配的核心能力才可以胜任工作。文献[3]就嵌入式整个行业的从业人员在不同岗位应具备的知识和能力进行了描述。由于目前国内就嵌入式人才的评估和认证只有嵌入式工程师认证，因此本文将从硬件设计、软件设计、系统架构、软、硬件测试这五类技术研发岗位进行研究，来确定相应人员应具备的知识和能力要求。对于每一类岗位，将从岗位工作任务、岗位知识能力、主要技能和核心能力这四个方面就行研究，其中岗位工作任务是指该岗位应完成日常基本工作的事务范围，岗位知识能力是指该岗位应具备的基本知识要求，主要技能是指该岗位技术能力的要求范围，核心能力是指该岗位工作主要能力要求。分析结果如表1所示。
2.3技术研发岗位知识要求
表1就目前嵌入式技术人员的五种岗位要求从四个方面进行了分析，从分析的结果看，对于硬件设计及测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉或者掌握模拟电子线路、数字电路，单片机等基本的硬件电子电路设计知识；②熟悉和掌握C语言或者C++语言及接口电路程序设计；嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计③至少熟悉l到2种基本的eDa工具，如moDeLSim、Quartus?li、protel等；④熟悉各种常用工具和仪器仪表，熟悉电子元器件性能分析。软件设计软件测试人员而言，应具有的知识点：①熟悉Linux，winCe，Vxworks等操作系统的各种软件开发环境；②熟悉GUi开发过程、熟悉网络编程、多任务编程等；③精通C语言、汇编语言；④熟悉嵌入式系统硬件的设计、嵌入式系统的程序设计。⑤熟悉嵌入式软件开发模式及方法，熟悉白盒测试、黑盒测试和回归测试，熟悉单测试、集成测试、系统测试过程及测试的误区的分析。系统架构人员应具有的知识点：①熟悉嵌入式软件工程；②熟悉面向对象和结构化软件开发方法；③精通常用软件开发语言；④熟悉软件架构模式和设计模式，熟悉常用软件建模技术。
3计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建及分析
3.1计算机专业嵌入式系统课程体系及实践平台的构建
从嵌入式系统专业人才岗位及核心能力分析来看，对于计算机专业，在构架课程体系时，应该结合计算机专业特点及嵌入式技术研发岗位和应具备的知识能力出发，可从理论与实践两个方面，去制定切实可行的专业课程体系。本文将从理论课程体系和实践课程体系两个方面阐述课程体系和实践平台的构建。其平台结构如图2所示。
在图2中，计算机专业基础和核心课程体系可依据计算机专业相关培养课程体系及目标确定，本文不再赘述。对于嵌入式系统理论课程体系可分别从硬件课程、语言课程、专业课程三个方面进行构建，其中硬件课程可包含有电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、计算机组成与体系结构、微机原理与接口、aRm体系结构与编程、电子线路设计、计算机控制系统、单片机原理与应用、DSp技术及应用、FpGa设计基础等课程；语言课程可包含有C语言程序设计、VC＋＋程序设计、离散数学、数据结构、VB程序设计、C#程序设计、J2ee中间件技术、C语言深入编程、C++/VC++深入编程等课程；专业课程可包含有嵌入式操作系统、Linux设备管理与应用、aRm体系结构与编程、嵌入式系统设计、winCe系统设计与应用开发、面向操作系统的程序设计、多核程序设计等。对于嵌入式系统实践课程体系可从专业实践与认证培训两个方面进行构建，其中专业实践可从课内实践、课程实训、项目团队、专业竞赛、企业实习、毕业实习等方面进行构建。在专业实践中，课内实践和课程实训是对嵌入式专门知识的巩固与提高，综合实践是阶段性综合能力培养的需求，项目实训与毕业设计是综合分析设计能力的保障。而对于培训认证，可参与aRm公司全球认证、中国软件行业协会嵌入式认证、中国电子学会认证、信息产业部认证等机构和部门的培训认证活动。
3.2嵌入式系统课程体系分析
从嵌入式系统课程体系的内容来看，具有三个方面的特点。首先是体系完整，专业特色突出，整个课程体系体现四个方面的能力培养：①编程能力培养，体现在C语言程序设计、C语言深入编程、C++/VC++深入编程及面向操作系统的程序设计等课程。②实践能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用开发实践、Linux和winCe操作系统与应用开发实践、嵌入式系统设计与应用综合实训及毕业实习和毕业设计等方面。③应用能力培养，体现在嵌入式系统设计与应用、嵌入式图形界面开发及嵌入式测试技术等方面。④创新能力培养，主要体现在创新团体、嵌入式竞赛、企业实习及一些嵌入式协会等。其次，整个课程体系具有侧重应用，循序渐进，层层递进的特点。从软硬件编程到专业技能培养，再到项目实训和毕业设计是递进式的。软硬件编程是整个能力培养的基础，专业技能是提高，项目实训和毕业设计是综合应用能力培养。最后，整个课程体系涵盖了微软、信产部认证课程。微软认证为微软winCe嵌入式系统工程师认证，其课程主要包括winCe系统设计与应用和嵌入式系统设计。信产部认证为嵌入式系统设计师认证，其主要课程包括嵌入式系统设计、嵌入式测试技术和aRm体系结构与编程。
4计算机专业嵌入式系统实验教学平台的构建
根据嵌入式系统实践课程体系构建的设想，对于教学实践，要根据计算机专业和嵌入式系统开发的技术要求和岗位职责，可进行合理规划。既要让学生掌握坚实的基础知识，又要让学生跟得上主流技术潮流。由于嵌入式系统在构成上可由硬件和软件构成，因此在进行实验教学时，可从硬件和软件两个方面进行构建。根据目前嵌入式系统开发的主流技术来看，在硬件选型上要以X86CpU、单片机和aRm处理器为主，在操作系统的选择上要以winCe、Linux、μC/oS-ii和Vxworks等操作系统为主，可从驱动程序设计、嵌入式系统界面、应用程序等方面进行实验。本文提出了一种可行的实验架构，如图3所示。
图3嵌入式系统课内实验体系
图3从三个层面对实验教学进行了规划，最底层为硬件层，可选择不同的处理器及各种电路及存储设备进行实验，如X86CpU、aRm处理器、单片机、数模转化电路、i/o接口、通用接口、Rom、Ram等。中间为操作系统层，可选择主流嵌入式操作系统进行实验，如winCe、Linux、μC/oS-ii、Vxworks等。最上层为应用层，可从嵌入式驱动层序开发、嵌入式图形用户界面以及应用程序的设计等方面进行实验，其中在程序设计语言的选择上可重点考虑汇编语言、C/C++语言、JaVa为主要训练语言。
5总结
进几年来，市场对嵌入式人才的需求持续走高，但符合企业要求的合格嵌入式从业人员不多，缺口很大。如何缓解人才供需矛盾，是政府和学者们关心的问题。目前就全国高校的普遍情况来看，嵌入式系统还尚未开设本科专业，很多高校只是开设了嵌入式系统方向课程，而且开设的课程五花八门，很难规范。本文从嵌入式系统构成及特点以及嵌入式系统从业人员的职业岗位出发，探讨了嵌入式系统课程体系和实践体系的构建，并针对计算机专业实验教学提出了一种教学结构。通过本文的探讨试图为解决嵌入式课程规范化做出应有贡献，从而加快嵌入式系统开发人员培养，解决市场人才短板而有所作为。
嵌入式电路设计教程篇4
关键词：嵌入式应用教学体系实验教学
嵌入式技术是21世纪计算机技术发展的一个重要方向。嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志。
在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后pC时代，技术的飞速进步及市场对高端智能产品需求的日趋增长，8/16位微处理器已无法满足高端智能产品对微处理器性能的最低要求。而32位嵌入式微处理器因其高主频、低功耗、高性价比、可运行嵌入式操作系统等特点，已经在高端智能产品、工业控制、信息家电等领域已取得了广泛应用[1，2]。
近年来，在电子信息学科单片机原理及应用课程、16位及32位微机原理及接口电路等课程的教学中，仍以汇编语言、接口编程等作为主要知识点进行讲授，现有课程内容、教学设施和教学手段与现今嵌入式技术的飞速发展严重脱节，技术差距在不断加大，传统的课程体系和教学方法已经无法满足应用型人才培养的要求。为此，更新嵌入式应用相关课程教学内容，进行课程改革和实验建设迫在眉睫。
1.循序渐进，构建三位一体的课程群体系
目前嵌入式应用的实现主要有三种形式：面向实时性要求较低、无需多线程的简单系统，一般选用单片机等8位或16位处理器的解决方案，适用于低端应用场合；面向处理速度较快、需要操作系统支持的场合，可选用基于FpGa或aRm的片上系统（SoC）的解决方案，适用于高端应用场合；而在如汽车电子、航空航天等工业级应用场合，一般自主开发专用数字集成电路实现嵌入式应用[3]。
图1嵌入式应用的实现形式
嵌入式应用课程群针对这三个方向开设三门主干课程：单片机原理与应用、片上系统与嵌入式应用和数字集成电路设计，《单片机原理与应用》以8051为代表，主要讲授8位微处理器的结构和工作原理，让学生对嵌入式系统形成基本概念，学习一般微处理器的指令集、工作原理、硬件配置和软件开发。《片上系统与嵌入式应用》以FpGa为平台，着重讲授SopC系统设计方法，在先修课程的基础上逐步深入，让学生从这门课程的讲授中既能学习到实用性较强的简单数字系统开发，又能接触到如底层驱动程序、实时操作系统等嵌入式应用的前沿技术。最后，特别针对本专业微电子的专业特点，开设《数字集成电路设计》，专门讲授嵌入式处理器数字iC的开发和使用，培养学生具有设计具有自主系统架构嵌入式专用iC芯片的能力，形成本专业特色鲜明的培养模式。
图2嵌入式应用课程群体系
2.教学科研并重，不断更新教学内容和教学方法
嵌入式领域的技术更新换代速度十分的快，因此，要求教师在教学过程中不断跟踪新技术，更新教学内容和教学方法。在“嵌入式应用”课程群建设的过程中，我们将课程的教学内容和教师所承担各级科研项目中所获得的工程实践经验紧密结合起来，在每个轮次的教学中，都会根据目前最新的前沿技术，加入一部分新的教学内容，以达到更好地提升学生知识水平的效果。我们编写了适合我校办学特色的嵌入式系统实验（实训）指导书、ppt教学课件、aVi视频教学动画等教学资料。目前，课程群中三门课程在教学内容和方法方面都进行了有益的探索。
（1）《单片机原理与应用》课程采用目前工程实践广泛采用的C程序设计语言进行描述，改变了以往使用汇编语言讲授枯燥、乏味的特点，更易于学生理解和实际应用。同时，我们还在课堂教学中引入了proteus单片机仿真软件进行案例教学。在讲授完单片机的基本原理之后，教师以讲授实际案例为手段训练学生对于各知识点的理解和应用能力[4]。在此过程中，学生与教师同步在课堂中用自己的计算机完成案例的复现，并用proteus仿真软件验证程序运行的实际效果。应用案例教学法，学生的学习不再是一味地听，而转变为实际动手实践，在实践中尝试、总结和提升，学生学习效果显著强化。
（2）《片上系统与嵌入式应用》是一门新开课程，主要讲授niosii软核处理器的体系结构、设备和SopC系统的开发流程。在课程内容上，侧重嵌入式处理器的应用而非原理，避免与单片机课程重复。在上一学期学生学习过单片机课程的基础上，重点讲授SDRam存储器、Flash存储器、UaRt接口等低端单片机系统不涉及的内容和应用实例。在教学方法上，采用任务驱动法来激发学生的学习兴趣，以一个简单的设计实例为主体，介绍软硬件的开发流程，开发环境的使用和编程思想，使学生循序渐进，逐步深入[5]。例如：设计一个点阵显示屏控制器，围绕这个任务让学生熟悉构建SopC系统所要用到的外部Ram接口、外部Flash接口、avalon三态桥、定时器、锁相环、自定义点阵等外设的特点和编程方法。这种教学方法将学习的难点分散到各个任务中，能使学生在完成任务的同时深刻理解所学内容。
（3）《数字集成电路设计》课程以Verilog语言设计为切入点，从最简单的逻辑电路设计开始，逐步深入复杂的微处理器电路设计。在教学内容上，针对嵌入式应用课程群的特点，围绕微处理器的主要结构如aLU、Rom、寄存器组、RiSC模型机等电路的原理和设计方法进行讲授，学生在经过这门课程的学习后，可以掌握自己动手开发一块具有自主知识产权的专用嵌入式处理器芯片的能力。
3.开设综合性、设计性实验，培养学生创新能力
应用型本科人才并不是“狭窄于技术”的工匠，应具有开放的辩证思维和创新精神。在嵌入式课程群实践体系的建设过程中，除了开设常规的基础性实验以外，在《片上系统与嵌入式应用》和《数字集成电路设计》课程设计中开设了一系列的综合性和创新性实验，这些课题来源于实际的工程设计和科研项目，由学生自行提出可行的设计方案，与指导老师共同讨论后实施，整个过程由学生主导，充分发挥学生的主观能动性和创造力。我们将实验内容分为以下三类。
（1）基础性实验。主要是让学生在实验指导书的指导下将理论课上所掌握的知识和概念通过实验的方式进行巩固，通过直观、具体的实验结果验证理论结果，熟悉软件使用方法和设计流程。包括pwm直流电机控制、标准输入输出设备字符串流控制、pio控制流水灯、自定义外设点阵控制等实验。
（2）综合性实验。这部分实验区别于基础性实验，并不给出具体的实验过程，只给出基本原理和大致方案，要求学生综合运用所学专业知识，周全考虑，自行确定具体的实验步骤和方法。这部分实验往往涉及多门知识点甚至是多门课程，包括无线温度数据采集、μC-oS多任务操作系统、触摸屏人机交互等实验。
（3）创新性实验。这部分实验主要面向部分基础知识过硬、动手能力强的优秀学生，利用课外时间提高他们在嵌入式应用方面的实际能力。这类实验以省、校两级大学生实践创新项目为载体，不拘泥于理论和实验课程的范围，由学生自主选题，形成创新团队，由团队指导老师负责。我们成立了开放的嵌入式创新实验室，实验室由老师、实验员和高年级学生共同值班，学生可以随时申请使用实验设备，完成相应的实验。通过这种形式的锻炼，嵌入式创新实验室的同学在省大学生电子设计竞赛、全国电子专业人才设计与技能大赛中都取得了优异成绩。
4.结语
嵌入式应用课程群经过以上所述课程体系的调整、教学内容的丰富及实验教学的改革，不断增加新知识，改进教学手段和教学方法，通过课堂教学、实验教学和教学科研的结合，在学生创新意识和实践动手能力培养方面进行了有益尝试和探索。未来我们将在深化教学改革的过程中不断探索，不断完善，探索出一套适合应用型人才培养的嵌入式应用教学培养模式。
参考文献：
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[4]陈林，魏淑桃，石林祥等.应用型本科“SopC设计与应用”课程教学改革探索[J].计算机教育，2012（19）：82-85.
嵌入式电路设计教程篇5
关键词：嵌入式系统课程体系课程设置
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embesteDUKit-iii多核嵌入式实验开发平台（基于aRm7架构的Samsung3C44B0x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。
参考文献：
嵌入式电路设计教程篇6
关键词：嵌入式系统；能力结构；教学体系
0引言
嵌入式系统是以嵌入式处理器或嵌入式控制器为核心，将其嵌入到产品或设备中以实现其功能的数字化和智能化的专用计算机系统。嵌入式系统的应用已经覆盖了包括消费类电子、智能家电、工业控制、通讯网络、仪器仪表、汽车电子等多个领域。随着嵌入式技术的发展和应用领域的不断拓展，社会对嵌入式技术人才的需求也越来越旺盛。为了适应市场需求，国内很多高校相继开设了嵌入式系统相关课程或设置了嵌入式系统相关专业方向，开展了各具特色的嵌入式系统教学实践。但是由于嵌入式系统面向应用的特点、嵌入式软硬平台和开发工具的多样性以及各个学校的学科背景的不同，各个学校开设的嵌入式系统相关课程、教学内容以及实践教学环节存在较大的差异，没有形成与嵌入式人才能力培养目标相适应的完整教学体系。
1嵌入式人才能力培养目标
嵌入式系统尽管也属于计算机系统的一种，但其应用领域之广，系统形态之多，与多种技术结合之紧密，为通用计算机系统所不及。嵌入式应用开发人才除了需要具备计算机基本知识和工程技能外，还必须清晰地理解嵌入式应用开发独有特点，如嵌入式软硬件开发环境的多样性、软硬件一体化设计与开发、交叉开发和调试等。因此，在嵌入式人才培养过程中，应特别注重以下嵌入式应用开发中需要的基本能力的培养。
1）计算思维能力。
嵌入式系统技术通过将计算机技术与专业领域知识相结合，创造出利用计算机解决专业领域问题的新途径，极大地拓展了计算机的应用领域。嵌入式系统专业方向对计算思维能力的培养，应紧紧抓住“抽象、自动化”这两个本质特征，强化学生对特定专业领域问题的构造性、过程性求解方法，能够将一个复杂困难的问题转化为利用计算机技术求解它的思维方法，进而确定可以利用现有计算机技术对特定问题进行求解的一系列方法和步骤。
2）知识迁移能力。
嵌入式人才培养通常都是从某些具体的嵌入式软硬件平台、具体开发工具和环境开始的，即从“实例计算”开始。但在实际嵌入式应用开发中，可能经常涉及不同的硬件和软件平台、不同的开发工具和环境、不同的应用领域，这就需要培养学生的知识迁移能力，即引导学生摆脱“实例计算”的思维限制，从“实例计算”提升到“类计算”，能够从某个基于具体开发平台和开发环境的嵌入式应用开发中掌握嵌入式应用开发的基本思想、方法，能够由此及彼、举一反三，通过芯片数据手册、开发工具手册来熟悉新的嵌入式开发环境。
3）协同创新能力。
嵌入式技术在移动设备、数字家电、汽车电子、医疗电子、航天航空、工业控制等领域得到广泛应用，已经成为相关领域产品和技术创新的关键。嵌入式系统的开发与设计，往往牵涉到如何将嵌入式技术和相关领域的专业技术结合起来，以达到协同创新的目的。所以，嵌入式开发人才必须具有一定的行业领域知识，具有较强的协同创新能力。行业领域的专业知识对于嵌入式系统的人才来说，不可能在大学阶段完全掌握，但是必须关注学生的新知识、新技术学习能力；而协同创新能力的培养，应侧重交流能力、抽象能力、需求分析能力的培养，以便学生将来可以通过与专业领域专家进行协作，有效利用嵌入式技术得到相关应用问题的解决方案。
4）系统整合能力。
由于嵌入式系统是面向某种特殊应用，所采用的硬件平台、开发工具和应用环境面向不同的应用都会有所不同，再加上市场对大多数产品要求开发周期短、成本低。因此，系统整合能力，包括如何选择合适的软硬件平台以高效地开发产品，如何利用现有的软硬件资源，如何有效管理开发团队中的各类人员（应用专家、硬件工程师、软件工程师和其他相关工程人员等）等，已经成为嵌入式系统产品开发的一项重要能力。这类能力的培养，应侧重在拓宽学生的知识面，让学生尽可能多地了解各种嵌入式软硬件系统的特性及其优缺点，了解软硬件协同设计思想方法，不再局限于传统的软硬件设计方法、体系结构等。
5）系统工程能力。
作为工程应用型人才，主要任务是将所学的嵌入式系统知识和原理转变为产品的设计和实现。嵌入式系统工程人才除了具备良好的学习能力、沟通能力和组织协调能力外，还应具有较强的系统工程能力，包括系统分析能力、系统开发能力和系统应用能力。
系统分析能力主要强调能够对目标系统需求进行分析，运用嵌入式技术，结合专业领域知识，给出可能的嵌入式软硬件解决方案；强调能够对嵌入式系统结构进行剖析，对嵌入式系统的功能性指标和非功能性指标进行评测和评价。系统开发能力主要强调利用嵌入式技术有效构建适合目标应用的专用系统，要求学生具有较强的程序设计能力、硬件设计和调试能力以及软硬件工具平台应用能力，掌握解决嵌入式项目开发关键技术的能力。系统应用能力主要强调与专业领域专家进行交流与需求分析，通过对嵌入式系统进行配置或者定制，快速适应应用系统的要求。
2嵌入式系统教学体系设计
2.1嵌入式系统核心课程设置
课程体系的设计直接关系到专业培养目标能否实现，在建立课程体系时，不仅要考虑开设哪些课程、所开设课程的先后关系，还应该重点关注课程的知识体系，关注课程目标与专业培养目标的接轨，并保证所有的相关课程应该能够构成支撑专业培养目标实现的一个完整体系。通过将嵌入式系统人才培养目标特别是能力培养目标分解细化到不同课程，同时考虑到课程之间的前后衔接、课程与培养目标的一致性，并考虑本科教育教学学时的限制，可以确定嵌入式系统专业方向的5门核心课程：嵌入式系统概论、嵌入式微控制器及其应用、嵌入式硬件设计、嵌入式操作系统和嵌入式软件开发。这些课程涵盖了嵌入式系统及其应用开发中涉及的最基础的知识，同时和计算机类核心基础课程（如程序设计基础、数据结构、计算机组成原理、操作系统等）、电子类相关基础课程（如电路分析、模拟电路、数字逻辑设计等）以及应用领域的一些特色课程一起，构成了嵌入式专业方向所需的专业基础知识和专业基本能力培养的课程体系，如图1所示。
作为一门嵌入式系统引导性课程，嵌入式系统概论从整体上对嵌入式系统涉及的各种技术进行介绍，帮助学生快速了解嵌入式系统的基本知识和基本原理；理解嵌入式系统开发的基本过程，初步掌握运用嵌入式系统技术解决实际问题的思想和方法。
嵌入式微控制器及其应用则从具体的嵌入式控制器人手，讲述嵌入式微控制器的基本概念、工作原理和应用设计方法，培养学生的嵌入式系统应用开发能力，并通过具体的嵌入式控制应用工程案例培养学生初步的系统工程能力和系统整合能力。
嵌入式操作系统课程在讲述嵌入式操作系统的基本概念、体系结构、系统特点、内核工作原理和实现思想的基础上，让学生体会嵌入式系统硬/软件协同工作原理，掌握根据目标嵌入式硬件平台对嵌入式操作系统进行定制的能力，掌握基于嵌入式操作系统进行嵌入式软件开发的基本思想、方法和技巧。
嵌入式硬件设计主要讲授嵌入式系统硬件基础知识、硬件开发工具、开发流程和调试方法，培养学生嵌入式系统硬件设计和开发能力。该课程从微控制器及其电路的功能设计要求出发，培养学生掌握基本的嵌入式硬件设计方法和硬件测试方法，然后逐步过渡到嵌入式硬件高性能、高可靠性、低功耗、低成本等非功能性设计方法上。
嵌入式软件开发主要讲授嵌入式软件开发的基本知识、方法和技术，使学生了解嵌入式软件的组成要素与结构，掌握嵌入式软件开发的思想和方法，掌握嵌入式软件开发的过程和技巧，熟练使用相关嵌入式软件开发工具，具备初步分析问题和解决问题的能力。
需要说明的是，由于嵌入式系统专业方向具有发展迅速、知识复杂、跨学科的特点，5门课程很难完全涵盖对嵌入式系统开发人才知识和能力方面的要求，需要强调嵌入式系统核心知识体系与相关学科（如计算机、电子、通信）的融合。嵌入式专业方向完整的课程体系应当与相关学科的基础课程进行有机衔接。
2.2嵌入式系统核心课程组合方案
由于嵌入式系统面向应用的特点，所以嵌入式系统教学应当明确定位于培养工程应用型人才。嵌入式系统工程应用重点关注在一定的约束条件下，实现嵌入式系统以达到应用目标要求的方法、步骤等，并通过对嵌入式系统软硬件的适当选型与定制，结合专门的专业领域知识，方便、快速、有效地构建具体嵌入式产品和应用。嵌入式系统专业方向培养的学生具有明显的工科特征，适应承担嵌入式系统或产品的设计和实现任务。这意味着嵌入式系统的教学必须在适当的理论基础上，更多关注“设计”和“应用”形态的内容，即站在一个嵌入式系统应用开发工程师的角度来组织相关的教学内容，更多关注它们的工程应用，比如对于嵌入式处理器、嵌入式操作系统等，更多关注它们的对外接口和应用方法等外特性，对它们的内部结构、工作原理和内核实现等，以理解作为基本要求。当然也不能过度淡化理论教学，将嵌入式系统教学完全放在技能教育上，因为只有在适当的理论指导下，设计和应用才是理性的、高水平的。
根据嵌入式系统软硬结合的特点以及应用开发内容，嵌入式系统专业方向毕业生可能从事的典型工作可以大致划分为嵌入式硬件开发、嵌入式底层软件设计、嵌入式应用软件开发。不同类型的开发人员面对的问题空间和工作内容会有所不同，应当具备的知识和能力也会有所区别，相应地，在培养过程中，可以根据不同的培养定位，对嵌入式系统相关核心课程给出不同的裁剪和组合方案，如图2所示。
嵌入式硬件开发工作内容主要包括系统需求分析、硬件方案设计、pCB电路设计和测试等。嵌入式硬件设计工程师应当了解嵌入式硬件开发流程，具备从需求分析到具体方案的规划设计能力和调试能力，掌握嵌入式硬件高性能、高可靠性、低功耗、低成本等非功能性设计方法。对于该类型的学生，应当在嵌入式系统概论、嵌入式微控制器及其应用两门课程的基础上，强化嵌入式系统硬件设计课程，同时需要考虑在之前对模拟电路与电子技术、数字逻辑设计等电路课程加以适当强化，而对于嵌入式操作系统、嵌入式软件开发课程可以降低要求或者不再单独开设。
嵌入式应用软件开发主要内容包括嵌入式系统分析与设计、嵌入式软件编码和测试等。嵌入式应用软件开发人员应当了解嵌入式软件开发流程，具备从需求分析到总体设计、详细设计的能力，掌握主流的嵌入式软件开发平台和开发工具，具有较强的程序设计能力，特别是基于嵌入式操作系统的应用程序设计能力。对于该类型的学生，应当在嵌入式系统概论、嵌入式微控制器及其应用两门课程的基础上，强化嵌入式操作系统、嵌入式软件开发课程，同时需要考虑在之前强化对程序设计相关课程的教学，而对于嵌入式硬件设计课程可以降低要求或者不再单独开设。另外，由于嵌入式软件一般是面向应用领域，所以针对该类型的学生，还可以考虑选择开设音视频编解码技术、通信协议及其编程技术、网络与信息安全技术、DSp技术以及一些与应用领域知识相关的课程。
嵌入式底层软件设计的主要内容是开发一些与硬件关系最密切的底层软件，例如，针对某个嵌入式硬件平台开发BootLoader或板级支持包BSp（往下驱动硬件、往上支持嵌入式操作系统），针对不同的接口设备开发驱动程序，以及将嵌入式操作系统移植到不同的硬件平台上。该类嵌入式开发人员需要深刻理解嵌入式系统软硬件协同设计思想，他们不仅关心嵌入式系统的外部特性和接口，而且需要深入理解嵌入式处理器的体系结构、工作原理和指令系统，深入理解嵌入式操作系统的体系结构、工作原理和内核实现机制，深入理解接口设备的工作原理和控制方法。对于该类型的学生，在开设嵌入式系统概论、嵌入式微控制器及其应用、嵌入式操作系统之类课程的时候，其内容的处理除了关心嵌入式处理器、嵌入式操作系统的外部特性和应用方法外，还需要重点关注他们的内部结构、工作原理等。
2.3嵌入式系统实践教学体系设计
由于嵌入式系统教学定位为培养工程应用型人才，所以实践教学环节在整个嵌入式人才培养中应当占有相当大的比重。
首先，嵌入式系统大部分课程以工程设计为主，在讲述工程设计方法和设计流程时要涉及开发环境、开发工具的使用，可以借鉴“LearningbyDoing”的教学理念，通过引入实际的工程案例和项目，讲训结合，突出课程实践意义，培养学生应用意识、动手能力和工程素养。
其次，需要加大实验实践学时，强化实验实践环节，同时注意有机整合实验内容，减少验证性实验，增加设计性、综合性、创新性实验项目，按照“一体化、多层次”的思想，设计比较合理的嵌入式专业方向的实践教学体系。基础层主要包括相关课程的课内实验，其主要目的在于课程知识的巩固，一般通过课内实验完成。综合设计层主要包括两个方面：一是相关课程综合性、设计性实验，其主要目的在于相关课程知识的提高和综合运用，通过课外拓展实验完成；二是里程碑式的综合实践课程，即根据嵌入式系统应用开发能力的晋级阶梯，在能力培养主线设置一些里程牌，并通过综合性实践课程培养阶段性的综合应用能力。应用创新层主要培养学生综合分析、设计、创新能力和工程素养，主要通过创新实验和课程设计、项目实训、学科竞赛、学生科研和毕业设计完成。
3结语
电子科技大学中山学院构建了符合嵌入式应用开发人才晋级阶梯的课程体系和“一体化、多层次、分阶段”的实践教学体系。经过几年的教学实践，证明该教学体系具有较好的可行性和适应性。不少学生毕业后都顺利地走上了嵌入式技术开发工作岗位，成为企业的技术骨干。
当然，嵌入式技术发展日新月异，嵌入式应用需求也是越来越复杂多样，如何适应技术的发展和需求变化，适时调整嵌入式人才培养方案和课程体系，在课程体系和教学内容中体现最新的发展成果和应用需求，培养符合市场需求的嵌入式人才，仍然需要我们不断研究和探索。
参考文献：
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[3]李文生，马争，傅瑜，等.面向应用型嵌入式人才培养的课程体系设计[J].计算机教育，2011（5）：69-74.
嵌入式电路设计教程篇7
长期以来，嵌入式系统是高等学校电子与信息类专业的一门主干基础课程[1]，强调跨学科、跨专业的理论、方法与技术的融合应用，是一门理论与实践结合紧密、综合性较强的课程[2]。而对于机械类专业，在其课程体系设计中虽然包含了部分嵌入式系统先修课程内容，但较少开设专门的嵌入式系统课程，也缺乏合适的供机械类专业本科生使用的嵌入式系统教材。
本文以近几年的教学实践经验为基础，归纳了机械电子工程专业嵌入式系统的教学特点，并探讨了面向机电专业的嵌入式系统教学内容与方法。
1机电专业嵌入式系统教学的特点
在机电类专业开设嵌入式系统课程是大学本科课程自我更新的一种新的路径，也是计算机技术发展而导致的本科课程体系更新过程中的一个自然而然的结果[3]。嵌入式系统在工业现场应用广泛，对于机电专业本科生而言，因其在机电设备开发、控制于维护方面有着较强的应用背景知识，且具有一定的先修课程基础，因此嵌入式系统课程较适合机电专业本科生的学习。
但同时，与电类专业不同，机械类专业电基础较为薄弱，导致了机械电子专业嵌入式系统教学具有以下特点：
1.1课程内容综合性强
嵌入式系统是一个软硬件系统的综合体[4]，在课程中要向学生讲解嵌入式微处理器的基础知识以及其他相关硬件知识，包括处理器结构、指令系统、寄存器设置等，又要讲解嵌入式软件方面的知识，包括Linux系统、交叉编译、设备驱动程序、多进程通信等。
1.2课程的课时有限
作为一门专业选修课，嵌入式系统课程设置的教学时长为32学时，而电类专业该课程一般有48学时以上的课时，甚至达到72学时，在这其中，实验课时又有8个。由于课内学时数偏少，较容易发生学生能够听懂某些细节但缺乏整体认识，或者能够把握大框架但实际动手时一筹莫展的情况。
1.3先修课程基础薄弱
尽管机电专业本科生已经有C程序语言设计、模拟/数字电子技术、微机原理、单片机接口技术、电子CaD等先修课程基础，但受到大学教学活动短学程化的影响，学生在背景知识的掌握上存在不够全面或不够深入的情况。特别对于机械类学生而言，不仅计算机硬件基础较为薄弱，软件开发能力和经验欠缺，同时对操作系统方面的知识掌握基本空白，给嵌入式系统课程的教学带来一定困难。
2机电专业嵌入式系统的教学内容与方法
根据机械电子工程专业嵌入式系统教学现状与特点，有针对性地确定了课程体系的设置，安排相应的教学内容与教学方法。
2.1教学内容选择
作为专业选修课，嵌入式系统课程的目标不是为了使学生深入掌握这一领域全面的并得到良好巩固的知识，而是为了使学生在已有基础上步入这一新的领域中，概括性的掌握其基本原理与基本方法，并对进一步探索该领域产生浓厚的兴趣。
根据这一思路，针对机械类专业嵌入式系统的教学特点，应特别注意突出重点，合理分解难点。由于学生已有微机原理和单片机接口相关基础，在教学中弱化了对aRm芯片作为高档单片机使用的相关内容。在详述处理器结构、介绍基本指令的基础上，仅对定时器、中断、SDRam、nandFlash控制器和时钟系统等资源加以介绍，并多采用C语言程序设计案例，避免学生在繁复的指令系统和寄存器设置体系中迷失方向。
由于机械类学生没有操作系统相关背景知识，因此在嵌入式系统软件学习中存在一定困难。嵌入式Linux操作系统及其开发环境是嵌入式软件的基础，学生需要掌握基本的Linux系统命令和交叉编译方法，而对shell程序和makefile文件则通过案例教学呈现。Linux操作系统下设备驱动的基本思想、程序框架以及编写步骤是课程的重点之一，体现了软件与硬件的结合，因此针对这一部分，不仅安排了较多学时的课内讲解，也安排了实验。在Linux操作系统下的线程、进程和进程间通信部分，由于学时限制，弱化了实际编程操作，而主要以案例和演示实验，使学生掌握基本思想和方法。
2.2教学方法初探
嵌入式系统是一门应用课程[5]，对于机械电子工程专业的本科生而言，其意义在于更好地实现机电一体化应用。为此，结合“卓越工程师”培养计划的实施，在教学中加入了较多的应用案例，突出了学用结合的教学模式，重视对学生工程素养的培养，建立面向工程的思维方式，掌握解决实际工程问题的科学方法。
在课堂教学中，变灌输式教学为启发式教学，特别注意引导学生联系以往在微机原理和单片机接口技术课程中接触到的8051单片机的相关概念与方法，使之对嵌入式系统硬件部分产生逻辑上的继承和联想，有效理解硬件的工作原理。在嵌入式系统软件部分的教学中，则以学生熟悉的windows操作平台为例，讲解嵌入式Linux操作系统所要解决的问题和实现方法，促使学生破除对这一未知领域的神秘感，并激发其进一步深入学习的兴趣。
嵌入式电路设计教程篇8
关键词:嵌入式系统;可编程逻辑器件;aRm;UC/oS;GUi
随着技术的发展和应用的需求,社会对嵌入式系统的应用要求越来越高,传统的系统机应用和嵌入式应用的界限越来越模糊,以51系列为主的单片机应用越来越不适应这种需求,而以aRm7为内核的32位高档单片机经过数年的发展,价格越来越低,接近单片机的成本,而性能又高很多,在很多领域已经取代了8位单片机的应用。为适应这种趋势,在大学本科教学中开设嵌入式技术课程和实验已是必然。嵌入式技术的内容比较广泛,涉及从低端的单片机应用到高端的系统机嵌入式应用。目前,高校中开设的相关课程主要是嵌入式技术(主要讲aRm处理器、嵌入式操作系统LinUX、UC/oS等)、可编程逻辑器件和DSp应用,后两门课虽然名字上和嵌入式没有关联,但应该说aRm处理器、FpGa/CpLD、DSp实际上是嵌入式系统的3架马车,在很多的嵌入式系统上都能看到它们的身影,三者各有所长,各有应用特点,目前还无法完全互相替代。而这3门课的前期基础课就是模电、数电、单片机原理、C程序设计等[1]。
1目前存在的问题
由于嵌入式技术内容的广泛性,应用上千差万别,课程特点是实验性、动手操作性特别强,一般是根据所采用的实验设备来进行讲授。目前来看,嵌入式系统实验箱主要分高端和低端两类,高端产品功能复杂、完善,提供各类接口,如USB、以太网口、LCD、VGa、键盘鼠标口、SD卡、串口等。但该类产品存
在如下问题:1)系统过于复杂,使得学生上手慢,真正能够完成的实验有限,形成资源浪费。2)价格与系统机相当,体现不出嵌入式的优势,使得实验成本很高,普及性差。3)维修维护成本高。根据多年的实验教学经验,为了培养学生的动手能力,对于元件的实验箱(板),一轮实验下来,损害率基本在10%～20%,由于维修困难,最终导致仅有60%的实验设备能够正常使用,严重影响教学效果。
综上所述,太复杂的嵌入式系统实验设备并不适合本科实验教学,本科实验教学需要的是简单、低廉、耐用又能满足教学要求的实验设备。而低端的嵌入式实验板虽然价格低廉,但一般只有简单按键、LeD显示、串口等,电路与单片机的实验板电路并无区别,只是换了一颗aRm的心脏。而这些设备的控制对处理器并没什么要求,单片机完全可以胜任,也就体现不出嵌入式系统的优势。而实际上所说的嵌入式系统一定是用在单片机无法完成或很难完成的地方。如果学生感觉不出嵌入式的优势,也就难于达到实验教学效果[2,5-6]。
2设计的指导思想
针对现有嵌入式实验箱(板)存在的问题,为满足教学需要,我们自行开发了嵌入式实验板,力求克服现有实验设备的缺点。所遵循的指导思想如下:
1)实验内容要有别与51单片机的实验。实验用51单片机无法完成或很难完成,充分体现32位嵌入式
aRm处理器的优势,主要有以下几点:(1)32位处理机,结构先进,处理速度极高。(2)更大的程序、数据存储空间,是51单片机的几十倍。(3)更高的CpU时钟频率,是51单片机的几十倍。(4)集成了很多复杂的设备,是SoC(SystemonChip),简化了硬件电路设计,提高了处理及应用能力。(5)功耗很低。(6)有操作系统支持。(7)有JtaG接口,无需仿真器,只要一条下载线。
2)硬件结构尽量简单,将下载线JtaG接口电路直接做在实验板上,取消电源设备,直接利用USB接口从电脑取电,减少实验部件及部件间连线。充分利用电脑硬件资源,如显示器、键盘、鼠标、USB接口、串/并口等,充分利用aRm单片机内部集成外设,如pit、pDC、aiC、pmC、USaRt、Spi、twi、SSC、tC、pwm、aDC、UDp等,同时发挥软件优势,这样做的好处是:(1)降低成本,让每套实验环境的成本控制在100～200元内。(2)适应学生实验的要求。一般来说,给学生用的东西,都很容易损坏。实验室人员和指导老师的维修、实验准备的工作量都很大,实验中能正常开使用的实验设备也就到60%～80%。那么,实验箱的硬件结构越简单,损坏的可能性就越小,维护起来也要简单,减轻了实验老师的工作量。(3)由于成本低,对于损坏的实验板可以直接更换,提高实验开工率;对于有兴趣的同学,甚至可以借出,便于其更好地学习。
3硬件电路原理
实验板以at91Sam7Sxx为核心,如图1所示,利用其内部硬件资源,并通过一片有VGa接口的CpLD(epm240),再加上键盘/鼠标接口、232串口、
图1硬件原理结构
a/D接口、并口、USB接口等,特别是有了键盘/鼠标/显示器接口,实验板就与系统机一样具有人机交互功能,通过运行不同应用软件,可以实现很多复杂功能的演示,完全可展现嵌入式系统的功能优势[3-4]。
4已开发的aRm实验
我们已开发了如下实验:
1)aRm单片机内部集成外设的使用;2)在屏幕上绘制各种函数曲线;3)作为终端与电脑进行通信;4)多任务显示控制;5)键盘/鼠标测试;6)基于aRm的逻辑分析仪;7)基于aRm的示波器;8)嵌入式实时操作系统uC/oS移植、硬件驱动;9)在uC/oS上运行各种应用程序;10)USB接口和协议栈的使用(键盘/鼠标/游戏杆/U盘等的实现);11)通过USB接口与系统机间进行数据通信;12)现场总线pRoFiBUS协议栈的实现;13)现场总线moDeBUS协议栈的实现;14)图形化接口uC/GUi的移植、驱动;15)在uC/oS上运行各种测试程序。
可开的实验会很多,因为实验板就相当一个简化版的电脑,有键盘/鼠标/显示器/USB/串口,运行不同的软件,就可以实现不同的功能。
当然,由于aRm及软件的复杂性,每个实验大约需要4～8学时,学生只能是选做其中一些实验。图2～图4是几个实验的截图。
图2图形化人机接口实验图3指针式仪表实验
图4示波器实验
5可编程逻辑器件的实验开发
目前我们所使用的可编程逻辑器件的实验箱采用的是aLteRa公司的epm7128LC84芯片,外加8个数码管显示、8个LeD指示灯、16位置码开关、8个按键等构成,一条下载编程线,一个5V电源箱。和电脑连接到一起后能够实现LeD闪烁、移动、数码管的点亮、BCD-7段码的译码、8个数码管动态显示不同内容、电子钟、秒表、置码开关输入、按键操作等实验,应该说这些内容主要是为了了解可编程器件开发的一般过程、熟悉HDL语言等,目前为大多数院校所广泛采用,但还存在的以下问题:
1)核心器件epm7128LC84价格高(约100元/片),而且极易损坏,导致实验成本高。
2)仍存在部件多,连线多,故障多,下载线、5V电源也容易出问题。
3)这种方式的实验电路与单片机的实验板电路是很相似的,也就是将原先微处理器完成的事情,现在用CpLD来实现了。那么从实际应用的角度看,这是极其不合理的,也没有任何实际意义的。因为可编程器件和微处理器各有各的优势,也各有各的应用场合。单片机能完成的事情,没必要用可编程器件去做,因为可编程器件没有价格优势,更因为可编程器件的HDL语言最后生成的是数字电路,而单片机的C语言最后生成的是可顺序执行的程序,后者所能完成的功能要远复杂于前者。因此,在这些场合,可编程器件
既没价格优势,又没性能优势,故不会被采用。那么可编程器件的优势在哪?应用场合又在哪呢?它的优势恰恰在于它没有顺序执行指令,它最后形成的是电路,这样就可以实现高速的时序控制。它的应用场合也就在微处理器无法实现的高速时序处理的场合。
针对上述问题,来看我们的嵌入式实验板,发现它也可以作为可编程器件的实验板来使用,并且能克服上述缺点,因为:1)板上有CpLD器件epm240,容量比epm7128大,但价格很便宜(12元/片)低功耗(3.3V供电),不易损坏。2)无电源箱,USB取电,下载线电路在实验板上,实验部件少。3)CpLD在这里做为VGa控制器,是CpLD的实际应用方案,即高速的时序控制,VGa接口红绿蓝信号点时钟频率到25mHz,是微处理器所无法实现的场合。4)由于有VGa接口,可连接显示器,从而在显示器上看到不同的实验结果,如不同颜色的横向、纵向条纹、方块图案显示,并在这个过程分析理解行场同步及RGB的时序过程,从而理解HDL语言编程,了解可编程器件的实际应用过程。
6结语
通过以上分析和实际使用效果来看,我们所开发的嵌入式系统实验既能做到硬件电路简单化,又能充分展示嵌入式系统的特点和优势,比较适合本科生实验教学,而且可以两门课共用,进一步提高设备利用效率。
参考文献:
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[2]谢平.浅谈嵌入式实验教学的改革[J].网络财富,2010(12):137.
[3]裴金刚,熊栋栋.基于aRm的嵌入式系统平台的构建[J].黑龙江科技信息,2010(17):64.
[4]陈凯,邓明,张启升.嵌入式系统课程实验开发研究[J].中国电子教育,2010(2):55-59.
[5]周红波,詹芹.嵌入式系统实验教学模式探讨与实施[J].硅谷,2010(11):88.
[6]凌明,刘昊,时龙兴.关于嵌入式系统课程教学过程中几个问题的思考[J].电气电子教学学报,2007(增刊1):94-96.
StudyonembeddedSystemCoursesexperiment
LiUCong,CHiXue-fen
(SchoolofCommunicationengineering,JilinUniversity,Changchun,Jilinprovince130012,China)
嵌入式电路设计教程篇9
关键词：嵌入式专业
中图分类号：tp3-4文献标识码：a文章编号：1007-9599(2010)15-0000-00
Constructionofembeddedprofessional
pengJunbo,XuKai
(XiantaoVocationalCollege,Xiantao433000,China)
abstract:embeddedproductdevelopmenthasbecomethemostpopularandmostpromisingindustries.inthispaper,embeddedinourhospitaltoinvestigatethecurriculumreformhowtodevelopvocationalembeddedsystemdevelopmentpersonnel.
Keywords:embeddedmajor
一、嵌入式软件行业前景
据业内权威人士分析，目前嵌入式行业至少存在50-80万的人才缺口，仅北京市场嵌入式软件开发人员的需求就已经超过了8万人，而这个需求还在持续快速增加的过程中。笔者走访了北京上海等地的一些公司，现以专门开发GpS全球定位系统的杭州图软科技有限公司为例，该公司技术研发部门除了技术总监和项目经理是具有博士的高端人才以外，其他技术人员大部分来自高职院校，这些开发人员的主要工作分为四类：嵌入式设备的维护维修类；嵌入式产品的制作、测试类；嵌入式it电子产品生产工艺和生产管理类；嵌入式产品的软、硬件设计类，每个开发人员的分工都很明确。对嵌入式系统开发人员要求可以归纳为以下几方面：
（1）熟悉aRm架构和51系列单片机。
（2）熟悉嵌入式linux或者ucosii，2年以上嵌入式开发经验。
（3）精通C/C++语言，具有良好的编程习惯和文档编写能力。
（4）能够承受工作压力，善于学习，富有团队协作精神。
从以上企业对嵌入式人才的需求可知，企业在招聘毕业生的时候，更看重的是知识结构与技能。
二、学习嵌入式课程的困难
要达到企业要求，必须具备一定的专业基础知识才能进入32位嵌入式系统课程的学习。在硬件方面必须先学习数字电路、模拟电路和单片机原理与应用等课程，在软件方面学习C程序设计、汇编语言、操作系统原理等课程。只有掌握了这些基础课程的内容后，才能进入32位aRm嵌入式系统课程的学习，而高职高专院校的学制为2-3年，学生学习这些课程的时间将非常紧张。
高职高专的学生素质相对而言较弱。本科院校的学生是第一、二批次录取，高职高专院校的学生是第四批录取。因此，相对而言，高职高专院校的学生的学习能力和基础要比本科学生薄弱，学习嵌入式系统课程，学生面对的困难更大。
三、高职院校如何培养嵌入式系统人才
我院经过三年的嵌入式系统课程教学实践，在教学实施中，以企业要求为目标，学生能力培养为中心，嵌入式开发实战为导向，一定能培养受企业欢迎动手能力强的嵌入式开发工程师来。
（一）确定培养目标
根据企业和行业需求和学生特点，制定了本专业的培养目标：本专业培养了解必要计算机基础理论和软硬开发的过程，具体初步的应用软件设计能力，掌握必需的嵌入式系统理论、主流嵌入式系统硬件架构，以及嵌入式编程的技术、方法和工具，能从事嵌入式系统应用、设计与开发的高级技术实用型人才。
（二）课程设置
嵌入式系统课程的内容繁多，主要包括嵌入式系统硬件、软件、操作系统、软件开发、驱动开发的内容。要在两到三个学期讲完，时间非常紧张，我院嵌入式专业对嵌入式课程进行整合，合理分配，从大一的第一学期开始学习，这样保证学生充分的学习时间。我院嵌入式专业课程设置如下：计算机基础+计算机组装与维护、Linux操作+C程序设计、电子技术、pCB设计、嵌入式Linux项目开发、单片机技术应用与系统开发、aRm及接口技术、嵌入式Linux系统开发、嵌入式Linux系统总体开发测试、嵌入式Linux驱动开发实践。
（三）课程内容
根据企业对嵌入式系统开发的要求，整合序化了嵌入式系统开发课程内容。第一学期开设了：《计算机基础+计算机组装与维护》课程，主要是培养学生文档编辑能力和硬件维护维修能力；《Linux操作+C程序设计》课程，主要是培养学生在Linux操作能力和在Linux下进行C程序设计的能力；第二学期开设《电子技术》、《pCB设计》主要是培养学生电路设计能力；第三学期开设《嵌入式Linux项目开发》、《单片机技术应用与系统开发》课程，主要是培养学生应用软件开发能力和单片机系统开发能力；第四学期开设《aRm及接口技术》、《嵌入式Linux系统开发》课程，主要是培养学生aRm嵌入式硬件开发系统设计能力和操作系统移植的能力；第五学期开设《嵌入式Linux内核开发》、《嵌入式Linux驱动开发实践》课程，主要是培养学生嵌入式外部设备驱动开发和嵌入式系统总体设计调试测试的能力。
（四）教学方法
对不同的课程，使用不同的教学方法。如《单片机技术应用与系统开发》课程融“教、学、做”于一体，以产品《ZRB汽车仪表》制作为实例，培养学生从工程的角度去分析问题、解决问题及创新设计，为迅速地开发和调试产品打下了坚实的基础。每一个实例都是按以下方式组织编排的：1.提出任务目标：给出本次课要解决的一个具体的产品功能要求。2.分析任务特点：分析解决本任务的方法及步骤，选出符合工程实际的最优方案。3.相关知识：掌握相关实现本任务所需的知识。4.软硬件设计：硬件的搭建，和软件程序编写。5.应用小结及扩展：对本任务所涉及到知识和技能小结，并在本实例的基础上提出比本实例难度高的任务，让学生课外自己设计。
四、结束语
本课程体系是我院组织部分专业教师对省内外部分it企业，特别是北京、上海企业对嵌入式技术人才需求进行深入的调研，并与企业专家和兄弟院校的嵌入式专业教师研讨后制定的，已在我院08年计算机应用技术专业―嵌入式技术方向实施，取得了比较满意的效果。
参考文献：
嵌入式电路设计教程篇10
[论文关键词]高职院校嵌入式系统课程改革
一、专业人才需求及职业岗位分析
国家经济的发展形成了对电子信息工程人才的巨大需求。而电子信息产业需要的人才是多层次的，不仅需要本科、硕士等高学历人才，也需要大量技能型、应用型人才。随着国内经济的快速发展和生活水平的不断提高，人们对家电产品的功能提出了更高的要求，家电智能化已成为国内家电发展的一个趋势，在家电产品开发中使用嵌入式技术也越来越广泛。同时随着3G网络的建设及手机智能化程度的提高，现在的手机不但功能越来越强，而通常在智能手机上都安装了相应的操作系统，可以在操作系统平台上开发手机软件，并且还能通过3G网络完成更多更强的功能，因此市场对嵌入式手机的软件开发人员需求十分强烈。嵌入式手机编程开发平台是集合通信技术、嵌入式技术、电子技术、软件工程、操作系统等理论的软硬件开发平台，嵌入式手机属嵌入式系统的一个分支。目前国内人才市场急需嵌入式系统、嵌入式手机软件的专业技术人才，而且缺口有逐年加大的趋势。
二、国内嵌入式系统及手机软件课程教学的现状
目前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统课程的重要性，但国内开设嵌入式课程的院校不多，开设嵌入式及手机软件课程的高职院校更少，高职学校对嵌入式系统的课程还处在探索阶段。
笔者认为现阶段我国嵌入式教学存在以下的问题：一是定位不明确。从分析收集到的资料看，当前许多高校都已经认识到开设嵌入式系统的重要性，但很多高职院校的嵌入式课程只是研究生、本科课程的缩减，没有体现出高职教育的课程特点，而嵌入手机软件类课程很多高校都还未开设。二是教学更新不快。嵌入式系统技术更新快，而目前不少高校嵌入式课程讲授的内容却没有跟上，出现教学内容陈旧、教学深度不够的现象。三是课程体系设置不合理。没有根据不同专业知识点设置教学内容。四是缺少系列教材。嵌入式技术往往和行业背景结合紧密，由于嵌入式系统技术更新较快，很难找到针对高职教育特点的系列教材。五是目前很多高校都设有计算机软件、网络专业，但大多是基于pC平台和传统网络，没有开设针对嵌入式平台的软件课程和基于3G网络的软件及网络专业课程。
三、嵌入式系统课程教学改革
(一)课程设计理念和思路
通过调研，我们认清社会对开设课程的需求，理清嵌入式系统和手机软件的知识点，确定教学内容，明确教学改革方向。密切跟踪国内外职业标准，以工作任务为载体，结合地方经济，以实际工作岗位的技能要求重构课程内容。理论内容以“必需”和“够用”为准则，合理删除原有教学内容中的落后技术，使教学内容、教学目标与实际工作岗位的要求相对接。根据职业能力要求，按照工作过程的实际需要设计、组织和实施课程，尽早让学生进入工作实践，实现从学习者到工作者角色的转换。
(二)课程教学的改革
秉承“实用、够用”的原则，下力气组织适合岗位技能需求的、符合高职学生认知特点的理论教学内容，突出应用主线。
1.在课程内容上，嵌入式课程针对不同专业的学生，调整授课内容。针对计算机专业的学生，由于该类学生已学过计算机编程语言、操作系统原理及面向对象程序开发等课程，对软件开发及操作系统有了较深入的了解，而且社会对高职学生在嵌入式系统的应用程序的开发有较大需求，因此嵌入式课程内容的重点应放在嵌入式软件的开发上。一般高职计算机专业的学生都学过c语言和c++，嵌入式软件开发可以采用c或者c++；而对已学过Java软件开发的学生，可以采用J2me的开发。
针对电子信息类专业的学生，学过电子电路的很大一部分知识，而计算机程序软件和操作系统所学的内容较少，因此，嵌入式课程中首先讲解aRm7中的LpC2000系列芯片，利用电子信息专业的学生学过单片机课程的条件，对LpC2000系列芯片先不移植操作系统，将LpC2000系列首先当成高级单片机来使用，将学生原来课程中的单片机项目移植到LpC2000系列芯片中来，使学生对嵌入式知识的学习有更好的连贯性。同时嵌入式系统不再讲解嵌入式Linux，而是讲解uCoS／ii、windowsCe嵌入式操作系统的软件开发。μCoS操作系统是开源的，可以将μCoS／ii的内核源码作为教学案例，讲解嵌入式操作系统内核的实现机制和原理。同时将前面所做的把LpC2000系列当高级单片机使用无操作系统的项目通过μCoS操作系统的任务来实习，使学生明白操作系统的特点并使后面的学习有继承性。windowsCe课程体现为学生掌握在windowsCe操作系统应用程序开发的能力。windowsCe操作系统应用程序的开发语言选择VisualStudio.net的C#，能够激发学生进一步学习的热情。
2.在教学中采用“教、学、做”一体的教学模式。基于高职生的学习特点，以典型案例引导、分析工作任务为主线，重构课程教学内容，学生边学习、边实践、边提问。
3.通过“企业引入、教师tt、专家进校”等多种形式，完善“双师结构”教学团队建设。建立一套符合工学结合、顶岗实习教学规律的配套制度，创建新型管理体制平台。
4.通过科研项目及电子竞赛提高教师与学生的嵌入式开发能力。课程组以科研项目的开展、产业化工作的推进为支撑，不断跟踪嵌入式系统尤其是基础软件领域的最新发展和应用情况，用科研、产业的成果丰富和完善嵌入式系统理论与实践教学。利用教学、科研、产业化相结合促进的新型模式，将科研优势转化为教学优势，在课程内容和实践教学体系的设置上不断调整，力求带给学生最新的知识与技能。课程内容的时效性与先进性非常强，能激发学生广泛与深入的学习兴趣，取得很好的教学效果。参与科研项目、科技竞赛活动对提高学生的创新能力、科学思维能力和实践能力非常重要。
5.产学研结合，校企联合办学。积极推动科研成果的转化，通过科研项目的产业化工作密切联系学校与企业。桂林理工大学南宁分校(以下简称“学校”)教师参与的2009年南宁市科学研究与技术开发计划市校合作专项——“中国一东盟多国互译系统研制开发”就是与南宁高新区企业“申能达智能技术有限公司”合作共同开发生产的。
四、实验、实训的建设与改革
实验实训课程的设置可以考虑建立嵌入式实验室。在购置实验设备时，除考虑满足嵌入式的实验需要外，在aRm实验箱的基础上还可以增加CpRS、FpGa等扩展模块，为以后新增的移动通信技术、eDa技术等课程开设无线通信、手机软硬件开发、芯片电路设计等实验课程，提高购买实验设备的费效比。
为了让学生通过实验体会嵌入式系统硬件平台多样性的特点，嵌入式系统课程计划要配置以下几种类型的嵌入式目标硬件平台：嵌入式仿真(pc平台)。proteus是一种功能强大的电子设计自动化软件，其最大的特色在于可以提供嵌入式系统(单片机应用系统、aRm应用系统)的仿真实验，这也是其他任何仿真软件无力所及的。proteus仿真主要用于LpC2000系列芯片的实验与实训，可以分为不带操作系统和带UCoS操作系统两大部分，并且两部分的实验与实训要有一定的关联性。
基于aRm9的嵌入式硬件平台。aRm9的硬件平台可以采用博创2410S实验箱。通过aRm9实验箱完成winCe的系统定制、内核下载等操作系统的相关实验。aRm9的实验平台具有较高的性价比。aRm9既可完成aDS、iaR等无操作系统以及UCoS等深度嵌入式操作系统的实验，还能进行完整操作系统的安装、移植(如winCe、Linux操作系统)，实验平台可以进行系统的定制、内核下载等操作系统的相关实验，还可以开发运行基于系统平台上的软件。
五、嵌入式系统课程继续改革的思考
嵌入式系统课程建设取得了一定成效，但还有待进一步完善。
(一)嵌入式系统课程教学内容的扩展
可以考虑在嵌入式系统课程中增加嵌入式手机内容。对于手机基本上可以分成两种，即传统手机和智能手机。智能手机除具有传统手机的基本功能外，还具有开放的操作系统、硬件和软件的可扩充性和支持第三方的二次开发等。智能手机以其强大的功能和便捷的操作越来越得到人们的青睐，逐渐成为市场的一种潮流。手机操作系统当前主要包括以下几种系统：诺基亚的Symbian、微软的windowsmobile、苹果手机的ioS、google手机的安卓系统(android)和Linuxmobile等。
在选择程序讲解的手机操作系统时，通过对社会需求和嵌入式系统课程内容的关联性考虑，手机系统讲解采用微软的windowsmobile和google手机的安卓系统。微软的windowsmobile手机操作系统与嵌入式的windowsCe操作系统是基于相同的操作系统内核，应用软件的开发可以采用相同的应用开发程序C#。而google手机的安卓系统在目前发展处于快速增长的阶段，其系统内核是基于Linux系统的，而应用软件的开发又是采用Java软件，与嵌入式系统的J2me一样都可以采用Ja—va进行软件的开发。
手机软件课程可以分为手机系统的维护与手机软件的开发两部分。前者又包含以下几个部分：一是手机操作系统的升级与更新，二是手机网络的连接设置，三是手机与pC电脑的同步连接及手机数据备份等，四是手机常用软件的下载及安装。