摘要：基于嵌入式系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的新需求，本文根據(jù)當前嵌入式系統(tǒng)的教學狀況，提出高校嵌入式方向的培養(yǎng)模式，將面向應(yīng)用的嵌入式課程知識體系與課內(nèi)實驗、開放性實驗、實訓(xùn)基地與企業(yè)實際項目相結(jié)合起來，形成完整的嵌入式培養(yǎng)體系；并在嵌入式系統(tǒng)課程教學方法上提出理論知識點細化與難點形象化演示，提高嵌入式方向課程教學質(zhì)量。
　　關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；培養(yǎng)模式；實驗實踐教學；教學方法
　　
　　進入21世紀，嵌入式技術(shù)以排山倒海之勢占據(jù)了人們的生產(chǎn)、生活和娛樂方式。未來對掌握嵌入式技術(shù)的人才的需求會越來越大，因此各個重點大學紛紛開設(shè)了嵌入式方向課程，并在計算機或軟件工程的體系下出現(xiàn)了嵌入式專業(yè)方向。作為一個新的專業(yè)方向，關(guān)于它的培養(yǎng)模式和教學方法的研究已經(jīng)有了一定的成果。在文獻中探討了基于嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)，單片機課程在教學內(nèi)容、教學方法和考核方法方面的問題，改善了教學效果。文獻強調(diào)嵌入式課程應(yīng)突出以應(yīng)用為教學重點，通過構(gòu)建課程實驗、課程設(shè)計、專業(yè)實習及畢業(yè)實習等強化實踐環(huán)節(jié)。本文基于嵌入式系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的新需求，提出了面向應(yīng)用的嵌入式方向的培養(yǎng)體系，形成了理論內(nèi)容與實驗相結(jié)合，課內(nèi)實驗與開放性實驗室相結(jié)合，實訓(xùn)基地與企業(yè)實際項目相結(jié)合的聯(lián)合教學模式。
　　
　　1　面向應(yīng)用的嵌入式培養(yǎng)模式
　　
　　1.1　課程知識體系
　　嵌入式專業(yè)方向培養(yǎng)學生具有基礎(chǔ)理論扎實、解決實際問題能力強，掌握工程型技術(shù)、軟件硬件于一體的嵌入式專業(yè)人才。嵌入式系統(tǒng)最大的特點是軟件硬件的綜合體，在培養(yǎng)體系中應(yīng)該軟件硬件一起抓，而且兩手都要硬。嵌入式系統(tǒng)專業(yè)類課程培養(yǎng)知識體系如圖1所示。在基礎(chǔ)理論中我們要注重課程前后的知識銜接關(guān)系，電路課為更好的掌握硬件接口打基礎(chǔ)，對PC機的軟件結(jié)構(gòu)有了更好的掌握后，在此基礎(chǔ)上引入專用的微控制器(單片機、ARM嵌入式微處理器)，再將課程一步步過渡到高級語言編程上(嵌入式C、C++程序設(shè)計和Linux圖形界面設(shè)計等)。在教學的每一個環(huán)節(jié)都要與課程實驗相結(jié)合，加強學生對理論知識的理解能力。
　　
　　嵌入式系統(tǒng)專業(yè)類課程體系的制訂是影響所培養(yǎng)人才素質(zhì)的最重要部分，因此每一門專業(yè)課的選擇要從以下幾個方面進行考慮。
　　1)硬件開發(fā)環(huán)境。當前嵌入式處理器主要有8位、16位、32位等幾種，在基礎(chǔ)類課程中單片機原理我們一般以8位MCS51單片機為例進行介紹，學生對MCU這個概念有一個初步的認識。當前嵌入式產(chǎn)品開發(fā)硬件主流芯片就是32位的ARM系列處理器，ARM的成功在于它有極好的性能和極低的功耗，使得它能夠優(yōu)越于MIPS和PowerPC等嵌入式處理器?；贏RM核的嵌入式芯片在汽車電子、消費娛樂產(chǎn)品、數(shù)字化音頻與影像產(chǎn)品、工業(yè)控制產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、無線手持設(shè)備等諸多領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用?？梢灶A(yù)見，在未來的一段時間內(nèi)，ARM處理器將主宰32位嵌入式處理器的市場。因此嵌入式專業(yè)培養(yǎng)硬件要以ARM處理器為核心芯片。
　　2)軟件開發(fā)環(huán)境。在這一層面上我們要結(jié)合硬件平臺來進行選取，ARM920及其以后的版本獲得了許多實時操作系統(tǒng)供應(yīng)商的支持，比較知名的有：Linux、Windows CE、uC-OS、VxWorks、Nucleus、Palm OS等，其中Linux、uC-OS為源代碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)。考慮到研究產(chǎn)權(quán)的自主性，uC-OS源碼公開，是一個簡易的實時內(nèi)核；Linux的層次結(jié)構(gòu)和內(nèi)核完全開放、網(wǎng)絡(luò)功能強大、完整的開發(fā)工具、廣泛的硬件支持、遵循通用的國際標準。因此要以uC-OS為基礎(chǔ)，以Linux為核心介紹嵌入式操作系統(tǒng)。另外微軟公司的Windows CE具有良好的界面和技術(shù)支持，使得在嵌入式產(chǎn)品中的應(yīng)用占有重要地位，因此Windows CE也作為嵌入式系統(tǒng)培養(yǎng)的一個重要分支。
　　3)智能終端的嵌入式軟件開發(fā)。智能手機軟件的開發(fā)是嵌入式產(chǎn)品在手持設(shè)備上的典型應(yīng)用。J2ME對其有較好的支持，可以給學生作選修課，增加嵌入式培養(yǎng)的知識面。
　　4)嵌入式技術(shù)與當前的熱門行業(yè)相結(jié)合。工業(yè)控制和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域成為當前應(yīng)用和研究的熱點，要把學生所學的知識與應(yīng)用和研究結(jié)合在一起，使嵌入式的培養(yǎng)更具活力。這類課程可以作為選學課程，為學有余力的嵌入式學生開拓視野。
　　
　　1.2　嵌入式系統(tǒng)實驗，實踐教學
　　實驗環(huán)節(jié)在嵌入式培養(yǎng)體系中占有重要的地位，它是理論講解的驗證與升華。文獻提出了一種BDO的3級課程實驗教學體系，但隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，每級所包含的內(nèi)容在廣度和深度上都需要增加。木文將實驗和實訓(xùn)結(jié)合起來，形成實驗實訓(xùn)教學體系如圖2所示。
　　
　　1.2.1　實驗教學
　　基礎(chǔ)類實驗是學生在課上所學習理論的驗證，可以由專任的實驗教師來指導(dǎo)，如果有條件最好請本門課的任課教師來指導(dǎo)或由任課教師和實驗教師來同時指導(dǎo)，這樣在實驗的過程中可以和任課教師有一個互動，及時解決疑點，使基礎(chǔ)理論教學與實驗教學相配合起來。
　　設(shè)計類實驗是在完成基礎(chǔ)類實驗和高級的嵌入式OS后開設(shè)的實驗課，這部分實驗可以采用課程設(shè)計的形式，每個實驗利用幾天或更長的時間讓學生動手設(shè)計嵌入式OS的驅(qū)動，教師可以不定期的去答疑，重點在啟發(fā)學生進行嵌入式編程，為學生提供一些解決問題的方法。
　　每次完成實驗后，有的學生可能還沒有完全領(lǐng)會實驗的內(nèi)容，所以除上課的時間以外還可以把實驗室開放，讓一些學生繼續(xù)實驗，開放式實驗室要由本專業(yè)的實驗教師來指導(dǎo)和維護。另外開放式實驗室還應(yīng)該提供擴充版的實驗指導(dǎo)書(除了課程要求的必修實驗以外的實驗)，供學有余力的學生用，擴展嵌入式學習的知識量。
　　1.2.2　工程實踐能力的培養(yǎng)
　　工程實踐是學生走向企業(yè)的一個橋梁，通過在實訓(xùn)基地半年時間的實訓(xùn)，學生可以掌握企業(yè)項目的實施機制，為畢業(yè)后快速進入項目開發(fā)打下良好和基礎(chǔ)。
　　在工程實踐項目選擇上，應(yīng)該盡量選擇企業(yè)的實際項目，必要時可以與管理規(guī)范的公司聯(lián)合建立實訓(xùn)基地。項目的內(nèi)容要盡可能覆蓋嵌入式領(lǐng)域的內(nèi)容。比如嵌入式項目一般包括需求分析、硬件平臺設(shè)計、軟件平臺設(shè)計(包括嵌入式OS的選擇)、應(yīng)用程序的開發(fā)與系統(tǒng)測試幾個方面。使學生能夠利用所學的知識，并進行一定的擴展，相關(guān)內(nèi)容還要查閱一定的資料來解決工程實際中的問題
　　在工程實踐項目管理上，可能會出現(xiàn)項目經(jīng)理人數(shù)不足的情況，可以在學生中選取項目組組長，來協(xié)助項目經(jīng)理解決問題。整個實訓(xùn)基地采取層層負責制，使每個項目成員各就其職，定期例會，及時解決在項目開發(fā)中所遇到的問題。
　　
　　2　嵌入式系統(tǒng)教學方法的改進
　　
　　嵌入式系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)目標是面向市場需求，培養(yǎng)不同層次的基礎(chǔ)扎實、學科交叉、具有較強的工程實踐能力、交流溝通能力的高層次、復(fù)合型、應(yīng)用型軟件工程技術(shù)和軟件管理人才。學生學習嵌入式系統(tǒng)工程的基本知識、基本概念、基本方法和技能，掌握目前流行的嵌入式微處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式程序設(shè)計、接口設(shè)計、常用電路設(shè)計以及軟硬件系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)知識，并具有一定的動手能力和獨立解決問題的能力，具有工程實踐能力和外語應(yīng)用能力，能夠在相關(guān)領(lǐng)域從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)工作?；谶@一目標，要在教學方法和手段上下功夫。
　　
　　2.1　知識點細化
　　在嵌入式系統(tǒng)理論教學方面，要將知識點細化，讓學生深入到理論中去。例如，在講解ARM中斷原理與指令流水線執(zhí)行關(guān)系時，可以作如下分析：ARM處理器中斷的發(fā)生具有不確定性，與當前所執(zhí)行的指令沒有任何關(guān)系。在中斷發(fā)生時，ARM處理器總是會執(zhí)行完當前正被執(zhí)行的指令，然后才會去響應(yīng)中斷。如圖3所示，在0x9000處的指令A(yù)DD執(zhí)行期間IRQ中斷發(fā)生了，但這時要等待ADD指令執(zhí)行完畢。ADD執(zhí)行完畢后，IRQ立即獲得了執(zhí)行單元，ARM處理器開始處理IRQ中斷，進行保存程序返回地址并調(diào)整程序指針指向0x18內(nèi)存單元。在0x18處有IRQ中斷向量(也就是跳向IRQ中斷服務(wù)的指令)，接下來執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序，因此流水線又被阻斷了，執(zhí)行0x18處指令的過程同帶有分支指令的流水線。
　　
　　
　　2.2　難點分解與形象化演示
　　嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，學生往往對硬件知識的掌握比較困難，在嵌入式系統(tǒng)硬件知識教學方面，要將知識點分解并制作相應(yīng)的動畫，使學生增加感性認識。例如，在講解ARM嵌入式體系結(jié)構(gòu)的LCD接口與顯示原理時，可以制作如圖4所示的Flash動畫，用單步的方式描述其通信原理，增強學生的感性認識，使學生易于接授理論知識，從而提高教學效果。
　　
　　
　　3　結(jié)語
　　
　　嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展，必然要求高校的培養(yǎng)體系與教學模式不斷改進并與之相適應(yīng)。本文基于嵌入式系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的新需求，制訂培養(yǎng)目標，并在此基礎(chǔ)上提出了嵌入式方向的培養(yǎng)課程體系，在嵌入式系統(tǒng)教學中要注重實驗教學，將課內(nèi)實驗與開放性實驗室相結(jié)合起來，使學生打好基礎(chǔ)功底。最后將學生送入實訓(xùn)基地做企業(yè)實際項目，為學生走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。在嵌入式系統(tǒng)課程教學方法上提出理論知識點細化、難點分解與動畫形象化演示，改進教學方法，提高教學質(zhì)量。
　　
　　
　　
　　(編輯：白