06_解构北京大学嵌入式系统课程建设

专／题／策／划

“嵌入式系统”课程是“北京大学电子信息科学基础实验中心”为信息科学技术学院电子类高年级本科生和研究生新开设的一门以实验为主的选修课，目的是通过对嵌入式系统组成原理的学习和专题实验、项目实验的训练，培养学生的综合创新能力。

“嵌入式系统”实验课程的建设注重对学生进行科研综合方法的培养，包括需求分析、方案论证、资料搜集、系统设计、电路调试、系统测试、报告撰写等。除了培养学生的分析问题、解决问题的能力外，还要引导学生发挥想象力，提出问题或见解，即培养创新能力。对于没有学过的或跨学科的知识，引导学生学会主动学习、理解，最终应用于系统中去。

“嵌入式系统”课程介绍

１．学时学分

总课时：６０学时（理论课：１６

学时，实验课：４４学时）；学分：２

学分。

２．课程内容

（１）理论课

共授课８次，每次２学时，共需

４周时间。具体内容如下：

＊　嵌入式系统概述

＊　ＡＲＭ体系结构与嵌入式ＣＰＵ

＊　嵌入式系统平台——ＳｉｔＳａｎｇ

Ｂｏａｒｄ

＊　嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统原理

＊　嵌入式Ｌｉｎｕｘ软件开发

＊　嵌入式Ｌｉｎｕｘ图形程序设计

＊　嵌入式Ｌｉｎｕｘ驱动程序设计

＊　嵌入式应用系统设计开发

通过上述理论课的学习，使学

生基本掌握嵌入式系统的基本理论

和嵌入式系统的开发过程，以及

Ｉｎｔｅｌ　ＳｉｔＳａｎｇ开发平台的组成、嵌

入式Ｌｉｎｕｘ操作系统的开发原理，

为下一步的实验课程打下基础。

（２）实验课

实验课分为两个阶段，专题实

验和项目实验。专题实验共有６次，

每次４学时，共２４学时（６周）。专

题实验具体内容如下：

实验一　ＳｉｔＳａｎｇ　Ｂｏａｒｄ组成和

原理

实验二　ＡＲＭ汇编程序设计

实验三　嵌入式Ｌｉｎｕｘ内核

实验四　嵌入式Ｌｉｎｕｘ程序设计

实验五　嵌入式Ｌｉｎｕｘ图形程序

设计

实验六　嵌入式Ｌｉｎｕｘ驱动程序

设计

在专题实验中，学生自由组队

三人一组，每次实验又分为验证性

实验、修改性实验和设计性实验三

个层次。硬件开发平台采用Ｉｎｔｅｌ

ＳｉｔＳａｎｇ（ＰＸＡ２５５）板。第一个实验

用来熟悉开发平台的硬件，第二个

实验用来了解比较底层的ＡＲＭ汇

编程序的开发方法，其他四个实验

都是围绕　Ｌｉｎｕｘ操作系统来进行的。

嵌入式Ｌｉｎｕｘ操作系统内核——

ｚＩｍａｇｅ采用的是经过Ｉｎｔｅｌ公司修改

的２．４．１９版本；嵌入式文件系统采

用的是ＪＦＦＳ２，它是专门为Ｆｌａｓｈ设

备设计的文件系统；为了避免频繁

的Ｆｌａｓｈ读写和节省将文件系统烧

录到Ｆｌａｓｈ中的时间，在实验中我

解构北京大学嵌入式系统课程建设

北京大学信息科学技术学院 王志军 杨延军 段晓辉 赵建业 张云峰／文

们主要采用网络文件系统（ＮＦＳ），它使目标系统在运行的时候通过网络在主机上得到文件系统的内容，而不需要访问Ｆｌａｓｈ设备，大大提高了开发效率；图形开发选择ｑｔｏｐｉａ－１．７．０作为软件平台，开发工具主要使用ｑｔ－ｅｍｂｅｄｄｅｄ－２．３．７；驱动程序的设计主要涉及了加速度计、测试ＬＥＤ和面板按钮，希望学生对驱动有初步的了解，在专题实验中并没有设计很复杂的驱动。

项目实验仍为三人一组，共２０学时，需５周时间。实际操作上，项目实验被安排在开放实验室，学生可以自由安排其实验时间，每个学生实际花费的时间远远多于２０学时。项目实验的命题由教师推荐和学生自选，这样可以调动学生的创造潜能，达到培养学生综合创新能力的目的。推荐的项目实验题目如下：

＊　ＭＰ３播放器

＊　简单ＰＤＡ（记事本、通信录、备忘录等）

＊　简单Ｅ－ｍａｉｌ编辑、收发器

＊　简单游戏（游戏杆控制）

在项目实验的管理中，每个实验教师负责几组学生，每周至少一次对学生进行检查、督导。同时，设有两个检查时间点：一个是项目实验开始的一周后，要求学生提供一份书面的项目方案设计报告，包括需求分析、方案论证、系统功能、资源分配、任务分工及任务时间表等；另一个检查点为项目实验结束时的答辩验收，每组答辩时间为１５分钟，包括项目系统演示５分钟，ＰＰＴ讲演５分钟和提问５分钟，届时应准备好：项目实验报告、ＰＰＴ讲演稿和项目演示系统。

（３）成绩评定

专题实验：４０分（实验表现：２０，

实验报告：２０）；

项目实验：６０分（系统演示：３０，

实验报告：２０，答辩：１０）。

（４）参考教材

［１］　嵌入式系统实验讲义．北京

大学信息科学技术学院内部教材．

［２］　陈章龙等译．嵌入式技术与

系统－　Ｉｎｔｅｌ　Ｘｓｃａｌｅ　结构与开发［Ｍ］．

北京航空航天大学出版社，２００４．

［３］　王勇等译．ＧＮＵ／Ｌｉｎｕｘ　编

程指南［Ｍ］．北京：清华大学出版

社，２０００．

［４］　田泽等译．ＡＲＭ　ＳｏＣ体系

结构［Ｍ］．北京航空航天大学出版

社，２００２．

“嵌入式系统”课程教学效果

通过理论课的学习，学生基本

掌握了嵌入式系统的组成和基本原

理、ＡＲＭ体系结构、嵌入式操作系

统的基本原理，以及嵌入式系统的

开发过程等。

通过实验课的训练，学生不仅

提高了实验技能，更重要的是提高

了综合创新能力。实验中学生被分

为三人一组，这使得学生学到了任

务划分和相互合作，培养了学生的

团队精神；课程内容具有一定的深

度，很多知识点学生都是第一次接

触，这使得学生学会了主动学习、

广泛搜集资料，综合能力得到训

练；碰到问题，学生敢于面对，并

积极努力去解决，培养了学生的顽

强拼搏精神；项目实验中，学生开

动脑筋，完成了很多他们感兴趣的

题目，并力求将项目做得完美，这

些培养了学生的创新能力；项目实

验最后的答辩验收，则训练了学生

讲演、快速反应和推销自己的能

力。

以下是学生完成的、具有代表

性的项目实验题目：

＊　便携式ＭＰ３播放器

＊　便携式ＭＰＥＧ４播放器（使用

了Ｉｎｔｅｌ　ＩＰＰ库）

＊　便携式Ｅ－ｍａｉｌ收发终端

＊　便携式旅游信息终端

＊　基于Ｌｉｎｕｘ的ＰＤＡ的设计与

实现

＊　基于Ｌｉｎｕｘ的可视电话的设计

与实现

课程的进一步改进

通过“嵌入式系统”课程对两届

学生的开设，我们积累了一些经验，

同时也存在着一些需要继续改进的

方面。从学生的反馈上看，该课程对

于四年级的本科生来说，涉及的知

识面广、内容偏深：既要求学生有硬

件电路知识，又要有计算机体系结

构、操作系统等方面的知识，还要熟

悉编程语言及应用系统组成。在有

限的学时内，学生们很难完全掌握

和消化，往往占用了他们很多的课

余时间。因此，如何在有限的学时

内，让学生基本掌握嵌入式系统的

基本知识，培养他们的综合创新能

力，是课程进一步改进的重点。

（１）进一步系统化理论课程内容

目前，理论课由几位教师分别

以讲座的形式向学生授课。在课程

内容上，虽然大体上有重点划分，

但仍需要进一步统筹规划、突出重

点。重点讲授需要学生掌握的基本

知识，而不是面面俱到，进一步的

提高可由学生凭个人兴趣自学完

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