《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》教學大綱

1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計（Embedded System Design I）課程代碼：3161041學分：3學時：48（其中：課程教學學時：32，實驗學時：16）先修課程：匯編語言程序設(shè)計、微機原理及接口技術(shù)I I適用專業(yè)：計算機科學與技術(shù)教材：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)基于ARM微處理器與C/OS-II實時操作系統(tǒng)，王田苗、魏洪興編著，清華大學出版社，2012年(第3版)開課學院：計算機與軟件學院一、課程性質(zhì)與課程目標（一）課程性質(zhì)本課程是一門專業(yè)主干課，設(shè)置該課程的目的是為學習嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理及方法，根據(jù)應(yīng)用要求，把相應(yīng)的計算機直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，將嵌入式軟件的知識體系和工程實踐有機結(jié)合，使學生掌

2、握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)理論、開發(fā)技術(shù)和工具，并具備嵌入式在通信、信息家電、工業(yè)控制、移動計算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域的設(shè)計、開發(fā)能力。（二）課程目標嵌入式系統(tǒng)融合了計算機軟/硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導體微電子技術(shù)。課程目標包括知識目標和能力目標，具體如下：課程目標1：使學生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學生解決計算機領(lǐng)域復雜工程問題所需專業(yè)基礎(chǔ)知識。課程目標 2：培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計能力及素養(yǎng)。課程目標3：讓學生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的方法，針對計算機領(lǐng)域復雜工程問題，培養(yǎng)學生工程實踐能力。課程目標4：讓學生掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，培養(yǎng)學生項目管理經(jīng)驗。（三）課程目標與專業(yè)畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系

3、本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中的畢業(yè)要求指標點1.4、2.2、11.1和11.3。1.畢業(yè)要求1.4：系統(tǒng)掌握計算機基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識，包括計算機硬件、軟件及系統(tǒng)等方面內(nèi)容，具備理解計算機復雜工程問題的能力，能夠運用所學知識進行計算機問題求解。2.畢業(yè)要求2.2：應(yīng)用計算機領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，能夠根據(jù)給出的實際工程案例，運用圖表等工程方法發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及分析問題。3. 畢業(yè)要求11.1：掌握技術(shù)管理、人員管理和工程管理的原理，掌握經(jīng)濟管理與決策的方法。4.畢業(yè)要求11.3：能夠在多學科環(huán)境中應(yīng)用工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，具備初步的計算機工程項目管理經(jīng)驗與能力。課程目標畢業(yè)要求指標點課程目標1課程目標

4、2課程目標3課程目標4畢業(yè)要求1.4畢業(yè)要求2.2畢業(yè)要求11.1畢業(yè)要求11.3二、課程內(nèi)容及教學要求本課程教學內(nèi)容包括：嵌入式系統(tǒng)的定義、組成；ARM7TDMI流水線；嵌入式軟硬件系統(tǒng)；ARM微處理器；C/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)；S3C2410A微處理器；嵌入式軟件應(yīng)用。本課程基本要求是：讓學生學習和掌握嵌入式系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、程序設(shè)計方法、系統(tǒng)擴展方法、應(yīng)用技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀。使學生對嵌入式系統(tǒng)的各部件的工作原理和軟件編程方法有全面的了解，掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計方法，為進一步的學習嵌入式系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。第1章嵌入式系統(tǒng)概述（一）教學內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)的概念、特點、組

5、成與分類。2.嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域以及在機電控制方面的應(yīng)用。3.嵌入式系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。（二）教學要求對嵌入式系統(tǒng)及其技術(shù)和應(yīng)用有一個全面的了解。（三）重點與難點1. 重點嵌入式系統(tǒng)的定義和組成；嵌入式系統(tǒng)的硬件；嵌入式系統(tǒng)的軟件。2. 難點嵌入式系統(tǒng)的硬件層、中間層、系統(tǒng)軟件層和應(yīng)用軟件層。第2章嵌入式系統(tǒng)的基本知識（一）教學內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)硬件、軟件知識。2.嵌入式系統(tǒng)中的選型原則和設(shè)計工具。（二）教學要求了解并掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識。（三）重點與難點1.重點嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)；嵌入式操作系統(tǒng)的選型原則。2.難點嵌入式軟件開發(fā)工具。第3章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集（一）教學內(nèi)

6、容1.ARM微處理器概述和體系結(jié)構(gòu)。2.ARM微處理器的指令系統(tǒng)和編程。3.ARM微處理器初始化分析。（二）教學要求掌握ARM微處理器的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，能夠進行簡單的程序開發(fā)。（三）重點與難點1.重點ARM中的寄存器組織；ARM處理器的運行模式和異常。2.難點C語言與匯編語言的混合編程；Boot Loader的啟動過程。第4章C/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核分析（一）教學內(nèi)容1.C/OS-II實時操作系統(tǒng)簡介與內(nèi)核結(jié)構(gòu)分析。2.C/OS-II的任務(wù)通信和同步。3.C/OS-II在S3C2410微處理器上的移植分析。（二）教學要求理解并掌握C/OS-II的工作原理以及在S3C2410微處

7、理器上的移植。（三）重點與難點1.重點任務(wù)就緒表的管理；任務(wù)之間的關(guān)系。2.難點操作系統(tǒng)的移植。第5章嵌入式系統(tǒng)硬件平臺與接口設(shè)計（一）教學內(nèi)容1.基于S3C2410A微處理器的硬件平臺體系結(jié)構(gòu)。2.存儲器系統(tǒng)設(shè)計。3.串行接口設(shè)計。4I/O接口設(shè)計。5.人機交互接口。6.嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計。7.嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試接口ARM JTAG的設(shè)計。(二) 教學要求掌握嵌入式硬件平臺的開發(fā)和調(diào)試技術(shù).（三）重點與難點1.重點3C2410A的存儲系統(tǒng)的特征；存儲器的地址引腳連接。2.難點編址方式及相應(yīng)的優(yōu)缺點；JTAG鏈的工作過程。第6章基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計（一）教學內(nèi)容基于C/OS

8、-II擴展RTOS的體系結(jié)構(gòu)，建立文件系統(tǒng)，外設(shè)及驅(qū)動程序，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，圖形用戶接口函數(shù)，系統(tǒng)的消息隊列以及其它實用的應(yīng)用程序接口函數(shù)。（二）教學要求掌握文件系統(tǒng)的建立方法，外設(shè)以及驅(qū)動程序的實現(xiàn)方法，基于Unicode漢字庫的實現(xiàn)方法，基本繪圖函數(shù)的實現(xiàn)以及其它實用API函數(shù)的使用。（三）重點與難點1重點文件系統(tǒng)的相關(guān)概念及建立。2難點編寫Unicode程序。第7章嵌入式軟件應(yīng)用程序?qū)嵗ㄒ唬┙虒W內(nèi)容1.建立基于C/OS-II的應(yīng)用程序。2.繪圖API函數(shù)。3.系統(tǒng)的消息循環(huán)和文件的使用。4.列表框、文本框控件的使用。5.系統(tǒng)的多任務(wù)和系統(tǒng)時鐘。6.UDP通信實驗和綜合舉例。（二）教學要求

9、1掌握繪圖、文件、網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)時間相關(guān)的函數(shù)的使用。2.掌握系統(tǒng)的消息循環(huán)和控件的使用方法。3.掌握同步問題的解決方法。（三）重點與難點1重點系統(tǒng)消息的循環(huán)過程。2難點嵌入式軟件的綜合開發(fā)。第8章嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)案例（一）教學內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法。2.嵌入式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)實例。3.智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計實例。（二）教學要求了解并掌握實際嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)流程。（三）重點與難點1重點嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)流程；嵌入式系統(tǒng)軟硬件劃分遵循的原則。2難點傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程。三、本課程開設(shè)的實驗項目編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標1原理圖設(shè)計（1）2設(shè)計性必做課程目標2

10、2原理圖設(shè)計（2）2設(shè)計性必做課程目標23PCB圖設(shè)計（1）2設(shè)計性必做課程目標24PCB圖設(shè)計（2）2設(shè)計性必做課程目標25uc/os-II操作系統(tǒng)移植（1）2驗證性必做課程目標36uc/os-II操作系統(tǒng)移植（2）2驗證性必做課程目標37應(yīng)用程序開發(fā)（1）2綜合性必做課程目標3，48應(yīng)用程序開發(fā)（2）2綜合性必做課程目標3，4實驗1：原理圖設(shè)計（1）1. 實驗?zāi)康募耙罄肞rotel，基于Atmega微控制器和接口芯片進行原理圖的設(shè)計。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先利用Protel；(2)基于Atmega微控制器和接口芯片的基礎(chǔ)上；(3)進行原理圖的設(shè)計。3. 重難點基于Atmega微控制

11、器和接口芯片進行原理圖的設(shè)計。實驗2. 原理圖設(shè)計（2）1. 實驗?zāi)康募耙罄肞rotel，基于Atmega微控制器和接口芯片進行原理圖的設(shè)計。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先利用Protel；(2)基于Atmega微控制器和接口芯片的基礎(chǔ)上；(3)進行原理圖的設(shè)計。3. 重難點基于Atmega微控制器和接口芯片進行原理圖的設(shè)計。實驗3：PCB圖設(shè)計（1）1. 實驗?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計好的原理圖，進行PCB版的設(shè)計。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先在基于設(shè)計好的原理圖基礎(chǔ)上(2)然后進行PCB版的設(shè)計。3.重難點進行PCB版的設(shè)計。實驗4：PCB圖設(shè)計（2）1. 實驗?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計好的原理圖，進行

12、PCB版的設(shè)計。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先在基于設(shè)計好的原理圖基礎(chǔ)上(2)然后進行PCB版的設(shè)計。3. 重難點進行PCB版的設(shè)計。實驗5：uc/os-II操作系統(tǒng)移植（1）1. 實驗?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計好的硬件電路，進行操作系統(tǒng)的移植。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先在基于設(shè)計好的硬件電路基礎(chǔ)上；(2)然后進行操作系統(tǒng)的移植。3. 重難點進行操作系統(tǒng)的移植。實驗6：uc/os-II操作系統(tǒng)移植（1）1. 實驗?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計好的硬件電路，進行操作系統(tǒng)的移植。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先在基于設(shè)計好的硬件電路基礎(chǔ)上；(2)然后進行操作系統(tǒng)的移植。3. 重難點進行操作系統(tǒng)的移植。實驗7：應(yīng)用程序開發(fā)

13、（1）1. 實驗?zāi)康募耙蠡趗c/os-II操作系統(tǒng)，利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。2. 實驗主要內(nèi)容（1）首先基于uc/os-II操作系統(tǒng)；（2）然后利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。3. 重難點利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。實驗8：應(yīng)用程序開發(fā)（1）1. 實驗?zāi)康募耙蠡趗c/os-II操作系統(tǒng)，利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。2. 實驗主要內(nèi)容(1)首先基于uc/os-II操作系統(tǒng)；(2)然后利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。3. 重難點利用C語言進行應(yīng)用程序的開發(fā)。注：本課程為專業(yè)課，授課對象為大二學生，實驗類型主要包括驗證性和設(shè)計性實驗，均需要提交實驗報告，實驗報告主要包括實驗?zāi)康?、實驗?nèi)

14、容、預(yù)習內(nèi)容、實驗步驟、算法的時間復雜度分析以及總結(jié)。實驗評價內(nèi)容和評分細則參見附錄1。四、學時分配及教學方法章教學形式及學時分配主要教學方法支撐的課程目標課堂教學實驗上機課程實踐小計第一章嵌入式系統(tǒng)概述426講授、演示、討論課程目標1第二章嵌入式系統(tǒng)的基本知識426講授、案例、實驗課程目標1第三章 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)與指令集4 26講授、討論、對比、課程目標1、2第四章C/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核分析426設(shè)計、演示、討論、課程目標1、2第五章嵌入式系統(tǒng)硬件平臺與接口設(shè)計426案例、演示、討論課程目標1、2第六章基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計426案例、演示、討論課程目標1

15、、2第七章嵌入式軟件應(yīng)用程序?qū)嵗?26案例、演示、討論課程目標3、4第八章嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)案例426案例、演示、討論課程目標3、4合計321648注：1.課程實踐學時按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格； 2.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例等教學方法）等。五、課程考核 1. 課程考核方式包括期末考試、平時作業(yè)及階段測試情況考核（其中包括筆記、大作業(yè)等）和實驗情況考核?？己诵问娇己艘罂己藱?quán)重備注平時作業(yè)及階段測試課后完成1520個習題，主要考核學生對每節(jié)課知識點的復習、理解和掌握度，計算全部作業(yè)的平均成績再按15%計入總成績；可讓學生查閱資料，了解本課程

16、相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，自主學習并完成。15%根據(jù)平時作業(yè)得分取平均值或結(jié)合平時測試情況實驗完成8個實驗，主要訓練學生應(yīng)用所學知識構(gòu)建實驗系統(tǒng)，并進行實驗的能力，最后按15%計入課程總成績。15%評分細則見附錄1期末考試試卷題型包括填空題、選擇題、簡答題、分析題和計算題5大類，以卷面成績的70%計入課程總成績。其中考核C/OS-II嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核分析、嵌入式系統(tǒng)硬件平臺與接口設(shè)計和基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)知識及應(yīng)用能力的題占90%；考核能針對個人或職業(yè)發(fā)展的需求，采用合適的方法，自主學習，適應(yīng)發(fā)展占比10%。70%期末考試采用閉卷筆試。六、參考書目及學習資料 1.馬潮，AVR

17、單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐（第二版），北京航空航天大學出版社，2012。 2. 王曉薇，嵌入式操作系統(tǒng)uc/os-II及應(yīng)用開發(fā)，清華大學出版社，2012。七、大綱說明1. 主要采用多媒體教學手段，主要知識點板書與多媒體相結(jié)合，多種教學手段綜合運用。2. 課后共需完成近20道習題作業(yè)，以評價學生對所學內(nèi)容的理解和應(yīng)用情況。建議利用網(wǎng)絡(luò)教學平臺自學相關(guān)內(nèi)容。附錄1：實驗考核方式及評分細則本實驗以考查為主，考核的內(nèi)容包括實驗過程的表現(xiàn)（其中包含分析與解決問題的能力）、實驗報告的質(zhì)量等。分析與解決問題的能力采用提問和現(xiàn)場操作的方式進行。實驗成績中出勤、預(yù)習占10%，實驗過程表現(xiàn)占60、實驗報告及思考題占30。成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細則對應(yīng)的畢業(yè)要求指標點出勤、預(yù)習