嵌入式系统的基本原理
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嵌入式系统的基本原理范文第1篇
[关键词]ARM体系 嵌入式方向 课程设置
[中图分类号]G643 [文献标识码]A
引言
随着嵌入式系统的广泛应用，许多高等院校计算机、电子、软件等专业针对市场需求，开设了嵌入式方向相关课程，然而同嵌入式技术的飞速发展和巨大的产业需求相比，我国高等教育体系下的嵌入式方向相关课程设置存在教学知识陈旧，缺乏实践锻炼，无法适应企业的实际需要等问题，本文首先结合我校办学特色和实际教学情况，阐述了基于ARM体系的嵌入式方向课程设置与教学方案，进而探讨了农业院校应用型计算机类嵌入式方向教学过程中存在的问题，最后对存在的问题给出了一些建议，对其他地方院校应用型嵌入式系统开发人才培养将起到一定的借鉴作用。
一、计算机专业嵌入式方向培养目标与课程设置
（1）计算机专业嵌入式方向培养目标
我校计算机专业嵌入式系统方向培养整体目标是注重工程能力培养的嵌入式系统人才培养目标，尤其侧重嵌入式系统工程应用编程等软件设计开发。根据学生的接受能力以及我校的办学特色，具体嵌入式系统的学习体现层次性、渐进性、注重操作性，在教学中注重培养在农业领域中的嵌入式系统应用能力。
（2）嵌入式方向课程设置
我校于2012年购买了30套基于ARM体系的嵌入式开发实验平台设备，可实现每人一台的教学环境，其中嵌入式开发平台采用ARM11的UP-Magic6410核心开发板，所以嵌入式方向的课程设置都是围绕ARM体系展开教学内容。
嵌入式方向课程设置遵循四个“1”，即“一种主流嵌入式微处理器、一门开发语言、一种嵌入式操作系统、一套开发工具”，嵌入式微处理器采用S3C6410X（ARM11），嵌入式开发语言主要以C语言为主，其他如汇编语言、C++语言、Java语言等为辅；嵌入式操作系统采用Linux；集成开发工具以ADS为主，辅助Windows CE开发工具，这样就能达到系统学习嵌入式技术的要求。表1是我校嵌入式方向专业课设置时间和学时整体情况。
表1：专业基础及专业课设置情况
嵌入式导论课程：介绍嵌入式的主要应用领域、嵌入式软件开发的基本概念、嵌入式软件开发的基本流程和基本方法、嵌入式系统的特点。
嵌入式操作系统课程：介绍嵌入式系统基本知识，嵌入式操作系统与通用操作系统的差别。结合典型的嵌入式操作系统对操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等内容进行介绍。我校根据具体情况选择、Linux、WinCE等嵌入式操作系统进行教学。
嵌入式程序设计基础：介绍嵌入式系统体系结构、嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等。通过该课程的学习，学生了解和掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，学生能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
JAVA开发语言：介绍Java语言的体系结构、Java语言的基本概念和程序设计的基础知识、面向对象的程序设计的思路和方法。培养学生的编程能力，使学生能够运用Java语言作为完成应用程序设计。
嵌入式接口技术：介绍键盘接口、LED显示器接口、触摸屏、通信接口、中断接口、A/D和D/A转换、ARM的JTAG接口。
嵌入式高级编程：介绍Android嵌入式开发环境搭建的方法，项目结构；Android的体系结构，嵌入式软件开发流程；嵌入式特性开发，多媒体开发，数据存储开发，联网开发等开发方法，学生通过实践能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
嵌入式课程是实操性极强的课程，因此实践教学在嵌入式培养体系中占有重要的地位，既是理论讲解的验证与升华，又是培养学生创新思维和独立分析解决问题能力的重要途径。我校的嵌入式方向实践教学课程设置时间和学时大致如下表2所示。
表2：嵌入式课程实践教学设置情况
嵌入式操作系统实验内容：典型的嵌入式操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等。我校根据具体情况选择Linux嵌入式操作系统进行教学。
嵌入式程序设计基础实验内容：在现有的嵌入式开发平台上完成嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等，学生掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
JAVA开发语言实验内容： Java语言程序设计的基础知识、面向对象的程序设计的思路和方法，学生能够运用Java语言作为完成应用程序设计。
嵌入式接口技术实验内容：包括键盘接口、LED显示器接口、触摸屏、通信接口、中断接口、A/D和D/A转换、ARM的JTAG接口等实验。
嵌入式高级编程实验内容：基于Android嵌入式开发环境搭建的方法；Android嵌入式软件开发流程；嵌入式特性开发，多媒体开发，数据存储开发，联网开发等开发方法，学生通过实践能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
二、三位一体的嵌入式课程教学体系建设
我校嵌入式系统方向学习侧重嵌入式软件设计部分，实验室选用UP-Magic6410嵌入式实验开发平台，着重培养学生在该平台下进行嵌入式Linux程序开发的相关环境搭建与软件设计方法的能力。针对各模块以及物联网的应用背景，按照由浅入深，不同课程层次对应不同实验项目等原则，循序渐进，逐步提高，以满足不同阶段的教学要求，为学生提高了动手能力，为进一步的实践开发和毕业设计打下了良好的基础，因此，我们提出了三位一体的嵌入式方向课程教学体系结构，如图1所示。
图1：嵌入式方向教学体系结构
（1）基础型
基础性包括基础知识和基本技能，主要是为了满足基本的教学要求和教学目标，课程包括ARM体系的基本知识、基本技能以及基础类实验的开展。
教师在基础性课程实施时，可以根据各自的科研项目按照模块化将案例分解到各个部分，鼓励学生对实例所采用的技术和方案进行不同角度的评价，变被动知识灌输为主动探索思考，使教学理论知识与科研实践有机地结合在一起。
（2）提高型
提高型包括ARM体系基础型知识的深化和提升，包括理论知识和实践内容的进一步深化，理论知识包括嵌入式编程的设计思想和设计方法的提高，实践教学包括设计类实验，每个实验课题规定1周或更长的时间让学生动手设计开发嵌入式应用程序，在强调基础性知识掌握的同时，鼓励学生创新的综合设计。使得学生既掌握了一些具体的通用的嵌入式系统的开发方法，也能发挥主观能动性，独立设计并实现较完整的嵌入式系统，激发学习、创造热情。要求学生课外查找资料进一步地学习，引导学生进行主动性学习，对某些问题进行深入的分析研究，进而提出自己的设计思想，教师全程指导学生答疑指导工作，启发学生进行嵌入式编程，为学生提供一些解决问题的方法。
（3）综合型
综合型主要指的是依托科研项目实践来锻炼和提高学生动手能力。科研项目可以包括教师的科研项目、学生的科研项目以及依托科研项目或实践基地完成的毕业设计项目。
嵌入式方向课程授课教师可以鼓励学生参与到教师科研项目之中，如笔者主持的嵌入式系统温室环境监控系统应用项目，学生直接参与到前沿的课题和项目中去，成立了兴趣小组，将温室环境监控系统分解成若干子题目，交由各兴趣小组，模拟项目的形式实践开发，真正做到“在学中做，在做中学”，以务实的项目培养学生的实践科研能力。
近年来，北京地区大学生课外科技活动开展的力度逐年加大，笔者指导的学生主持的北京市大学生科研计划，利用嵌入式平台，对温室环境等参数检测，进而对温室大棚实现智能化控制，学生在该课题中，运用所学理论知识，系统的完成了整个项目，获得了北京市大学生科研计划成果二等奖，尤其值得一提的是，毕业的学生在担任京郊村官期间，将课题成果应用于所服务的村镇，取得了良好的效果。实践证明，鼓励学生参与课外科技活动，将会拓展学生的知识体系，并学以致用，对进一步提高学习兴趣以及培养合作精神发挥了至关重要的作用。
学生的毕业设计是所学知识的综合运用的过程，学生从事的毕业设计已经不仅仅是课程实践教学，而且还是从事科学研究的过程。为了保证提供充分的毕业设计时间，提高设计论文和专业课的学习质量，做到有的放矢，我们将毕业论文提前到第七学期安排任务，进行设计任务的前期准备及调试工作。
三、建议
（1）采取层次化的知识体系
嵌入式方向的理论知识体系体现专业基础知识、专业综合知识、专业系统知识由易到难的渐进性和层次化。
专业基础知识包括嵌入式导论、嵌入式操作系统、嵌入式程序设计基础等课程，这些课程的学习包括嵌入式系统基本概念、典型的嵌入式操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等；嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等内容。学生通过这些课程的学习目标是掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
专业综合知识包括嵌入式高级编程、通过实践课程获得的综合性知识。这些内容包括智能终端的嵌入式软件开发方法、编程开发流程；数据存储开发、联网开发等开发方法，学生通过学习能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
专业系统知识包括基于行业背景的嵌入式软件开发知识，这一层次是通过专业实习和毕业设计的环节完成的，也就是通过实践综合完成的项目后获得的知识，这不仅涵盖了符合社会需求的嵌入式方向的新知识、新技术，还包括企业的项目实施机制等无法从学校课本学习到的知识，为学生顺利走向社会工作岗位提供了重要的支持。
（2）采取多方位的实践教学体系
嵌入式系统作为实操性极强的课程，通过强化夯实基础实验、丰富实践综合教学内容，获取更多的实践项目的多方位立体化实践教学模式对培养高素质嵌入式系统人才至关重要，目前，我院嵌入式实践教学改革还处在起步阶段，今后我们将在智慧农业背景下，立足于农业院校发展特色，将嵌入式系统实验实践体系作进一步完善，重点培养学生的创新思维和独立分析解决问题能力。
针对在校学生缺少行业背景知识这一问题，需要大力开展与企业的相关合作，直接把学生派到企业进行16周的专业实习甚至12周的毕业设计，在工程实践项目选择上，应该尽量选择企业的实际项目，尽可能覆盖嵌入式领域的内容，比如嵌入式项目一般包括需求分析、硬件平台设计、软件平台设计（包括嵌入式OS的选择）、应用程序的开发与系统测试等多方面，使学生能够通过查阅一定的资料，利用所学的知识解决工程实际中的问题。学生在实践工程项目中完成毕业设计和论文，综合能力得到极大的提升，同时学生可以掌握企业项目的实施机制，为毕业后快速进入项目开发打下良好和基础，从而实现人才培养和社会需求的无缝对接。
四、结语
随着嵌入式技术的高速发展，嵌入式方向课程体系也应不断改进与之相适应。本文从ARM体系的嵌入式方向培养目标出发，提出了三位一体的课程体系结构，采取层次化理论知识和多方位的实践教学方式，使学生在学校就具备扎实的专业知识和技能，最后将学生送入实训基地做企业实际项目，为学生走向工作岗位打下良好的基础，最终达到计算机专业嵌入式方向的教学和培养目标。
[参考文献]
[1]徐欣，于红旗，卢启中."嵌入式系统设计技术"课程教学研讨[J].高等教育研究学报，2004，27（2）：59-60
[2]徐远超，张聪霞，关永.嵌入式系统专业课程教学存在的问题与思考[J].计算机教育，2009（18）：85-86.
[3]田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：1-48
[4]李岩，王小玉，孙永春.嵌入式系统教学研究[J].电气电子教学学报，2006，28（3）：45-47，90
[5]李曦，周亦男，周学海."嵌入式系统设计"系列课程建设[J].教育与现代化，2004（4）：48-51
嵌入式系统的基本原理范文第2篇
关键词：多媒体课件;嵌入式课程;实践;实验项目
嵌入式技术的应用越来越广泛，人们对嵌入式技术需求量也越来越大。但是以往的嵌入式教学平台存在着不同程度上的问题和严重的弊端。比如未能及时反映嵌入式的应用趋势，自从开发了ARM推出以后，与相对应的SOC相比较，以ARM 为主的嵌入式应用正逐渐取得优势地位逐渐取代其他产品而崭露头角。其次是不能完整的涉及整个嵌入式实验的体系。只能用于开发和演示基于WindowsCE和Linux 平台的上层应用因此，而嵌入式需要在系统内部添加新内容新形式新模块，进行教学改革培养多功能型人才以满足实验平台的不足与对人才的需求。
1 国内外嵌入式实验教学现状和趋势分析
嵌入式系统开发与传统PC机不同，开发人员需要对用户做出详细的制定，所以人员需要对嵌入式系统更加全面透彻的了解。而且嵌入式系统的形式上与PC也不尽相同。嵌入式系统的体积往往较小，开发工具也是专门制定。嵌入式开发工程特点比较明显，一个普通人必须通过实际出发开发一款简单模式很难了解开发基本过程。
嵌入式操作系统实验包括很多类型，需要根据不同的情况选择具体点操作系统。比如典型的嵌入式操作系统构成、系统移植、任务调度等等。建设嵌入式课程实验体系将指日可待。
2 嵌入式实验教学体系
2.1 实验平台建立与开发
在嵌入式实验开发建设过程中，我们主要采用广泛的校企合作模式。无论是低层还是高层，硬件还是软件，我们都是按照合理的思路，将嵌入式教学系统生命周期缩短，并进行系统详细的分析。分步骤的有层次的对内容深一步的了解。增强系统的连贯性，锻炼整体的把握能力。
着重加强嵌入式的开发，移动多媒体数字电视复合型开发。而不是那些单一独立的，较为简单的开发软件，那些都是不成体系不完整的。我们需要对整合嵌入式了解更加透彻更加深入，对其特点加以研究，对其系统研究的更加明白易懂。
2.2 设计实验平台
通过设计嵌入式开发环境linux下的应用、UC /OS -Ⅱ的应用、linux的基本应用、QT Embedded设计、嵌入式微处理器ARM 编程基础（ 指令） 实验、ARM接口编程技术与驱动程序开发、SM接口编程与驱动开发等不同实验。来适应不同层次的对软件开发与学习。通过对其他课程的理解与熟知来配合对嵌入式教学课程的设计开发与研究。
3 基于能力培养的嵌入式课程实践教学的实施
3.1 强化嵌入式硬件和软件协同开发
由于ARM嵌入式处理器型号的多样性，增加了对嵌入式裸机学习和开发的难度。多媒体课件编写为适应本院培养应用型本科层次的课程体系发展新形势的需要，在内容上更加偏重实用性，增加了多个嵌入式裸机系统设计案例，使学生在掌握基本原理知识的前提下，注重提高学生应用能力。因嵌入式硬件一些限制和一系列要求，嵌入式系统不会有固定系统模式。目前，一些公司针对于嵌入式多媒体教学平台，学生可以在教学软件和硬件平台上开发嵌入式软件。每次实验对每个具体功能来进行设计具体如中断通信AD取样驱动等等。实现每个误差不会太大，在规定的时间范围内完成。在嵌入开发技术的实践学时比较充足时，还要嵌入式实验平台上加入Linux的程序设计实验。
3.2 改进实验项目
（1）根据客户的不同实验要求，导致实验教学平台配套的实验项目工程文件不能直接采用，所以需要我们独立思考问题，完成相应软件设计开发问题，并在调试过程中积累开发经验，提高动手能力，提高自己的综合素质。
（2）减少验证性实验，增加创新性实验。在实验过程，应该提倡创新能力，以动手过程内容为主，不能以老师课堂演示为主要内容，使得学生跟着老师和自己思维走，进而发挥学生的想象力和主观能动性。
4 结束语
在培养学生的理论联系实际、实践创新能力等诸多方面起着不可替代的作用。实践是科学理论的动力所在也是技术的最基础的东西，对于每所工科大学教学媒体来说，实验教学具有特殊的重要作用与其不可代替的价值。近年来，越来越多的高校实验教学都会从各方面改革嵌入式系列课程的实践教学工作，增强了实验平台的建设，优化、改进实验过程课程的设置与分析，分层次改善学生自己素质。
参考文献：
[1]程红蓉，周世杰，秦志光.信息安全专业实验教学初探[J].实验科学与技术， 2008（5）：86-87.
嵌入式系统的基本原理范文第3篇
1嵌入式实验教学中存在的问题
嵌入式系统课程的实践性非常强,为了加强学生对嵌入式系统理论知识的认知,提高学生解决实际问题的能力和创新能力,实验教学在嵌入式课程教学中有着至关重要的作用。到目前为止,在嵌入式实验实际教学中发现了以下问题。缺乏针对性强的实验平台。嵌入式课程教学和人才培养具有高度的实践性,通常情况下,教学所用的实验平台(实验箱)是委托科教仪器公司开发的。由于教学投入不足,经常出现设备板子烧毁,讲义资料不全,实验箱不完善导致能开设的实验不多,由于部分源代码不开源等现象,所以相关实验基本上都是演示性的实验,或者与其他学科共同使用一套实验设备,没有本学科专业特色,很难实现视频采集、音视频压缩、网络传输等功能。这些因素皆不利于通信专业学生实践能力的培养。其次,缺乏灵活的实验设计及讲义。在嵌入式系统应用领域,嵌入式系统中的软件开发困难,既要考虑不同平台的差异,又要具备一定的稳定及易行性条件。以往这些类型的软件开发都是由硬件厂商包办,且提供的嵌入式系统软件解决方案五花八门。而实验设计应侧重于主流操作系统下软件的实践和创新。此外,大多数学生照着详细的实验指导书按部就班,缺乏自主创新的意识,甚至不深入思考实验现象背后的理论知识。这显然与培养学生创新性思维和能力的目的背道而驰。而实验课时少也是实践教学中亟待解决的一个问题。嵌入式系统课程对学生的专业知识要求较高,学生先要学习单片机原理及应用、C/C++程序设计、DSP原理及应用等嵌入式相关课程,等到具备了一定的实验操作和编程能力之后,在大三下半学期或大四上半学期开设嵌入式系统课程。理论性教学和实验教学交叉进行,再加上总课时的限制,使得学生自主实验时间大大减少。虽然已从原有实验课时占较少课时的状态,调整到实验课时占总课时一半的状态,课内实验还是远不能满足对学生的培养需求。
2实验教学配套设施
本研究所自主开发的嵌入式系统实验平台是一套功能完善的实验箱,选用ARM处理器+Linux操作系统的主流配置。实验箱上提供有教学系统采用的各种测试点(包括图像视频采集输入、I/O输出等),方便教学中使用示波器等测试仪器;多路数字信号源(包括四路视频输入功能);ARM开发系统功能等众多功能。此套基于双核处理器架构(双核处理器架构,是指采用一个ARM核及一个SoC图像处理核的架构芯片)的四路DVR教学实验箱,可以实现视频采集,H.264压缩,音频压缩,网络传输以及嵌入式Linux操作系统等功能,主要为高等院校通信工程类专业、电子信息类专业等高年级学生的通信专业课程设计、通信专业大型实验、毕业设计、电子设计竞赛以及研究生的数字通信实验而设计,也可供相关专业的本专科毕业班学生使用以及自学使用。此外,还配有教学资料光盘,以及分层次、系统的实验指导书。实验系统构架如图1所示。由于嵌入式系统涉及的知识广、综合性强和应用性强,且软硬件技术不断革新,这就需要授课老师具有一定的项目开发经验。而本套实验箱正是由授课老师参与研发,对于一些新进的通信类教师也开放学习与研究。在对嵌入式实验平台有个系统的认识之后,遇到突发问题也可以及时解决,这大大降低了教师的授课难度,提高了实验课效率。
3实验教学设计
结合理论教学,嵌入式系统实验的重点放在软件的开发上。充分考虑到嵌入式软件系统的结构、开发内容和方式的特殊性,从而设置多种配置方案、多层次实验项目的实验教学内容。学生边学习理论知识,边进行实验操作,设置一些基础型和模块化的实验使其对原理有更透彻的认知。当学生理论知识积累到一定的程度,可通过设置综合型的实验使学生进行系统学习与提高。此外,为了达到学生自主创新能力提高的目的,创新型实验的设置也必不可少。减少基础型实验,同时增大综合型和创新型实验的比例,并加入可选项,学生可根据自己的能力兴趣,自主制定实验内容。另外,为了适应本专业学生的培养,除了需要掌握嵌入式系统基本的方式方法之外,还在综合型实验中设置了较多通信类实验课程。这样,学生在实验过程中,由浅到深、由基础到综合地进行实践操作,符合渐进性的教学规律。为了解决课时少的问题,设置了一部分课外可操作的实验,使一部分有兴趣而不满足于课内学习设计的学生有更广阔的学习时间与空间。
3.1基础型实验基础型实验多为验证型实验,其目的是为了让学生掌握基本的理论知识以及嵌入式软件的一般开发流程,熟悉开发工具与开发环境,为之后的综合型实验和自主创新型实验做好准备。这部分实验指导书较详细,学生能够扎实地掌握嵌入式系统的基本软件开发知识。基于本实验系统设计的基础实验主要如下。ADS环境下的汇编指令实验。本实验介绍了ADS环境下用汇编语言进行编程和调试的一般流程,以及使用汇编语言实现对GM8180开发板进行初始化的方法。目的是为了让学生熟悉和掌握ADS开发环境。建立Linux虚拟机及熟悉常用命令实验。通过本实验,学生需要掌握如何在Windows系统下面搭建Linux服务器,并学会基本的Linux命令和操作。Linux交叉编译平台实验。通过在Linux下建立交叉编译平台和使用交叉编译平台编译源代码的方法,使学生熟悉和理解交叉编译的原理和概念,学会建立Linux交叉编译平台。程序下载烧写实验。本实验介绍了配置和编译BootLoader(ARMBOOT)和Linux内核的方法,从而学生可以掌握下载编译好的BootLoader(ARMBOOT)和Linux内核的方法以及建立NFS文件系统的方法。Mount挂载(nfs/usb/sd)实验。通过本实验,学生能掌握配置linux下nfs服务的方法和mount挂载usb/sd的方法。
3.2综合型实验综合性实验旨在培养学生的综合设计能力。根据之前的理论教学与基础性实验的练习,综合所学知识,具备基本的软件开发能力。这部分教学实践实行“教师逐步放手,学生动手去做”的原则,故实验指导书编写得简明扼要。为了达到综合培养的目的,既要包括多方面的知识与设计要求,又要有空间让学生自己发挥。ADS下混合编程。本实验让学生熟悉和掌握在ADS环境下C语言和汇编语言的混合编程和调试,巩固使用AXD和Mulit-ICE调试的方法。C语言程序设计与串口通信实验。通过本实验,学生可以掌握在ADS环境下的操作和JTAG的下载和调试,掌握使用C语言对GPIO端口控制。GPIO驱动实验、I2C驱动实验。在理解Linux驱动程序的结构、原理和I2C协议的原理,掌握Linux驱动程序的编程的基础上,学生能够掌握Linux动态加载驱动程序模块的方法。图像合成实验。本实验要求学生具有图像合成的知识,熟练进行实验设备的连接和调试、寄存器的设置,能够修改配置文件,深入理解图像合成的原理。MMC/SD驱动实验。在学生掌握了MMC/SD卡接口的基本原理、MMC/SD驱动的结构以及SD卡的挂载的方法和测试方法后,能够配置、编译Linux内核,在实验箱上烧写Linux内核,建立NFS文件系统,并运行测试程序进行SD卡的读写。视频网络传输实验。学生在了解了视频网络传输协议工作过程及原理之后,学会在IP网络中实现视频传输的方法。Web服务器实验、单Server多Client实验。在本实验之前,学生已经熟悉了Web服务器原理及工作过程,通过路由器将实验箱和PC机连接,编写简单的服务器代码,在PC机上运行IE浏览器,能够查看网页服务器是否运行;以及熟练开启Linux,能向多个客户端发送视频数据。远程控制视频实验。本实验要求学生理解远程控制的原理,通过本实验掌握在Windows下TCP客户端建立及通信的过程,及Linux下TCP服务器建立及通信的过程。
3.3创新型实验在嵌入式系统的应用领域里,嵌入式软件已经逐渐成为嵌入式产品设计创新和增值的关键因素,所以实验教学应侧重于软件实践和创新。理论和实践要相结合,而学生的创新能力要着重培养。针对本实验系统的可开放性,设计了一些具有创新型的实验,比如修改内核的内部代码,从而能使学生深入理解实时操作系统的一些机制,加深对理论知识的理解与巩固。再加上指导教师对实验系统原理的熟知,即使学生在操作的过程中导致实验系统瘫痪也能及时得以解决,让学生放心大胆进行实践设计。在实验课堂上,学生难免会依赖于实验设备以及教师的指导而缺乏自主思考的动力,再加上实验室开放场地和时间的限制,要在有限的时间和空间里完成自主创新设计有些困难。课程选用ARM处理器+Linux操作系统的主流配置,学生可以在课外利用PC机上的Linux进行代码编写,可行之后再利用实验箱进行验证。这样,一方面可以减少场地和时间的限制,加强学生对所学知识渗透性的认知,另一方面提高了学生自主学习能力,培养其创新能力。基于此,在课程设置上,加进了学生自主安排时间。
3.4课外实践鼓励学生参加院校级“建龙基金”、“运河杯”等课外科技立项活动。活动基金提供实验平台,而通信类学生可以根据自己的兴趣与长处设立通信网络与设备等的项目计划,申请资金设备并在导师的同意后获得实验室开放资源。此外,通过组织学生参加省级、国家级电子设计大赛及其他各种嵌入式应用型竞赛,让感兴趣、学有余力的学生得到更好的实践与创新能力锻炼的机会。
嵌入式系统的基本原理范文第4篇
关键词：嵌入式软件；体系结构；课程研究
作者简介：王小妮（1977-），女，山东威海人，北京信息科技大学理学院，讲师。（北京 100192）
基金项目：本文系北京信息科技大学“嵌入式系统及应用”课程建设项目的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0104-02
中国拥有世界最大的嵌入式技术市场，在手持仪器设备、信息家电、城市建设、工业控制、军事应用等领域，嵌入式技术无处不在。[1]数字化、智能化、网络化的趋势将使传统设备逐渐转变为嵌入式设备，因此嵌入式软件对改造和提升传统产业有重大作用。我国嵌入式软件应用规模为世界第三，在中国软件前10家企业中，嵌入式软件产品生产企业占了6家。企业对嵌入式人才需求，如软硬件设计人才、应用开发人才、综合性人才的需求也逐年增加，企业同时增加了大量嵌入式软件方面培训项目，员工工资待遇逐渐上升。华为、中兴的成功可以提供一种模式，就是发展嵌入式软件，将传统的纯硬件制造业提升为软硬件一体化的嵌入式设备制造业，这样就可以使IT制造业有较高的增加值，更强的竞争力。据有关数据表明，2006年与嵌入式软件对应的设备市场全球出货量达到14亿台，2009年达到22亿台。与之相对应的是，2006年中国嵌入式软件的市场价值是220亿元，到2010年达到550亿元。移动嵌入式产品将是未来消费电子类产品增长最快的领域之一。嵌入式技术发展趋势要求从8位单片机应用向16位、32位的嵌入式微处理器转变，并实时操作系统管理软硬件，而嵌入式操作系统则是驱动硬件系统的灵魂。因此，通过嵌入式软件增加产品的附加值无疑是最好的选择，嵌入式软件对改造和提升传统产业有着重大作用。中国工程院院士倪光南强调，我国IT行业应大力发展嵌入式软件，提升我国IT产业的核心竞争力。
对于处于高速发展时期的嵌入式技术及物联网技术时代，嵌入式软件方向课程的教学也在各大院校中开展起来。要培养适应社会需求的嵌入式技术人才，在设置嵌入式软件方向课程时，要结合市场需求，制订相应的嵌入式软件设计这门课程内容。
一、嵌入式软件概述
嵌入式软件实现嵌入式计算机系统功能的软件。嵌入式软件总体上可以划分为：嵌入式系统软件和嵌入式应用软件。嵌入式系统软件涉及操作系统的移植、裁减、驱动程序开发，和入式应用软件涉及视频图像、语音、网络等。从运行平台来分，嵌入式软件可以分为运行在开发平台上的软件和运行在嵌入式系统上的软件。运行在开发平台上的软件包括设计、开发、测试工具等。运行在嵌入式系统上的软件包括嵌入式操作系统、应用程序、驱动程序及部分开发工具。[2]从使用工具角度来分，嵌入式软件可以分为系统软件、支撑软件和应用软件，如图1所示。
其中：系统软件：控制、管理计算机系统的资源；支撑软件：辅助软件开发的工具；应用软件：面向应用领域。嵌入式软件系统的体系结构如图2所示：
驱动程序层：是直接与硬件打交道的一层，它对操作系统和应用提供所需的驱动支持。操作系统层：是提高计算机利用率的程序代码，能协调管理计算机软件和硬件资源。汇编语言层：操作系统引导程序对硬件设备进行访问的代码要用汇编语言完成。汇编语言可用于系统的低层软件、加密解密软件、分析和防治计算机病毒等。高级语言层：用C/C++或JAVA语言进行编程实现应用功能，也可以直接使用中间件软件程实现应用功能。应用层：由多个任务组成，每个应用任务完成特定的工作，如I/O任务、计算的任务、通信任务等，由操作系统调度各个任务的运行。[3]
二、嵌入式软件设计课程研究
嵌入式软件设计这门课程可以设计为80课时，其中20课时讲解嵌入式驱动程序设计，20课时讲解ARM体系结构与编程，40课时讲解嵌入式Linux设计。
1.嵌入式驱动程序设计
设备驱动程序是介于硬件和OS内核之间的软件接口，是一种低级的、专用于某一硬件的软件组件。
（1）串行口驱动设计：要熟悉串口通讯原理（包括设置字符的格式、波特率、校验位），查阅ARM串口寄存器文档（包括控制、状态和数据寄存器），查阅电平转换芯片资料（max3232），设计串口硬件电路图，完成串口驱动程序的设计（包括串口寄存器初始化，发送接收函数等）。
（2）键盘驱动设计：学习键盘驱动原理（确定是否有键按下；确定是哪一个键或哪几个键被按下；确定被按键的输入代码；消除按键抖动干扰等），掌握通过CPU的I/O扩展键盘的方法，设计键盘接口电路图，实现4×4的键盘，编程实现键盘的驱动。
（3）A/D接口驱动程序设计：学习ARM 本身自带的A/D 控制器及相应寄存器；掌握A/D转换的基本原理（包括采样、保持、量化和编码）；熟悉A/D转换器的类型（包括逐位比较型、积分型、计数型、并行比较型、电压-频率型等类型）；编程实现ARM 系统的A/D 功能。
嵌入式系统的基本原理范文第5篇
本文介绍了一种接口信号采集与显示系统。该系统主要由数据采集模块和嵌入式控制模块组成。针对接口信号的不确定性，数据采集模块利用自控增益控制技术，调节信号量程，实现了对多种信号的采集与缓存。为了便于小型化与稳定性，嵌入式控制模块采用AMR芯片作为核心模块，完成了对采集系统的控制和基本信号处理，并实现实时信号显示。最后的实验表明，本文系统对不确定接口信号采集精度较高，系统稳定性较好。
【关键词】信号采集 嵌入式系统 FPGA
数据采集、存储是数字信号处理过程中非常重要的环节，已经广泛应用于雷达、测试、系统无损检测等多个领域。在装备保障上，通过对预留测试接口的信号采集、分析，可以对装备工作状态作出快速判断，以致更快的确定装备故障部位，为装备的快速维修提供了有力保障。为满足该需求，特设计研制了便携式的信号采集与显示系统。
1 系统组成
系统组成如图1所示。
本系统分为基于FPGA的信号采集模块和嵌入式控制模块。对于信号采集部分，主要由FPGA控制完成数据的采集与存储，其基本程序内容包括：系统各时钟、AD采集控制、特殊信号采集控制、数字信号采集控制、SRAM控制、控制系统核心、与嵌入式系统接口等。嵌入式系统控制模块采用基于ARM9的架构。以ARM9为核心，搭建嵌入式系统的硬件平台。在此平台之上，移植了嵌入式Linux操作系统，并使用基于嵌入式Linux操作系统的嵌入式QT作为图形开发工具。最终实现对采集模块的控制和数据基本信号处理及显示任务。
2 具体实现
2.1 FPGA固件设计
FPGA固件程序使用Verilog DHL语言编写，用于配置FPGA。配置后的FPGA相当于一个小型的控制系统，接收采集电路的各种信号，并根据从嵌入式控制模块接收的控制指令，给予采集电路相应的控制信号，完成各种采集功能，将采集数据存储于外接的大容量SRAM中。为了实现这些功能，程序包括以下模块：采集电路的数字部分各模块、系统各时钟模块、AD采集控制模块、长周期窄脉冲信号采集控制模块、数字信号采集控制模块、SRAM控制模块、控制系统核心模块、与嵌入式系统接口模块等。各个模块之间的关系如图2所示。
2.2 采集系统硬件部分
采集系统的硬件部分可以按照被测信号类型分为模拟信号AD转换部分，长周期窄脉冲的特殊信号相位控制部分和普通数字信号并行采集缓冲部分和FPGA采集控制四个部分。
同时硬件系统也可以按照电路功能进行分类，分为自动量程控制部分，AD信号采集部分，特殊信号采集部分，数字信号缓冲部分，FPGA控制部分和电源部分等六个部分，如图3所示。
自动量程控制可以在保证输入电阻足够大的情况下，根据输入电压的范围自动调整量程范围，从而适应各种电压范围的输入信号。由于测试接口信号电平的不确定性，要实现对小到几V，大到200V的信号都能检测，由于AD精度一定且跟信号占量程的大小直接相关，且AD输入信号范围为-10～10V，为了在任何情输入信号的情况下都能保证测试信号进入AD时不会超过AD输入范围，并且保证足够的转换精度，需要对输入信号进行预处理，包括信号的衰减或放大。其电路组成分为降压跟随器，电压比较器，过压判定，输入保护、继电器、电阻分压网络，延时开关等六个部分。
AD转换模块主要完成对模拟信号的模数转换。其采用AD7665芯片，主要参数为：采集速率：570kSPS；分辨率：16bit；输入信号范围：±10V；供电：单+5V电源供电；输出方式：串行（SPI）、并行；数字部分输出电压：5V/3V。
特殊信号处理基本原理就是设置一个计数器在第一个脉冲上升沿到达时开始计数，并在脉冲下降沿到来的时刻将计数器的数值置入寄存器，等待SPI发送。这样，就可以计算各个脉冲之间的计数差，由于计数所使用高频时钟的频率已知，就可以计算出时间差，在通过标志位判断各个脉冲计数值属于哪个通道就可以计算出各通道的周期，和两个通道之间的相位差。
数字信号存储，采用74LS16244芯片，完成对采集数据的存储。
模块供电：电源电路采用 220V50Hz的交流电输入，经过一级变压整流和斩波得到+15V和-15V两种直流电，两路电源分别经过四个电源模块：KA7805，KA7905，KA7812和KA7912来获得+5V、-5V、+12V、-12V四种直流电源供各模块使用。
2.3 嵌入式系统及应用程序
嵌入式系统主要完成采集控制、数据前期处理和回显功能，通过与FPGA的接口，嵌入式系统对采集电路起到控制作用，并能接受采集到的数据进行存储、预处理和回显，界面交互性很好。
嵌入式系统选用了三星公司的ARM920T系列的微处理S3C2440AL-40作为处理核心。ARM920T系列微处理器是ARM9TDMI通用微处理器家族的成员之一，内部带有全性能的MMU，具有高性能、低功耗、接口丰富和体积小能优良特性。
为了减少开发周期，选择使用一款相应的ARM嵌入式系统平台，这样嵌入式系统部分的开发工作就可以集中在应用软件的开发上，而不用再去设计、制作ARM的硬件电路。经过比较，最后选择了扬创科技有限公司的YC2440-SBC嵌入式系统平台。该套装包括一块YC2440-SBC板和一块7寸TFT真彩液晶屏（带触摸）及其驱动电路，如图4所示。
软件开发平台选用嵌入式Linux操作系统，在应用程序开发上分为主程序、开机画面类和主应用窗口类三大部分。主程序主要完成程序的启动、开机画面类对象的执行和主应用窗口类对象的执行功能；开机画面类主要用于在程序启动后显示开机欢迎画面；主应用窗口类用于实现程序的应用功能。其类成员函数又分为构建函数族（主要是界面）、采集函数族、数据处理函数族、数据显示函数族、串行通信函数族。五个函数族中的函数协同完成数据的采集、存储、处理和显示等功能。一次采集过程的简要流程如图5所示。
3 验结果
本系统针对某装备62路信号接口成功的进行了信号采集。图6为33-48路信号的采集波形。实验验证表明表明采集的信号准确，完全满足设计的指标要求，能做到连续快速的多接口信号采集，对采集的信号可以存储并在显示器上显示出来。
4 结论
本系统采集功能完善，已对某型装备的测试接口进行了信号采集。实验表明本系统能够做到大容量高速连续采集，而且稳定可靠，测得的数据准确，为某型装备保障提供了依据。
参考文献
[1]李保刚，马登武.FPGA在多路数据采集系统中的应用研究[J].计算机测量与控制，2012，20（04）：1138-1141.
[2]徐英慧，马忠梅，王磊.ARM9嵌入式系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
作者简介
杨光（1979-），男，江苏省宿迁市人。大学本科学历。现为92721部队高级工程师。研究方向为装备信号检测。
嵌入式系统的基本原理范文第6篇
1.1GPRS基本原理
GPRS是英文GeneralPacketRadioService的缩写，即通用分组无线服务。GPRS是一种基于Packet-Switched思想衍生出来的一种无线传输模式。Packet-Switched的工作原理如下：将众多数据分块打包，在被需要的时候这些被打包的数据可以像包裹运输一样被传输到目标地。利用这种数据运输方式在很大程度上节约了频宽。其主要原因是：“包裹”被运输出去的时候频宽才会被占用，同时数据被“打包”以后，“包裹”的数量可以在传输过程中被统计，我们可以根据“包裹”的数量进行计费。对于用户来说，以数据“包裹”数量进行计费的这种方式不仅更加的直观，而且更加合理。与传统Internet在大多数时间将宽屏闲置相比，GPRS对频宽进行了更为有效的利用。同时，GPRS拥有自己的错误保护模式。GPRS拥有四种不同的编码方式，能够分别或同时提供四种不同的错误保护方式。GPRS以路由作为载体展开工作，它的数据传输过程分为以下三种：接收、发送以及漫游。目前，GPRS在GSM网络的基准对自身的网络构架进行建立。
1.2GPRS的发展
早在1993年GPRS的概念被提出。到了1997年，关于GPRS的第一阶段协议出台。知道现在，GPRS协议以惊人的速度不断更新。2000年SMG被推出，在新的协议中匿名接入功能不再被体现。当前，除了包含新出台的协议以外，GPRS协议依旧对原有的部分协议进行适当的修改。通过在原有的GSM网络基础之上增加部分功能实体，GSM－GPRS完成了分组数据的功能，这一新增功能实体构成了我们现在熟知的GSM－GPRS网络。当前GPRS新增的功能实体如下：网关GPRS支持节点GGSN、点对多点数据服务中心、服务GPRS支持节点SGSN等等。GPRS对数据通信技术进行了大规模的借鉴，其中包含TCP/IP帧中继、X.75、路由器、X.25、防火墙、接入网服务器等等。
2GPRS技术的组成
2.1GPRS网络构成
GPRS网络的出现使得大众熟知了分组传输和分组交换这两个概念。这两个概念的引入在网络体系上加强了GSM网络对于数据业务的支持功能。GPRS网络的实质是叠加在现有GSM网络基础之上的另一网络。在原有GSM网络基础之上，GPRS网络增加了GGSN（网关GPRS支持节点）以及SGSN（服务GPRS支持节点）等功能实体。在BSS系统上，GPRS在对软硬件进行一系列更新的基础上与GSM网络共用。与此同时，为了区别于GSM网络GPRS网络对各实体接口作相应界定。此外，移动台增加了对GPRS业务的支持。GPRS对GGSN与PSPDN之间的互联提供支持的同时，对接口协议的要求不再唯一，可以是X.75或是X.25，此外，GPRS还支持与IP网络之间的直接互联。
2.2GPRS技术组成
目前，GPRS网络依靠现有的GSM网络设施完成自身的组建工作。也就是说，与GSM网络相比，GPRS网络增加了若干个类似于GGSN的网关支持节点。GSN能够和众多数据网络产生连接，具备管理可移动数据的功能，此外也能够和GPRS数据储存器产生连接，并能够取代终端信息数据处理之间的转化和运输。在GPRS网络中，SGSN扮演定位的角色，对用户端地址信息进行实时记录，并对移动位置数据进行后续推送。GGSN通常以以路由器的形式在网络中出现，实现与不同类型网络之间的连接，例如LAN等等。
3GPRS技术在嵌入式系统中的应用
GPRS是一种基于当前GSM网络基础建立起来“打包”式数据传输业务。本节就GPRS技术在嵌入式系统中的应用做介绍。
3.1嵌入式水文数据监测系统
水文数据包括以下几个子项目：水的流量、流速、水位高度等等。对于水文数据的实时测报以及预报工作可以在很到程度上对洪涝灾害进行较为有效的预警。当前，我国水文监测站设置较为分散，且分布广泛，所处环境恶劣。GPRS网络具有传输特性好、覆盖率高、建设成本低、通讯费用低、实时性强等特点,利用GPRS网络对水文数据进行传送已经成为当前水文数据传送的主要通信方式。GPRS技术在嵌入式水文数据监测系统中的使用在很大程度上满足了水文仪表智能化的需求。嵌入式水文数据监测系统主要由GPRS网络、监测中心以及监测站共同组成。监测站一般安装在河流、水库的指定地点，以野外无人值守的方式进行工作；通过GPRS网络，监测中心与监测站保持实时数据交换；通过GPRS网络，监测站监测到的数据实时传送到数据中心,并接收和执行监测中心发出的指令。
3.2嵌入式居民三表系统
嵌入式系统具有运行稳定、功能强大、价格低廉等特点，在工业以及商业领域被广泛应用。嵌入式居民三表系统将GPRS技术与嵌入式系统融合，实现了小区“三表”数据的实时远传传输，创建了一个可靠的系统平台。嵌入式居民三表系统外接GPRSModem，通过GPRS技术对数据传输。GPRS技术具有高速传输（目前可达到40kb/s）、永远在线、流量计费的有点，其余嵌入式系统的结合为居民三表数据的传输创建了稳定、高速且价格低廉的数据传输通道。
4GPRS运用于嵌入式系统当中时存在的问题
随着通信技术的不断革新，GPRS在嵌入式系统中的应用也快速的更新换代。这期间，由于缺少TCP/IP协议栈不断暴露出GPRS在嵌入式系统应用过程中的限制性缺陷。客户需要自己提供支持，也就是说，客户需要在现有的GPRS模块中安装上TCP。对于客户来说，这一安装工作内容复杂且繁琐，工作量已经超过了GPRS应用本身。所以，一种更为实用方便的GPRS通讯技术急需被开发。其开发重点应该集中在TCP协议栈的开发上，同时以简单实用的接口设计作为开发宗旨。改进以往复杂、繁琐的GPRS模块接口方式，用一种更加简单的AT和新型的接口命令交换界面。本人认为，在外接一个无线模块的情况下，经过简化的IP协议软件与内嵌式系统的结合能够很好的对互联网协议进行处理，同时也可以转变为服务器的协助处理器，让系统与服务器之间的直接连接成为事实。
5对GPRS技术应用到嵌入式系统的展望
当前，我国大部分三甲医院所用到医疗设备、监控设备以及药品库存都应用到了计算机。通过GPRS系统的使用可以建立一个有效的小范围局域网，这样一来医务人员便可方便查看自己责任那区域内的特定病房。同时，医护人员可以利用PDA或是笔记本等电子设备对病人的病情数据进行实时记录与处理。同时实现医护人员之间的远程沟通。除了医院，生产性质的工厂也能运用到GPRS技术。当前，普通的工厂无法利用计算机电缆的对货物进行实时检修。同时，在产品的改进、工程的设计方面也无法做到与合作关联单位的无障碍无延时联系。若是在普通工厂引入GPRS局域网技术，以上问题便可引刃而解，工作人员可以随时随地抓取目标信息，同时完成迅速且准确的传递。这在很大程度上提高了工厂生产效率。除了以上的两个例子外，GPRS技术同样可以应用到旅游、金融、教育、科研等等领域中去，其发展前景广阔无比。
6结束语
嵌入式系统的基本原理范文第7篇
关键词：智慧农业 嵌入式系统 体系建设
中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（a）-0141-02
随着计算机信息技术的发展，我国传统农业正在加快向现代农业转型，而智慧农业将成为现代农业未来发展的趋势。智慧农业将农业看成一个有机联系的系统，依托嵌入式技术、感知技术、互联互通技术、智能化技术等综合、全面、系统地应用到农业系统的各个环节，使得农业系统的运转智能化、多功能，大力推进农业科技创新。
智慧农业所涉及的关键技术包括嵌入式技术、检测技术、通信技术等。嵌入式是当前发展最快、应用最广、最有发展前景的信息技术应用领域之一。目前，许多高等院校的计算机、电子、软件等专业针对市场需求，开设了嵌入式系统相关课程，也在逐步完善适应社会需求的嵌入式系统的教学体系。本文基于智慧农业背景，结合都市型现代农业开设嵌入式课程的经验，对农林院校嵌入式课程教学改革进行了探讨。
1 智慧农业物联网嵌入式系统
智慧农业是最近兴起的一个概念，出现的时间很短，目前还没有一个公认的定义。中国农业大学李道亮教授认为： 智慧农业是以最高效率地利用各种农业资源，最大限度地降低农业成本和能耗、减少农业生态环境破坏以及实现农业系统的整体最优为目标，以农业全产业、全过程智能化的泛在化为特征，以全面感知、可靠传输和智能处理等物联网技术为支撑和手段，以自动化生产、最优化控制、智能化管理、系统化物流和电子化交易为主要生产方式的高产、高效、低耗、优质、生态和安全的一种现代农业发展模式与形态。
要建设智慧农业，就要依托物联网等先进的科学技术。物联网（The Internet of Things，简称IOT）的概念是在1999年提出的，2005年国际电信联盟（ITU）的ITU互联网报告，对物联网做了如下定义：通过二维码识读设备、射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统和激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
智慧农业物联网唯一的物联源头是嵌入式系统。随着嵌入式系统的各个领域应用需求的多样化，嵌入式技术已成为当今电子技术发展的主流。
本文基于嵌入式技术，针对农林院校计算机专业嵌入式系统方向课程体系的特点， 通过一系列教学尝试，对计算机专业嵌入式系统方向的课程体系建设进行了一些探索，使学生在保证专业原有课程的基础上，根据专业方向的不同，侧重点有所差别，将智慧农业贯彻课程体系始终，使学生在软件和硬件设计方面都得到很好的锻炼，最终为都市型现代农业培养全方位的信息技术人才。
2 嵌入式课程体系建设
（1）我校计算机专业嵌入式系统方向培养和教学目标。
我校计算机专业嵌入式系统方向培养目标培养侧重嵌入式软件设计开发的嵌入式系统开发人员。根据学生的接受能力，嵌入式系统的学习体现层次性、渐进性、注重实践性，尤其侧重培养在农业领域中的嵌入式系统应用能力。（图1）
嵌入式系统课程体系的设置体现“注重工程能力培养的嵌入式系统人才知识体系”，学习侧重嵌入式软件设计部分。嵌入式系统教学体系教学目标是掌握四个“1”，即“一种主流嵌入式微处理器、一门开发语言、一种嵌入式操作系统、一套开发工具”，嵌入式开发语言主要有汇编语言、C和C++语言、Java语言等；嵌入式操作系统主要有Windows CE、Linux等；集成开发工具主要有Windows CE开发工具、ADS等。
（2）嵌入式系统课程体系。
北京农学院计算机与信息工程学院自2011年设置了计算机专业嵌入式系统方向，根据自由选择的原则在大学三年级实施特定方向培养，同期购买了30套嵌入式开发实验平台设备，可实现每人一台的教学环境。
嵌入式系统课程体系大致可分为：基础课程、专业基础课以及专业课。
基础课程在大学一、二年级开设，主要学习理工科的一些基础课程，如高等数学等。
专业基础以及专业课的开设时间以及内容如表1所示。需要特别说明的是根据我校“3+1”本科人才培养模式，大学前六个学期完成的是课内学习，旨在掌握较宽厚的基础知识和扎实的专业知识，最后一学年有计划地到校内外实调基地进行为期一年的实践和实训，所以第七学期和第八学期是专业实习和毕业设计实习环节。
嵌入式导论课程：介绍嵌入式的主要应用领域、嵌入式软件开发的基本概念、嵌入式软件开发的基本流程和基本方法、嵌入式系统的特点。
嵌入式操作系统课程：介绍嵌入式系统基本知识，嵌入式操作系统与通用操作系统的差别。结合典型的嵌入式操作系统对操作系统的基本构成、工作机制、系统移植剪裁和实时任务调度等内容进行介绍。我校根据具体情况选择、Linux、WinCE等嵌入式操作系统进行教学。
嵌入式程序设计基础：介绍嵌入式系统体系结构、嵌入式系统设计的基本方法、软件编程及设备接口和驱动等。通过该课程的学习，学生了解和掌握必要的嵌入式系统设计方法学的概念、方法和工具嵌入式程序设计基础，掌握嵌入式系统的基本原理与设计开发思想，学生能完成简单的嵌入式系统的软硬件设计。
JAVA开发语言：介绍Java语言的体系结构、Java语言的基本概念和程序设计的基础知识、面向对象的程序设计的思路和方法。培养学生的编程能力，使学生能够运用Java语言作为完成应用程序设计。
嵌入式接口技术：介绍键盘接口、LED显示器接口、触摸屏、通信接口、中断接口、A/D和D/A转换、ARM的JTAG接口。
嵌入式高级编程：介绍Android嵌入式开发环境搭建的方法，项目结构；Android的体系结构，嵌入式软件开发流程；嵌入式特性开发，多媒体开发，数据存储开发，联网开发等开发方法，学生通过实践能达到独立完成开发单机、网络嵌入式软件的能力。
3 嵌入式课程实践教学
（1）层次化实验实践教学。
实验室选用UP-Magic6410嵌入式实验开发平台，着重培养学生在该平台下进行嵌入式Linux程序开发的相关环境搭建与软件设计方法的能力。针对各模块以及嵌入式系统的应用背景，按照由浅入深，不同课程层次对应不同实验项目等原则，组织设计了三个层次的实验，循序渐进，逐步提高，以满足不同阶段的实验和实践需求，分别为涉及嵌入式导论的基础性实验、涉及嵌入式程序设计基础的实操性实验、设计嵌入式高级编程的提高性实验。基础性实验多以理论验证为主，在于学习方法；综合性实验和提高性实验则多以应用为主，在于提高能力。三个层次的实验教学内容，为学生提高了动手能力，进一步的实践开发和毕业设计打下了良好的基础。
（2）通过项目案例，强化实践教学。
首先，依托教师实际的科研或工程项目，教师在实验课程实施时，可以按照模块化将案例的分解到各个部分，鼓励学生对实例所采用的技术和方案进行不同角度的评价，变被动知识灌输为主动探索思考，使教学理论知识与科研实践有机地结合在一起。
其次，在设计综合课程设计等综合性实验时，结合教师实际的科研或工程项目，在强调基础性知识掌握的同时，鼓励学生创新的综合设计。使得学生既掌握了一些具体的通用的嵌入式系统的开发方法，也能发挥主观能动性，独立设计并实现较完整的嵌入式系统，激发学习、创造热情。在课程设计综合实验中，考虑到学生水平差异，按照“自由组合、自主选题”的原则，要求学生课外查找资料进一步地学习，引导学生进行主动性学习，对某些问题进行深入的分析研究，进而提出自己的设计思想，此环节中设计思想的原创性也将作为课程考核的重要内容。
（3）鼓励学生参与科研项目，注重培养创新能力。
通过项目实践来锻炼和提高学生动手能力是非常重要的。我校实行导师制指导学生，在参与教师科研项目的过程中，本科生导师负责学生在整个科研期间从理论到具体操作的各个环节的指导工作，加强了指导力度。
学生在家禽食品安全追溯系统的嵌入式系统应用项目中，教师组织学有余力的同学成立兴趣小组，直接参与到前沿的课题和项目中去，将食品安全追溯系统按照生产链的六个环节分解成若干子题目，交由各兴趣小组，模拟项目的形式实践开发，真正做到“在学中做，在做中学”，以务实的项目培养学生的实践科研能力。
（4）鼓励学生积极参与课外科技活动。
近年来，高等院校加大了学生的课外科技活动开展的力度，笔者指导的学生参与了北京市大学生科研计划，利用嵌入式平台，对温室环境等参数检测，进而对温室大棚实现智能化控制，学生在该课题中，运用所学理论知识，系统的完成了整个项目，获得了北京市大学生科研计划成果二等奖，尤其值得一提的是，毕业的学生在担任京郊村官期间，将课题成果应用于所服务的村镇，取得了良好的效果。实践证明，鼓励学生参与课外科技活动，将会拓展学生的知识体系，并学以致用，对进一步提高学习兴趣以及培养合作精神发挥了至关重要的作用。
（5）做好毕业设计及毕业实习
我校实行的是采取“3+1”人才培养模式。以往学生在第八学期进行毕业论文和实习，部分学生在校内机房根据教师给出的题目完成毕业实习和设计论文，学生如果不走出去。就无法完成理论与实践的有机结合，部分同学虽然通过实习单位的学习完成毕业论文，但是毕业设计和论文的时间和质量也难以保证。因此，我们将毕业论文提前到第七学期安排任务，进行设计、论文的前期准备及调试工作，既可以保证充分的毕业设计时间又可以提高学生专业课的学习兴趣和主动性，做到有的放矢.提高设计.论文和专业课的学习质量。
针对在校学生缺少行业背景知识这一缺点，在教学中大力开展了与企业的合作，直接把学生派到相关企业进行实习和毕业设计，使得培养的嵌入式人才能够适应企业的需要，目前我院已经建立了中软、中国农业科学院信息所等校外实习基地，并签订了相关的实习协议。一方面学生在实践工程项目中完成毕业设计和论文，综合能力得到极大的提升，另一方面用人单位在与学校合作办学的过程中也为自己培养了急需的技术人才，实行了定单式培养，最终构筑高校.学生和企业获利的共赢平台，从而实现人才培养和社会需求的无缝对接。从以往经验来看，选择嵌入式系统开发课题并能按时保质保量完成课题的的学生知识面更广，就业面更宽，既可以从事软件开发，也可以适应硬件的开发工作。
4 结语
嵌入式系统作为应用性极强的课程，其教学体系建设是一项复杂而艰巨的任务，包括完整的课程设置体系结构、不断的丰富实践教学内容，获取更多的实践项目等内容。随着嵌入式在现代农业应用的迅猛发展，如何真正立足于农业院校发展特色，培养高素质嵌入式系统农业信息化人才，将是我们今后教学的方向和努力目标。
参考文献
[1] 李道亮.物联网与智慧农业[J].农业工程，2012（1）：1-7.
[2] 朱仲英.传感网与物联网的进展与趋势[J].微型电脑应用，2010（1）：1-3.
[3] 柳翔.嵌入式软件工程人才培养的探索与实践[J].计算机教育，2005，11：55-57.
[4] 马忠梅.嵌入式系统教学模式探讨[J].单片机与嵌入式系统应用，2008（11）：5-8.
[5] 李岩，孙玉，孙丞春.嵌入式系统教学研究[J].电气电子教学学报，2006，（3）：45.
嵌入式系统的基本原理范文第8篇
论文摘要：针对电子电信类专业的特点，制定了各个教学阶段第二课堂活动的基本内容和实施方法，方便了指导教师从事第二课堂的指导活动；在各个教学阶段实施第二课堂教学实践活动，培养学生的创新能力。通过第二课堂实践，我校电子电信类专业的学生对专业课的学习兴趣不断增加，学生的创新显著提高。
第二课堂活动是指在完成专业人才培养方案中的课程和实践环节之外，结合所学知识，在教师指导之下利用业余时问进行的科研和实践活动。为提高学生的综合素质和创新能力，促进学生个性发展，山东工商学院(以下简称“我校”)从2002年开始实施第二课堂与创新学分学校文件规定，实行学分制的本科学生在校期间必须取得第二课堂学分5分，否则不能毕业。
第二课堂与学生所学专业关系密切，学校文件只是给出了宏观的要求，不可能具体到每个学科、每个专业的实施细节就电信类专业来说，专业的理论性强，且具有较强的实践性第二课堂的重点是培养学生的实践能力及创新能力。为了做好电信类专业的第二课堂与创新活动，我们按照教学过程的几个不同阶段，规定了第二课堂与创新活动的内容及评价方法。
一、基础课学习阶段的第二课堂活动
按照规定，学生在学习基础学科和人文社会学科课程时可在教师指导下，利用业余时间开展课程内容专题讨论、学术报告，并写出书面总结，经任课教师考核，学生可以取得1到个第二课堂学分。
在基础课学习阶段，任课教师来自于兄弟院系，他们与学生所在院系没有直接隶属关系。学生所在院系无法直接给这些教师下达第二课堂活动的任务。为此，从2004年开始执行导师制度，即每个班级安排一名专业教师，负责指导该班级的第二课堂活动。
电子信息工程、电子信息科学与技术等专业的学生结合基本原理课程，完成了指导教师布置的用基本原理分析当前金融危机的题目。学生都能够运用所学的知识，对这次金融危机爆发的原因进行深入细致的分析和解释不但巩固了所学知识，同时通过图书、网络等手段了解了当前经济活动的热点问题。
二、专业基础课学习阶段的第二课堂活动
在专业基础课学习阶段，学生可开展课外专题讨论、写读书报告、组织课外科技活动小组等多种形式的活动，由教师考核每项活动可得l到2个该类学分。电信类专业的专业基础课包含电路分析、模拟电子技术、数字电子技术及信号与线性系统分析等课程。模拟电子技术及数字电子技术课程均包含1周的课程设计，且授课学时较多。因此，我们结合电路分析、信号与线性系统分析这两门课程，设置了课外讨论题目。如线性系统的时域解法综述(电路实例)，通信系统频分复用方式的频域分析，系统的时域解法与变换域解法的比较等。要求写出书面报告，由指导教师评分。
学生在学习信号与系统时，还未开通信原理课。要完成通信系统的频域分析，要用到频域分析的基本原理(信号的调制与解调、信号滤波)，以及通信系统的频分复用系统，后者指导教师可以做适当指导。通过这一题目，学生知道了频域分析的用途，并对后续课程有一个大致的了解，激发其学习兴趣。另外，开展专题演讲活动也可作为这一阶段的第二课堂活动。由学生自己选择题目，并在课下准备材料，制作成幻灯片(限定时间为5分钟)；由指导教师组织在多媒体教室进行演讲比赛，指导教师按照演讲情况进行评分。这项活动，可以锻炼学生的组织材料能力、多媒体课件制作能力及演讲能力，能够在工作中更好地表达自己的思路及方案。
三、专业课学习阶段的第二课堂活动
在专业课学习阶段，学生参加教师的科研课题，或由教师组织成立课外科技活动小组，完成一定的科研任务，并撰写文献综述、生产现状调查、研究论文、实验设计等，由教师考核，每项活动可得l到2个该类学分。在这一阶段，学生已具备一定的专业知识和科技工作能力，但还不完善，需要在教师的指导下才能工作。学生参与第二课堂活动，可在教师指导下，完成某个项目的部分或全部工作，经历科研及开发工作的整个过程，积累科研开发工作经验。
电子设计大赛是第二课堂活动的重要内容。我校自电子信息工程专业成立至今，每年都组织学生参加两年一度的全国大学生电子设计竞赛及山东省大学生电子设计竞赛。竞赛的时间在每年的9月，我们在暑假前组织学生自愿报名，学生组队参加，利用假期进行认真的理论与实践方面的准备，学习单片机的编程技术，常用电子仪器的使用方法，电路图的制版及元器件的焊接技术，以及各种传感器电路及其应用。学生拿到竞赛题目后能够在规定时间内完成设计任务。参加过电子设计竞赛的学生感慨地说，参赛过程学到的东西实在是太多了，好多都是教材中没有的新技术。除此之外，提倡学生根据自己的兴趣进行组合参加各种形式的电子竞赛，如“ZLG杯”ARM嵌入式系统电子设计竞赛，富士通微电子杯MB95200系列MCU竞赛等。至今，我校学生已多次获国家及山东省的奖项。
选拔有能力的学生参与教师的科研课题，这是第二课堂活动的另一项内容。学生到课题组后，教师为学生分配一定的任务并提供适当的条件，学生在教师指导下工作。例如，在嵌入式系统开发中，LCD显示驱动子系统的开发，无线数据传输子系统的开发，这样的小题目非常适合学生去完成。学生在课题组工作，不仅学到了知识，而且得到了在科研团队中的工作经验为今后从事科研工作打下了良好的基础。
学生成立技术协会，也是第二课堂活动的内容。爱好电脑的学生参加电脑技术协会，"协会是学生人数较多的协会学生一起交流电脑装机技术，系统维护技术，网页制作技术等他们把所学到的知识，利用业余时间运用到为同学、教师的服务中。符合勤工俭学条件的，可以在相应部门的岗位上帮助教师做电脑维护工作，学校支付一定的报酬。另外，校外的小企业需要开发网页，大的软件公司不愿承担过小的项目，这种网页开发特别适合学生去做。通过这样的开发过程，学生的网页制作技术水平得到提高，并得到与企业打交道的经验，还得到一定的报酬。
鼓励学生学习嵌入式系统开发技术。虽然专业培养计划中已开设单片机原理课程，但对电信类专业来说，只知道单片机是不够的，还要进一步学习嵌入式系统技术。嵌入式开发系统品种繁多，各种单片机开发板，ARM开发系统价格仅几百元，学生可以结合自己的兴趣，自己购买开发学习板，利用业余时间学习。不少学生把嵌入式系统的开发作为毕业设计的题目，并取得了良好的成绩。
四、总结