《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)》教學(xué)大綱

1、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)（Embedded System Design I）課程代碼：3161041學(xué)分：3學(xué)時(shí)：48（其中：課程教學(xué)學(xué)時(shí)：32，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16）先修課程：匯編語言程序設(shè)計(jì)、微機(jī)原理及接口技術(shù)I I適用專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教材：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)基于ARM微處理器與C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，王田苗、魏洪興編著，清華大學(xué)出版社，2012年(第3版)開課學(xué)院：計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（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(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及方法，根據(jù)應(yīng)用要求，把相應(yīng)的計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中，將嵌入式軟件的知識(shí)體系和工程實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生掌

2、握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)計(jì)算設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、開發(fā)能力。（二）課程目標(biāo)嵌入式系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟/硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù)。課程目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)，具體如下：課程目標(biāo)1：使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和基本理論，培養(yǎng)學(xué)生解決計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題所需專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。課程目標(biāo) 2：培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力及素養(yǎng)。課程目標(biāo)3：讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，針對(duì)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力。課程目標(biāo)4：讓學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3、本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.4、2.2、11.1和11.3。1.畢業(yè)要求1.4：系統(tǒng)掌握計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)硬件、軟件及系統(tǒng)等方面內(nèi)容，具備理解計(jì)算機(jī)復(fù)雜工程問題的能力，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算機(jī)問題求解。2.畢業(yè)要求2.2：應(yīng)用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，能夠根據(jù)給出的實(shí)際工程案例，運(yùn)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(jì)管理與決策的方法。4.畢業(yè)要求11.3：能夠在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，具備初步的計(jì)算機(jī)工程項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)與能力。課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)

4、2課程目標(biāo)3課程目標(biāo)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(xué)要求本課程教學(xué)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(shí)時(shí)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(xué)生學(xué)習(xí)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(jì)方法、系統(tǒng)擴(kuò)展方法、應(yīng)用技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)狀。使學(xué)生對(duì)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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計(jì)方法，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)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(xué)內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、組

5、成與分類。2.嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域以及在機(jī)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(shì)。（二）教學(xué)要求對(duì)嵌入式系統(tǒng)及其技術(shù)和應(yīng)用有一個(gè)全面的了解。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1. 重點(diǎn)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(diǎn)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(shí)（一）教學(xué)內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)硬件、軟件知識(shí)。2.嵌入式系統(tǒng)中的選型原則和設(shè)計(jì)工具。（二）教學(xué)要求了解并掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)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(diǎn)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(xué)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(xué)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(jìn)行簡(jiǎn)單的程序開發(fā)。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)ARM中的寄存器組織；ARM處理器的運(yùn)行模式和異常。2.難點(diǎn)C語言與匯編語言的混合編程；Boot Loader的啟動(dòng)過程。第4章C/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核分析（一）教學(xué)內(nèi)容1.C/OS-II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)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(xué)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(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)任務(wù)就緒表的管理；任務(wù)之間的關(guān)系。2.難點(diǎn)操作系統(tǒng)的移植。第5章嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)與接口設(shè)計(jì)（一）教學(xué)內(nèi)容1.基于S3C2410A微處理器的硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)。2.存儲(chǔ)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)。3.串行接口設(shè)計(jì)。4I/O接口設(shè)計(jì)。5.人機(jī)交互接口。6.嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計(jì)。7.嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試接口ARM JTAG的設(shè)計(jì)。(二) 教學(xué)要求掌握嵌入式硬件平臺(tái)的開發(fā)和調(diào)試技術(shù).（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1.重點(diǎn)3C2410A的存儲(chǔ)系統(tǒng)的特征；存儲(chǔ)器的地址引腳連接。2.難點(diǎn)編址方式及相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)；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(jì)（一）教學(xué)內(nèi)容基于C/OS

8、-II擴(kuò)展RTOS的體系結(jié)構(gòu)，建立文件系統(tǒng)，外設(shè)及驅(qū)動(dòng)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(duì)列以及其它實(shí)用的應(yīng)用程序接口函數(shù)。（二）教學(xué)要求掌握文件系統(tǒng)的建立方法，外設(shè)以及驅(qū)動(dòng)程序的實(shí)現(xiàn)方法，基于Unicode漢字庫(kù)的實(shí)現(xiàn)方法，基本繪圖函數(shù)的實(shí)現(xiàn)以及其它實(shí)用API函數(shù)的使用。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1重點(diǎn)文件系統(tǒng)的相關(guān)概念及建立。2難點(diǎn)編寫Unicode程序。第7章嵌入式軟件應(yīng)用程序?qū)嵗ㄒ唬┙虒W(xué)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(shí)鐘。6.UDP通信實(shí)驗(yàn)和綜合舉例。（二）教學(xué)要求

9、1掌握繪圖、文件、網(wǎng)絡(luò)以及系統(tǒng)時(shí)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(diǎn)與難點(diǎn)1重點(diǎn)系統(tǒng)消息的循環(huán)過程。2難點(diǎn)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(xué)內(nèi)容1.嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2.嵌入式數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)例。3.智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例。（二）教學(xué)要求了解并掌握實(shí)際嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)流程。（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)1重點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(diǎn)傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)過程。三、本課程開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)時(shí)類型要求支撐的課程目標(biāo)1原理圖設(shè)計(jì)（1）2設(shè)計(jì)性必做課程目標(biāo)2

10、2原理圖設(shè)計(jì)（2）2設(shè)計(jì)性必做課程目標(biāo)23PCB圖設(shè)計(jì)（1）2設(shè)計(jì)性必做課程目標(biāo)24PCB圖設(shè)計(jì)（2）2設(shè)計(jì)性必做課程目標(biāo)25uc/os-II操作系統(tǒng)移植（1）2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)36uc/os-II操作系統(tǒng)移植（2）2驗(yàn)證性必做課程目標(biāo)37應(yīng)用程序開發(fā)（1）2綜合性必做課程目標(biāo)3，48應(yīng)用程序開發(fā)（2）2綜合性必做課程目標(biāo)3，4實(shí)驗(yàn)1：原理圖設(shè)計(jì)（1）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙罄肞rotel，基于Atmega微控制器和接口芯片進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。2. 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。3. 重難點(diǎn)基于Atmega微控制

11、器和接口芯片進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)2. 原理圖設(shè)計(jì)（2）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙罄肞rotel，基于Atmega微控制器和接口芯片進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。2. 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。3. 重難點(diǎn)基于Atmega微控制器和接口芯片進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)3：PCB圖設(shè)計(jì)（1）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計(jì)好的原理圖，進(jìn)行PCB版的設(shè)計(jì)。2. 實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容(1)首先在基于設(shè)計(jì)好的原理圖基礎(chǔ)上(2)然后進(jìn)行PCB版的設(shè)計(jì)。3.重難點(diǎn)進(jìn)行PCB版的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)4：PCB圖設(shè)計(jì)（2）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠡谠O(shè)計(jì)好的原理圖，進(jìn)行

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

13、（1）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠡趗c/os-II操作系統(tǒng)，利用C語言進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。2. 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。3. 重難點(diǎn)利用C語言進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。實(shí)驗(yàn)8：應(yīng)用程序開發(fā)（1）1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙蠡趗c/os-II操作系統(tǒng)，利用C語言進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。2. 實(shí)驗(yàn)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(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。3. 重難點(diǎn)利用C語言進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。注：本課程為專業(yè)課，授課對(duì)象為大二學(xué)生，實(shí)驗(yàn)類型主要包括驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，均需要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)

14、容、預(yù)習(xí)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟、算法的時(shí)間復(fù)雜度分析以及總結(jié)。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)內(nèi)容和評(píng)分細(xì)則參見附錄1。四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)上機(jī)課程實(shí)踐小計(jì)第一章嵌入式系統(tǒng)概述426講授、演示、討論課程目標(biāo)1第二章嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)426講授、案例、實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)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(duì)比、課程目標(biāo)1、2第四章C/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核分析426設(shè)計(jì)、演示、討論、課程目標(biāo)1、2第五章嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)與接口設(shè)計(jì)426案例、演示、討論課程目標(biāo)1、2第六章基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)426案例、演示、討論課程目標(biāo)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(biāo)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(biāo)3、4合計(jì)321648注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格； 2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、項(xiàng)目、案例等教學(xué)方法）等。五、課程考核 1. 課程考核方式包括期末考試、平時(shí)作業(yè)及階段測(cè)試情況考核（其中包括筆記、大作業(yè)等）和實(shí)驗(yàn)情況考核?？己诵问娇己艘罂己藱?quán)重備注平時(shí)作業(yè)及階段測(cè)試課后完成1520個(gè)習(xí)題，主要考核學(xué)生對(duì)每節(jié)課知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握度，計(jì)算全部作業(yè)的平均成績(jī)?cè)侔?5%計(jì)入總成績(jī)；可讓學(xué)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(xué)習(xí)并完成。15%根據(jù)平時(shí)作業(yè)得分取平均值或結(jié)合平時(shí)測(cè)試情況實(shí)驗(yàn)完成8個(gè)實(shí)驗(yàn)，主要訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的能力，最后按15%計(jì)入課程總成績(jī)。15%評(píng)分細(xì)則見附錄1期末考試試卷題型包括填空題、選擇題、簡(jiǎn)答題、分析題和計(jì)算題5大類，以卷面成績(jī)的70%計(jì)入課程總成績(jī)。其中考核C/OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核分析、嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)與接口設(shè)計(jì)和基于C/OS-II的軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用能力的題占90%；考核能針對(duì)個(gè)人或職業(yè)發(fā)展的需求，采用合適的方法，自主學(xué)習(xí)，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(xué)習(xí)資料 1.馬潮，AVR

17、單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐（第二版），北京航空航天大學(xué)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(xué)出版社，2012。七、大綱說明1. 主要采用多媒體教學(xué)手段，主要知識(shí)點(diǎn)板書與多媒體相結(jié)合，多種教學(xué)手段綜合運(yùn)用。2. 課后共需完成近20道習(xí)題作業(yè)，以評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解和應(yīng)用情況。建議利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)自學(xué)相關(guān)內(nèi)容。附錄1：實(shí)驗(yàn)考核方式及評(píng)分細(xì)則本實(shí)驗(yàn)以考查為主，考核的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)過程的表現(xiàn)（其中包含分析與解決問題的能力）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量等。分析與解決問題的能力采用提問和現(xiàn)場(chǎng)操作的方式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)成績(jī)中出勤、預(yù)習(xí)占10%，實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)占60、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及思考題占30。成績(jī)組成考核/評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)出勤、預(yù)習(xí)