淺談嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)研究

摘 要：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是結(jié)合了軟件與硬件兩種技術(shù)的一門課程。通過對嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)狀及特點的分析來進一步研究在課程開發(fā)以及教學(xué)實踐中所存在的問題，進一步針對教學(xué)實踐存在的問題來找到解決的方法并加以改進，結(jié)合計算機科學(xué)與技術(shù)系學(xué)生特色與實驗室現(xiàn)有的實訓(xùn)設(shè)備，從整個課程內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的設(shè)計以及實驗教學(xué)等方面分別進行了教學(xué)研究及改進。經(jīng)過多次教學(xué)的實踐實踐證明，改進后的教學(xué)方法能有效解決之前所存在的問題，更好地達成理想中建設(shè)的課程目標。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)開發(fā);教學(xué)方法;教學(xué)內(nèi)容;實驗安排

嵌入式系統(tǒng)是一種計算機專用系統(tǒng)，嵌入到裝置或設(shè)備中。嵌入式系統(tǒng)的功能、開發(fā)效率以及成本、等綜合因素進一步?jīng)Q定了嵌入式設(shè)備選材的多樣化以及軟件、硬件可裁剪[1]。嵌入式系統(tǒng)的中心是應(yīng)用，基礎(chǔ)是計算機技術(shù)，適合用在應(yīng)用系統(tǒng)對于功能、可靠性、成本、體積以及功耗有嚴格要求的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)是系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似于BIOS工作方式，應(yīng)用的范圍非常廣。因此，嵌入式系統(tǒng)在教學(xué)內(nèi)容的開發(fā)以及課程的設(shè)置非常廣泛，軟件部分既包括匯編語言又包括C語言以和嵌入式Linux操作系統(tǒng)相關(guān)知識，硬件部分不僅涉及計算機原理、基礎(chǔ)硬件電路還包括接口協(xié)議等技術(shù)，因此在綜合知識和計算機編程能力上要求較高 [2]。

1 嵌入式系統(tǒng)在課程開發(fā)中的特點

1.1內(nèi)容廣泛

嵌入式系統(tǒng)所涉及到的知識比較廣泛，對于綜合性要求較高。要求學(xué)生不僅要掌握計算機相關(guān)的基礎(chǔ)知識，還要了解硬件結(jié)構(gòu)和軟件編程。包括ARM結(jié)構(gòu)、電路原理、串口協(xié)議;以及軟件方面的ARM指令、匯編、C語言以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的課程，要求學(xué)生通過了解嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和基礎(chǔ)設(shè)備驅(qū)動開發(fā)，熟悉硬件體系結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)硬件開發(fā)，來掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建，進而讓學(xué)生能夠獨立完成一個小型完整的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。

1.2 實踐性強

嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)課程的側(cè)重于時間。課程設(shè)計上以實訓(xùn)為主理論為輔，大比分的時間用在動手操作。在實際操作的過程中，學(xué)生可以加深對基礎(chǔ)理論知識的理解，并且可以提高學(xué)生的學(xué)習興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，在課堂上更容易投入到學(xué)習中。通過多次的實訓(xùn)，學(xué)生能熟悉嵌入式系統(tǒng)完整的開發(fā)流程，并在解決實際問題的同時掌握軟硬件的開發(fā)方法。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)教學(xué)內(nèi)容改革要求

2.1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

由于嵌入式系統(tǒng)要求理論與實踐相結(jié)合，所以嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)要在理論與實踐兩方面進行改革。 理論教學(xué)主要基于PC系統(tǒng)的教學(xué)，理論環(huán)節(jié)主要以進程管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)四個方向進行教學(xué)。嵌入式系統(tǒng)具有軟硬件結(jié)合的特點，設(shè)計知識面較廣，理論與實踐緊密結(jié)合。以實踐教學(xué)為主，在教學(xué)中占較重的比例，可以分為課內(nèi)實驗和課外實驗。課內(nèi)實驗的開設(shè)以理論課為主，通過理論課的講授和實驗操作讓學(xué)生對于嵌入式系統(tǒng)有基本的認識和理解，再搭配課外實驗，進一步提高學(xué)生綜合開發(fā)的能力。課外實驗學(xué)生可以采用項目的方式在我校建設(shè)的實驗室中進行完成?？梢曰贏RM芯片系統(tǒng)上開發(fā);課內(nèi)實驗要求學(xué)生獨立完成，課外實驗可以以項目組的方式完成。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)嵌入式教學(xué)內(nèi)容側(cè)重點

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個方向，而軟件開發(fā)又可細分為系統(tǒng)級軟件開發(fā)和應(yīng)用軟件開發(fā)兩個子方向。硬件開發(fā)包括ARM、存儲（如flash）、I/O（I/O控制電路、顯示模塊、通訊模塊等），系統(tǒng)級軟件開發(fā)包括Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核、I/O軟件以及設(shè)備驅(qū)動開發(fā)，應(yīng)用軟件開發(fā)包括基于Linux的應(yīng)用開發(fā)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)學(xué)生特長和發(fā)展方向，目標培養(yǎng)更偏向于嵌入式Linux系統(tǒng)軟件的開發(fā)，在授課計劃安排上以軟件為主，兼顧學(xué)習硬件基礎(chǔ)知識。主要學(xué)習匯編語言、C語言程序設(shè)計、Linux命令、側(cè)重于編程應(yīng)用。

3、教學(xué)方法改革

3.1 講授與討論相結(jié)合

在教學(xué)中，講授法是最基本的教學(xué)方法，可以通過多媒體教學(xué)來充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習積極性，與討論法相結(jié)合，在授課時突出嵌入式系統(tǒng)的特點，教師在講授了基本知識后拋出適當?shù)膯栴}，學(xué)生進行討論，在教師的指導(dǎo)下對問題進行分析和探討，并通過討論活動獲得知識。有點在于，培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)生學(xué)習的獨立性。

3.2 項目驅(qū)動式教學(xué)方法

從項目出發(fā)，合理安排課程內(nèi)容。將項目式教學(xué)引入到“嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用”得課程中，在提升學(xué)生動手操作能力的 同時提高學(xué)生的學(xué)習積極性。要求以教學(xué)工作順利進行為前提項目具有較高的實踐性，與企業(yè)的實際項目聯(lián)系緊密，教材和項目具有較好地聯(lián)系性。項目內(nèi)容必須是當前急需的主流技術(shù)。要求項目的設(shè)計能夠幫助學(xué)生自主思考，對所學(xué)理論有更深刻的理解。

4 實驗教學(xué)改革

實驗教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，通過實驗，不僅可以幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，更能夠著重培養(yǎng)學(xué)生正確使用儀器設(shè)備，進行測試、分析、綜合思考和編寫實驗報告的能力[3]。

4.1 實驗課程的內(nèi)容安排

實驗設(shè)備采用北京新大陸時代教育科技有限公司的嵌入式教學(xué)平臺NEWLab，其ARM核心模塊采用S3C2451作為CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口豐富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG調(diào)試接口，液晶屏、觸摸屏、鍵盤接口，并將SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便與外部模塊進行連接。

實驗課內(nèi)容從容易到難，從單個硬件的使用到多個硬件的綜合控制。在實驗過程中需完成工程的新建、匯編程序的編寫、C語言程序的編寫、燒寫程序并調(diào)試，最后是觀看實驗結(jié)果。通過多次試驗，學(xué)生可以初步掌握嵌入式linux系統(tǒng)中開發(fā)工具的使用以及程序編寫的一般步驟，還對基本的ARM內(nèi)GPIO端口有了更加深刻的認識。在實驗過程中，注意不斷地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情和動手實驗的興趣。鼓勵學(xué)生采用不同的程序編寫的方法去實現(xiàn)同一個實驗的功能，提高學(xué)生的編程能力，達到舉一反三的作用。

4.2 實驗教學(xué)環(huán)節(jié)改革

對實驗教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計進行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變?yōu)椤安僮鳛橹鳌钡膶嶒炚n程教學(xué)設(shè)計模式。

通過項目驅(qū)動的方式來重點關(guān)注學(xué)生對于專業(yè)知識的掌握能力以及動手解決問題的能力以及團隊協(xié)作的能力[4]。采取多樣化教學(xué)評價和考核方式，既能對學(xué)生的學(xué)習水平進行考核，也可以在過程中發(fā)現(xiàn)教學(xué)改革中存在的問題并及時更改。

5 結(jié)束語

通過以上列課程教學(xué)內(nèi)容的改革，既可以有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習的主觀能動性和學(xué)習熱情，又可以提高學(xué)生分析解決問題的能力以及動手解決問題的能力，通過理論結(jié)合實踐，更好的學(xué)會了知識的應(yīng)用。經(jīng)過專業(yè)項目訓(xùn)練的學(xué)生可以盡快的縮短在企業(yè)的磨合期，能更快的適應(yīng)企業(yè)的崗位需求，大大的縮短了學(xué)生到員工的身份轉(zhuǎn)變的時間，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻：

[1] 張立新. 計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術(shù)的開發(fā)探討[J]. 無線互聯(lián)科技， 2017（21）： 80-81.

作者簡介：

李佳琪（1996.6.11），籍貫：黑龍江省，性別：女，學(xué)歷：本科，研究方向：嵌入式系統(tǒng)開發(fā).