以市場為導向的嵌入式系統課程群建設

姚 遙，耿文波，徐 坤，周子昂，張鴻輝

（周口師范學院 物理與電子工程系，河南 周口 466001）

隨著數字信息技術和網絡技術高速發展，作為“后PC時代”的主要個人應用支撐技術的嵌入式技術在社會人才的計算機技能要求中的地位日顯重要[1]。通過對市場進行分析，在嵌入式系統方面的工作中，目前職場上需求更多的屬嵌入式軟件開發的人才。因此，他們需掌握計算機編程的基本概念、基本原理和基本方法，并在此基礎上有效掌握嵌入式原理來參與嵌入式軟件方面的開發工作。根據以上分析，在本科教育中，特別針對嵌入式系統課程群應以計算機編程和嵌入式原理部分為主線，使學生具備扎實的嵌入式系統軟件開發基本理論知識、熟練的開發技能和實踐能力，同時具備一定的分析與解決問題的能力和創新能力。

1 嵌入式系統教學的特點

嵌入式系統通常定義為一種以應用為中心，以計算機為基礎，軟硬件可以剪裁，適用于對系統功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統[2]。因此要求嵌入式系統的課程的設置和安排應當遵循基礎、實用、先進、發展的基本原則。注重課程教學的前沿性，適應嵌入式技術的快速更新。嵌入式系統教學主要體現以下3個特點[3]：

1）基礎性 嵌入式系統技術涉及多個專業。如計算機科學與技術、電子信息工程、通信工程、自動化控制等，嵌入式技術與各個專業相互融合，逐步更新的學科，可作為上述各專業的基礎平臺課，以強化專業基礎知識。

2）綜合性 嵌入式系統集軟硬件技術于一體，需要進行軟硬件協同設計。它涉及電子、計算機、自動控制等相關專業的知識。可開設數據結構、操作系統、微機原理、單片機、軟件工程等課程。

3）實踐性 嵌入式系統的實踐性極強，需要理論聯系實踐，加深對嵌入式系統課程的理解，也有助于學生增強創新意識。

2 嵌入式系統教學課程群的基本內容

課程群將本專業或跨專業培養方案中若干門在知識、方法、問題等方面有邏輯聯系的課程加以整合而形成的課程體系，因而課程群所含的各門課程應具有相關性和整合性[4]。本科階段的課程群要既重視基礎理論的學習，又緊密重視實踐性?；緝热荽笾路譃橄旅?個部分[3]：1）模擬與數字基礎理論部分：電路原理，模擬電路，數字電路，信號與系統，數字信號處理，通信原理；2）處理器部分：微機原理與接口，單片機原理與接口技術，可編程邏輯器件原理，DSP或ARM；3）計算機科學部分：C語言，數據結構，計算機網絡，編譯原理，操作系統，匯編語言程序設計，嵌入式系統原理，嵌入式驅動開發，嵌入式應用開發。各主要課程介紹如下[5-6]。

2.1 專業基礎課程

模擬電路和數字電路 作為電子技術的基礎課程，模擬電路是難點，著重加強理解三極管，場效管的信號放大原理和以及信號的放大，反饋，運算。數字電路的知識是從事嵌入式系統的必備，關鍵要增強邏輯思維能力。

C語言和數據結構與算法 C語言作為一種 “高級的低級”語言，易移植。易維護，可讀性強，具有強大的內存操作能力，成為嵌入式系統開發的最佳選擇。數據結構與算法，這門基礎課在嵌入式系統教學中要作為重點，可適當增加實驗課時，無論學生以后從事嵌入式系統的軟件還是硬發件開，這門課的思想將貫穿其中。

信號與系統 電子信息類各專業的一門極為重要的專業基礎核心課程。這門課程核心的一些基本概念和理論，對于所有工程類的專業來說也是很重要的。

微機原理與接口和匯編語言程序設計 系統地闡述微處理機的基本原理，體系結構，指令系統，匯編語言程序設計以及存儲器，輸入輸出芯片圍繞處理機構成的微計算機系統的組成原理。

2.2 專業課

數字信號處理 數字信號處理這門理論性強的課程要掌握掌握數字信號處理的基本理論、基本分析方法和基本實現方法。

可編程邏輯器件原理 本課程包含可編程邏輯器件的發展概況，復雜可編程邏輯器件（CPLD）與現場可編程門陣列（FPGA）的基本結構及工作原理。運用硬件描述語言（FPGA）進行數字電路設計的基本方法。

嵌入式系統體系結構 ARM處理器在嵌入式處理器市場占據主導位置。選用ARM處理器的實驗系統平臺較為合理，該課程的重點應放在講授某個代表性的CPU（如ARM）內部寄存器結構，匯編指令系統，中斷（異常）管理及常用的外圍接口，使學生掌握嵌入式硬件平臺設計的有關知識和技術。

計算機網絡、編譯原理、軟件工程 這3門課程是計算機類的重要課程，理論性強，對嵌入式系統的軟件開發極為重要，著重理解。

嵌入式系統設計與開發 介紹嵌入式系統設計步驟、方法，重點介紹UML在嵌入式系統設計中的應用。

嵌入式操作系統 和通用操作系統一樣，嵌入式操作系統課程的學習要深刻理解操作系統的處理機調度和內存管理，特別嵌入式系統的實時概念。

3 嵌入式行業發展現狀

嵌入式系統作為“后PC時代”的新秀，是當前最熱門最有發展前景的IT應用領域之一。我們平常用的手機、可視電話、數碼相機、攝像機、機頂盒、路由器、數控設備或儀表、醫療儀器、航天航空設備等都是嵌入式系統。

而嵌入式設備的增值很大程度上取決于嵌入式軟件，這占了嵌入式系統的最主要工作，目前國內的硬件設計力量很弱，很多嵌入式公司自己只負責開發軟件，嵌入式產品的差異很大程度在軟件上，越是智能設備越是復雜系統，軟件越起關鍵作用，而且這是目前的趨勢。

從2006到2009年，全球嵌入式軟件市場規模平均復合增長率達到30%。據預測，在未來的幾年內，嵌入式系統的發展為幾乎所有的電子設備注入了新的活力，加上迅速發展的Internet和廉價的微處理器出現，嵌入式系統將在我們的日常生活里形成一個更大的應用領域。據相關專家預測，到2012年，國內軟件市場增長幅度將達到15.8%，其中嵌入式軟件增長最快。未來國內軟件和服務產業將分別達到20%和23%的增長幅度，而嵌入式軟件部分也是增長最快的。

4 嵌入式系統課程群建設

在現有的教育體制下，高校教育都是強調打好基礎，迎接未來的社會挑戰。因此嵌入式系統很多課程都是為所謂的打基礎服務，但是這些課程學生一輩子也不一定用得上。這種現狀，目前還不可能完全改變。

因此根據市場需求分析，探索以計算機科學課程為主線和內核的嵌入式系統課程群，堅持理論教學與實踐教學并重，在實踐教學中培養學生的創新思維能力和獨立分析、解決問題的能力就成為當前嵌入式課程群建設的一個重要課題。

4.1 嵌入式系統課程群建設核心內容

我們把《C 語言程序設計》、《數據結構》、《操作系統》、《嵌入式系統原理》、《嵌入式驅動開發》以及《嵌入式應用開發》作為嵌入式系統課程群的核心內容，在授課安排上考慮知識的前后銜接，循序漸進。在大一下學期開設 《C語言程序設計》，在大二開設《數據結構》、《操作系統》，使同學們對程序設計有清晰的認識。在大三下學期開設《嵌入式系統原理》，讓學生對嵌入式系統有一個總體的認識。在大四上學期先后開設《嵌入式驅動開發》與《嵌入式應用開發》兩門課程，目標是使學生掌握嵌入式系統交叉開發的方法，能夠搭建嵌入式系統的開發平臺，熟練掌握嵌入式Linux在嵌入式系統中的應用。為了鞏固和強化學生的實踐能力，在以上兩門課程結束后，安排為期一個月的集中性實踐環節，使同學們的動手能力得到切實提高，縮短從高校畢業學生向合格嵌入式軟件研發工程師的轉變周期。

4.2 蘇州就業基地建設

高校教育的一大重要目的為企業培養符合要求的人才。因此，嵌入式課程群建設必須立足實際，作為教師必須時刻了解嵌入式行業發展的最新動態和技術發展，及時的去調整課程內容。同時教師應該去了解嵌入式企業的用人要求，由需求來指導學生，如此“對癥下藥”，才能培養出企業急需的人才。

我系派專人參加了中南六省區高校蘇州校企交流會，與長三角知名企業簽訂就業基地協議。跟蘇州眾多嵌入式企業保持業務上的聯系，對嵌入式人才需求信息十分清楚，每學期開課之前，會調研當前人才市場對嵌入式人才的需求情況，針對市場需求大的職位和要求的技能來設計開設的課程內容。同時，當課程大綱設計出來之后，會直接交給嵌入式企業的技術總監和工程師進行反饋，對大綱中不合理的地方進行改進。經過這樣的課程大綱培養出來的學生自然就受到用人單位的青睞。

4.3 師資建設

想培養嵌入式人才，必須擁有嵌入式師資，系里面為培養具有“雙師”素質教師搭建師資培養的平臺，通過培訓、企業定崗實踐、為企業提供技術服務，培養出符合專業要求的師資隊伍。目前通過與蘇州眾多嵌入式企業保持業務上的聯系，這個平臺初步建立起來了。

通過上面3項課程群建設措施，我們可以做到3點：1）是學生的學習目的非常明確，選擇這個領域的學生非常清楚他要學什么知識；2）是就業市場非常大，學生不用擔心就業問題；3）是學生有實際工作經驗的“雙師”型老師帶路。

5 結束語

嵌入式系統課程群建設是一項長期、艱難的任務，新知識更新速度明顯快于傳統學科，企業對員工的要求也在隨著市場的變化不斷變化。高校嵌入式系統課程體系的規劃與建設，必須根據市場的需求，既重視融合學科的基礎知識積累，又強調實踐性，使嵌入式系統的教學緊隨嵌入式技術浪潮的發展。

[1]徐勁松，劉鈺碧，蔣晶.應用型本科嵌入式系統課程群建設與實踐[J].企業技術開發，2009（28）:145.XU Jin-song，LIU Yu-bi，JIANG Jing.The construction and practice of application-oriented undergraduate courses of embedded system[J].Technological Development of Enterprise，2009（28）:145.

[2]孫天澤，袁文菊.嵌入式設計及Linux驅動開發指南[M].北京：電子工業出版社，2006.

[3]李耀波，杜麗敬，徐洋.高校嵌入式系統課程群規劃的探討[J].科技信息，2007（19）:59.

[3]LI Yao-bo，DU Li-jing，XU Yang.Discussion on the layout of embedded system subjects in college[J].Science&Technology Information，2007（19）:59.

[4]李慧仙.高校課程群三論[J].煤炭高等教育，2006（7）:113-115.LI Hui-xian.On the course group in universities in China[J].Mei Tan Higher Education，2006（7）:113-115.

[5]覃永新，蔡啟仲，陳文輝.嵌入式系統課程群建設的探討[J].高教論壇，2009（3）：20-21.QIN Yong-xin，CAI Qi-zhong，CHEN Wen-hui.Research of the building of embedded systems course group[J].Higher Education Forum，2009（3）：20-21.

[6]朱旭東，張健.軟件工程專業嵌入式系統方向操作系統課程群優化整合研究[J].現代計算機，2009（12）：92-93.ZHU Xu-dong，ZHANG Jian.Research on integration and optimization of the course group of operating systems for embedded system-oriented software engineering majors[J].Modern Computer，2009（12）:92-93.