《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》(教案大綱)

《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱課程基本信息課程編碼：03210438課程類別：專業(yè)方向限選課學(xué)分/學(xué)時：2.5學(xué)分/48學(xué)時（理論40+實驗8）課程性質(zhì)：必修開課學(xué)期：第六學(xué)期適用專業(yè)：電子信息工程開課單位：電子與電氣工程學(xué)院先修課程：《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《C語言程序設(shè)計》、《單片微機原理及接口技術(shù)》等二、課程性質(zhì)與目標(biāo)（一）課程性質(zhì)本課程是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)必修課，是一門實踐性強，軟、硬件綜合知識多的課程，主要培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐操作能力。本課程主要學(xué)習(xí)嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境搭建和工具使用，嵌入式Linux環(huán)境下API函數(shù)的應(yīng)用程序編寫,嵌入式Linux硬件平臺（Cortex-A53）構(gòu)建和使用，系統(tǒng)內(nèi)核的裁剪和移植、圖形用戶界面編程，為應(yīng)用型本科學(xué)生今后從事Linux系統(tǒng)開發(fā)、應(yīng)用程序開發(fā)相關(guān)方面的工作奠定堅實的理論基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：理解Linux文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、make工程管理器的構(gòu)成與應(yīng)用、Linux系統(tǒng)移植、Linux文件系統(tǒng)制作、Qt圖形編程。掌握Linux操作系統(tǒng)及配置、常用命令、編輯器、gcc編譯器、gdb調(diào)試器的使用、文件I/O編程、進程控制及進程通信編程、嵌入式硬件平臺使用，能夠運用嵌入式Linux系統(tǒng)編程相關(guān)理論，對電子產(chǎn)品開發(fā)過程中關(guān)鍵參數(shù)分析判斷，提出有效解決方案。課程目標(biāo)2：掌握嵌入式Linux編程開發(fā)流程和方法，具備解決實際工程問題的實踐能力、分析解決問題能力和創(chuàng)新能力。課程目標(biāo)3：掌握Linux操作系統(tǒng)軟件的使用，具備根據(jù)用戶需求，針對信息系統(tǒng)有關(guān)實際問題，制定系統(tǒng)方案，通過查閱相關(guān)技術(shù)資料，運用Linux編程相關(guān)理論實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試與應(yīng)用的能力。課程思政目標(biāo)：引發(fā)學(xué)生對未來職業(yè)的愿景，激發(fā)學(xué)生對社會主義核心價值觀的認同；培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計的工匠精神；樹立正確的技能觀，努力提高自己的專業(yè)技能，為社會和人民造福；提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)和持續(xù)學(xué)習(xí)的意識和能力；培養(yǎng)學(xué)生誠實、守信、堅韌不拔的性格；提高學(xué)生在溝通表達、自我學(xué)習(xí)和團隊協(xié)作等方面的能力。三、課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求分指標(biāo)點的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)對畢業(yè)要求分指標(biāo)點的支撐序號課程目標(biāo)畢業(yè)要求分指標(biāo)點支撐度1課程目標(biāo)12.1：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和通信的基本原理，識別和判斷電子產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)和信息系統(tǒng)維護中有關(guān)的實際工程問題的解決方案。H2課程目標(biāo)23-1：掌握信息處理、應(yīng)用實施和集成電子設(shè)備及信息系統(tǒng)維護的設(shè)計原則、方法和流程，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素，能夠設(shè)計針對電子技術(shù)領(lǐng)域?qū)嶋H工程問題的解決方案，并能夠在設(shè)計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。L3課程目標(biāo)35-2：能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對信息處理、應(yīng)用實施和集成電子設(shè)備及信息系統(tǒng)維護中有關(guān)的實際工程問題進行分析、計算與設(shè)計。H四、教學(xué)核心內(nèi)容和學(xué)時分配（一）理論教學(xué)內(nèi)容理論教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配表序號模塊、單元或項目教學(xué)主要內(nèi)容與要求教學(xué)方法學(xué)時支撐課程目標(biāo)1緒論教學(xué)主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域；嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建和軟件安裝。教學(xué)要求了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展歷程和應(yīng)用領(lǐng)域；掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建和軟件安裝。重點與難點嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺的搭建和軟件安裝課程思政元素在講解嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷程時候，強調(diào)嵌入式技術(shù)在國家發(fā)展和國防中的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神。強調(diào)在做嵌入式項目的時候，需要培養(yǎng)嚴謹細致、精益求精的工匠精神。講授法、演示法、討論法212Linux系統(tǒng)的基本操作教學(xué)主要內(nèi)容嵌入式Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目錄、文件類型、Linux常用命令、vi編輯器的基本操作、gcc編譯器的原理和使用方法、gdb調(diào)試器的使用方法、Make工具的原理和makefile文件的編寫。教學(xué)要求了解Linux目錄結(jié)構(gòu)、文件類型；熟練使用Linux系統(tǒng)的常用命令；熟練使用vi的基本操作；熟悉gcc編譯器的基本原理，熟練使用gcc編譯器的常用選項；熟練使用gdb的調(diào)試技術(shù)；熟悉并學(xué)會配置Linux系統(tǒng)下的開發(fā)環(huán)境；熟悉Makefile基本原理及語法規(guī)范。重點與難點重點：Linux常用命令的使用和vi編輯器的使用，gdb調(diào)試器的使用。難點：gcc編譯器的使用和makefile文件的編寫。課程思政元素講解命令時，可以結(jié)合實際案例，強調(diào)命令的安全性和規(guī)范性，培養(yǎng)學(xué)生的規(guī)則意識和安全意識。講解Make工具時，可以強調(diào)自動化和效率的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的效率意識和團隊合作精神。講授法、演示法、討論法81、23文件I/O編程教學(xué)主要內(nèi)容Linux操作系統(tǒng)中的文件I/O編程，包括系統(tǒng)調(diào)用文件I/O操作和標(biāo)準(zhǔn)I/O操作兩種方式。編程內(nèi)容包含文件打開、讀寫、關(guān)閉等操作，以及文件鎖、多路復(fù)用等高級文件I/O技術(shù)。教學(xué)要求掌握系統(tǒng)調(diào)用基本概念；掌握文件描述符的概念；掌握系統(tǒng)I/O函數(shù)的使用；掌握標(biāo)準(zhǔn)文件I/O函數(shù)的使用；S5P6818相關(guān)的文件I/O操作應(yīng)用。重點與難點重點：系統(tǒng)調(diào)用和標(biāo)準(zhǔn)文件I/O的理解難點：掌握系統(tǒng)調(diào)用和標(biāo)準(zhǔn)文件I/O編程操作。課程思政元素在講解文件I/O操作時，強調(diào)數(shù)據(jù)安全的重要性，教育學(xué)生要保護用戶隱私和數(shù)據(jù)安全，遵守相關(guān)法律法規(guī)，培養(yǎng)學(xué)生的法律意識和職業(yè)道德。講授法、演示法、案例法41、2、34進程與線程教學(xué)主要內(nèi)容Linux操作系統(tǒng)中的進程控制開發(fā)，包括進程的創(chuàng)建、調(diào)度、通信和同步等。進程間通信（IPC），包括管道、消息隊列、共享內(nèi)存和信號等IPC機制，以及信號量、條件變量和互斥鎖等。多線程編程，包括線程的創(chuàng)建、同步、互斥和共享等多線程技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)編程，包括TCP/IP協(xié)議棧的基本概念和協(xié)議族的使用方法，以及socket編程接口的使用方法和網(wǎng)絡(luò)編程的高級技術(shù)等教學(xué)要求了解進程、線程、網(wǎng)絡(luò)編程的基本概念。掌握Linux下進程創(chuàng)建、掌握進程控制編程；掌握進程間通信編程（包括管道通信、消息隊列、共享內(nèi)存、信號等）；掌握線程的創(chuàng)建及使用；掌握TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)編程。重點與難點重點：進程的創(chuàng)建、線程的創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)編程的基本概念。難點：不同方式的進程間通信、獨立編寫網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)編程程序課程思政元素強調(diào)進程、線程、網(wǎng)絡(luò)編程中的系統(tǒng)性和整體性，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀角度分析問題，培養(yǎng)他們的系統(tǒng)思維和全局觀念，在學(xué)習(xí)進程與線程過程中，學(xué)生可能會遇到各種預(yù)料之外的問題，可以鼓勵學(xué)生主動解決問題，培養(yǎng)他們的自我驅(qū)動和問題解決能力。講授法、演示法、案例法101、2、35基于Cortex-A53處理器的硬件平臺教學(xué)主要內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)GEC6818硬件平臺的介紹；S5P6818芯片的GPIO控制器及其應(yīng)用；S5P6818芯片的UART控制器的使用方法;S5P6818中斷體系結(jié)構(gòu)和服務(wù)程序。教學(xué)要求了解GEC6818硬件平臺；掌握S5P6818芯片的GPIO控制器及其應(yīng)用；掌握S5P6818芯片的UART控制器的使用方法。熟悉GEC6818硬件平臺；掌握S5P6818芯片的GPIO控制器及其應(yīng)用；掌握S5P6818芯片的UART控制器的使用方法；了解S5P6818中斷體系結(jié)構(gòu)；掌握S5P6818芯片的中斷服務(wù)程序編寫。重點與難點S5P6818芯片的GPIO控制器及其應(yīng)用、UART控制器的使用方法、S5P6818芯片的中斷服務(wù)程序編寫。課程思政元素講解嵌入式系統(tǒng)的時候，結(jié)合我國自主研發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，如銀河麒麟、凝思磐石等，強調(diào)自主研發(fā)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的國家榮譽感和科技創(chuàng)新意識。講授法、演示法、案例法61、26Linux系統(tǒng)移植教學(xué)主要內(nèi)容U-Boot移植方法、S5P6818平臺的Linux內(nèi)核移植、構(gòu)建根文件系統(tǒng)、移植busybox、制作文件系統(tǒng)的方法教學(xué)要求掌握S5P6818下的U-Boot移植方法；掌握S5P6818平臺的Linux內(nèi)核移植；掌握構(gòu)建根文件系統(tǒng)、移植busybox、制作文件系統(tǒng)的方法。重點與難點U-Boot移植方法和Linux內(nèi)核移植課程思政元素Linux操作系統(tǒng)是開源軟件的典范，其發(fā)展離不開全球開發(fā)者的共同貢獻。課程過程中可以引導(dǎo)學(xué)生理解開源精神，培養(yǎng)他們參與開源社區(qū)、貢獻代碼的良好習(xí)慣。講授法、演示法61、27QT圖形編程基礎(chǔ)教學(xué)主要內(nèi)容QT圖形編程的基本概念、環(huán)境和工具。包括QT的安裝、開發(fā)環(huán)境的搭建、基本控件的使用、繪圖和事件處理。教學(xué)要求掌握Qt的安裝；掌握Qt中的信號與槽機制；理解Qt工程中的文件的作用；掌握Qt/Embedded應(yīng)用程序開發(fā)的基本流程。重點與難點信號與槽的機制、各個控件的使用；根據(jù)需要獨立思考創(chuàng)建對應(yīng)工程。課程思政元素圖形編程的最終目的是為用戶提供易于使用、直觀的界面。在授課過程中可以引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注用戶需求，培養(yǎng)他們的人文關(guān)懷和用戶導(dǎo)向思維。講授法、演示法、案例法42、3合計（40學(xué)時）40（二）實踐（實驗）教學(xué)內(nèi)容序號實踐（實驗）項目項目內(nèi)容要求類型學(xué)時支撐課程目標(biāo)1Linux開發(fā)環(huán)境使用在Ubuntu上，在/home/python目錄下，新建名為姓名學(xué)號（xxx101）的目錄，在這個目錄下新建一個名為（xxx201.c）文件，文件實現(xiàn)將自己姓名學(xué)號打印輸出（printf）；編譯xxx201.c文件為xxx201；執(zhí)行可執(zhí)行文件xxx201驗證程序是否正確；刪除xxx201；使用交叉編譯工具編譯xxx201.c文件，下載到實驗箱，執(zhí)行可執(zhí)行文件，驗證實驗箱打印輸出自己的名字加學(xué)號。必修驗證性212文件I/O編程編程實現(xiàn)顯示屏顯示控制。編寫兩個程序，一個是顏色顯示程序，實現(xiàn)顯示純顏色（比如黃色）；再編寫一個程序顯示一個寫有自己學(xué)號的圖片，圖片格式為bmp格式圖片，大小為1024*600。編譯程序，下載到實驗箱上驗證顯示屏的顯示結(jié)果。必修設(shè)計性233網(wǎng)絡(luò)編程利用socket網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)函數(shù)編寫兩個程序文件。一個是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器程序，在ubuntu上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器程序。再編寫一個網(wǎng)絡(luò)客服端程序，在實驗箱上執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)客服端程序。并且程序要能完成實驗箱向ubuntu傳送文件。必修綜合性234GPIO編程（裸機流水燈）實現(xiàn)LED燈的流水控制，編寫控制LED燈的程序，實現(xiàn)學(xué)號最后兩位%4==1→控制D7閃爍；==2→控制D8閃爍；==3→控制D9閃爍；==0→控制D10閃爍；編寫對應(yīng)的Makefile文件。編譯程序得到可執(zhí)行程序led_xx.bin文件，下載到實驗箱，驗證是否對應(yīng)的燈有閃爍。必修設(shè)計性22五、課程考核與成績評定（一）課程考核與成績評定辦法本課程采用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的評價方法，學(xué)期總評成績使用百分制評定。根據(jù)課程目標(biāo)達成要求，考核方式一般可有：學(xué)習(xí)表現(xiàn)、作業(yè)、階段性考核和終結(jié)性考核等多個形式，考核方式具體說明：（1）過程性考核：包括但不限于學(xué)習(xí)表現(xiàn)、作業(yè)、實驗、階段性考核等。（2）終結(jié)性考核：期末考試，閉卷。（3）考核比例構(gòu)成：過程性考核50%，終結(jié)性考核50％。（4）課程思政目標(biāo)達成融入過程性考核項目中?？己朔绞脚c課程目標(biāo)評價依據(jù)考核方式評價依據(jù)課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3觀測點分值過程性考核學(xué)習(xí)表現(xiàn)1046作業(yè)/作品作業(yè)122作業(yè)222作業(yè)322作業(yè)422作業(yè)522實驗實驗12.52.5實驗22.52.5實驗32.52.5實驗42.52.5階段性考核課程目標(biāo)1相關(guān)考題88課程目標(biāo)2相關(guān)考題44課程目標(biāo)3相關(guān)考題88終結(jié)性考核課程目標(biāo)1相關(guān)考題2020課程目標(biāo)2相關(guān)考題1010課程目標(biāo)3相關(guān)考題2020合計10038.520.541考核方式評分標(biāo)準(zhǔn)1.學(xué)習(xí)表現(xiàn)評分標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)表現(xiàn)根據(jù)學(xué)生平常在課堂提問、互動以及線上平臺上討論等課前、課中、課后的學(xué)習(xí)表現(xiàn)給成績。評分標(biāo)準(zhǔn)為：學(xué)習(xí)表現(xiàn)評分（采用100分制），折算10分計入總成績90-100分80-89分70-79分60-69分<60分全勤，積極回答問題、提出問題與教師互動，起到學(xué)風(fēng)帶頭作用。少量遲到請假；能配合課堂提問回答問題，主動參與課堂互動。少量曠課、遲到早退；遵守課堂紀(jì)律，能配合課堂互動。少量曠課、遲到早退；基本能回答出問題，但分析問題不全面。曠課、遲到早退，不遵守課堂紀(jì)律，不參與互動。2.作業(yè)/作品評分標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合工程實際案例設(shè)計5個作業(yè)，評分標(biāo)準(zhǔn)為：學(xué)習(xí)表現(xiàn)評分（采用100分制），折算10分計入總成績90-100分80-89分70-79分60-69分<60分按時完成作業(yè)，分析計算過程完整，結(jié)果正確，代碼編寫規(guī)范。按時完成作業(yè)，分析計算過程基本完整，結(jié)果正確，代碼編寫規(guī)范。按時完成作業(yè)，分析計算過程基本完整，結(jié)果基本正確，代碼編寫基本規(guī)范。按時完成作業(yè)，分析計算過程基本完整，結(jié)果存在少部分錯誤，代碼編寫基本規(guī)范。不能按時提交作業(yè)，分析計算過程不完整，結(jié)果存在較多錯誤，代碼編不規(guī)范。3.實踐（實驗）評分標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合重要知識點設(shè)計4個實驗項目，根據(jù)實驗表現(xiàn)和實驗報告，評分標(biāo)準(zhǔn)為：實踐（實驗）評分（采用100分制），折算10分計入總成績90-100分80-89分70-79分60-69分<60分能夠自行熟練搭建試驗箱平臺，能夠熟練編寫并編譯程序，能夠熟練下載到試驗箱，并測試結(jié)果正確，實驗報告內(nèi)容充實，編寫規(guī)范。能夠自行正確搭建試驗箱平臺，能夠正確編寫并編譯程序，能夠正確下載到試驗箱，并測試結(jié)果正確，實驗報告內(nèi)容充實，編寫規(guī)范。能夠自行正確搭建試驗箱平臺，能夠正確編寫并編譯程序，能夠正確下載到試驗箱，測試結(jié)果基本正確，實驗報告基本充實，編寫基本規(guī)范。能夠在實驗教師指導(dǎo)下正確搭建實驗環(huán)境并正確編譯程序，測試結(jié)果存在少部分錯誤，實驗報告內(nèi)容基本充實，編寫基本規(guī)范。不能夠正確搭建實驗電路，測試結(jié)果存在較多錯誤，實驗報告內(nèi)容不夠充實，編寫不規(guī)范。4.階段性考核評分標(biāo)準(zhǔn)期中考試考核方式有兩種，分別是案例設(shè)計或卷面考試進行，可根據(jù)實際情況任選一種進行考核。如果采用案例設(shè)計進行考核，按案例設(shè)計考核評分進行評分，采用百分制評分，折算20分計入總成績。如果采用卷面考試，考核按照期中考試的參考答案、評分標(biāo)準(zhǔn)進行評分，卷面分采用百分制評分，折算20分計入總成績。案例設(shè)計結(jié)合課程內(nèi)容（包括Linux基本操作、Cortex-A53處理器的硬件平臺、進程）進行案例設(shè)計考核，根據(jù)案例題目進行編程、調(diào)試及下載執(zhí)行。評分標(biāo)準(zhǔn)為：案例設(shè)計考核評分（采用100分制），折算20分計入總成績90-100分80-89分70-79分60-69分<60分對Linux系統(tǒng)操作熟練，能夠熟練地對案例任務(wù)設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)功能，設(shè)計思路清晰，結(jié)果正確。調(diào)試過程有條不紊，代碼編寫規(guī)范，答辯思路清晰，溝通和協(xié)作能力強，表達能力強，回答問題準(zhǔn)確。對Linux系統(tǒng)操作較熟練，能夠?qū)Π咐蝿?wù)設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)功能，設(shè)計思路較清晰，結(jié)果正確。代碼編寫規(guī)范。思路比較清晰，表達能力尚可，回答問題正確。對Linux系統(tǒng)操作基本熟練，基本能夠?qū)Π咐蝿?wù)設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)功能，設(shè)計思路基本清晰，結(jié)果基本正確。調(diào)試過程基本順利，代碼編寫規(guī)范，自述思路基本清晰，回答問題基本正確對Linux系統(tǒng)