楊俊成

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程系，河南南陽(yáng) 473009)

嵌入式技術(shù)對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)起著倍增器的作用，各行各業(yè)都存在著嵌入式的應(yīng)用場(chǎng)景［1］?；诖耍瑖?guó)內(nèi)眾多高校、職業(yè)技術(shù)學(xué)院和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)均開(kāi)展嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和培訓(xùn)工作。對(duì)于嵌入式系統(tǒng)這一跨學(xué)科、軟硬件集成、與業(yè)界需求密切相關(guān)的綜合性系統(tǒng)來(lái)講，要在短期內(nèi)建立起一套完整、科學(xué)、系統(tǒng)的教學(xué)體系絕非易事。

1 ARM教學(xué)方法的問(wèn)題研究

嵌入式系統(tǒng)所包含的教學(xué)內(nèi)容主要有ARM體系結(jié)構(gòu)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、中斷系統(tǒng)、異常處理、I/O設(shè)置、UART設(shè)置、時(shí)鐘、觸摸屏、I2C、I2S及ARM芯片接口的設(shè)置，該課程融合了多方面的軟硬件及綜合知識(shí)。

大部分的高等院校均是購(gòu)買(mǎi)某一公司的開(kāi)發(fā)板或者實(shí)驗(yàn)箱，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)指導(dǎo)做實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生的能力培養(yǎng)效果較差，對(duì)ARM體系中的流水線結(jié)構(gòu)、地址映射、異常等概念的理解也無(wú)法深入，較難綜合應(yīng)用驅(qū)動(dòng)程序、中間接口層、操作系統(tǒng)等系統(tǒng)級(jí)軟件，這樣便導(dǎo)致軟件和硬件脫節(jié)。對(duì)設(shè)計(jì)出復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)造成困難。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺少考慮培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、新技術(shù)的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和語(yǔ)言表達(dá)能力等，因而不符合當(dāng)今對(duì)嵌入式人才的要求。

2 教學(xué)改革思路

2.1 教學(xué)方法的改革

為使學(xué)生更好的掌握基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，即采用倒推法授課［2］，第一次上課就讓學(xué)生了解一個(gè)實(shí)際的嵌入式產(chǎn)品。以2010年全國(guó)職業(yè)院校技能大賽中的自主探月車(chē)為實(shí)例，將產(chǎn)品分解，倒推出這一產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程。從產(chǎn)品到部件的倒推歸屬到課程不同章節(jié)的內(nèi)容中，放到相關(guān)的教學(xué)單元進(jìn)行講解［3］。在每一教學(xué)單元中，以產(chǎn)品的部件為核心，設(shè)計(jì)出實(shí)際開(kāi)發(fā)中需解決的問(wèn)題。每一章節(jié)完成一個(gè)任務(wù)，這一任務(wù)也是其嵌入式產(chǎn)品的一部分，課程學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)所有的任務(wù)疊加后，就是一個(gè)實(shí)際的嵌入式產(chǎn)品。

2.2 根據(jù)需要調(diào)整教材

正確處理現(xiàn)有的教學(xué)資源，在了解現(xiàn)有教材的同時(shí)要不斷融入更符合教學(xué)規(guī)律的教學(xué)內(nèi)容［4］。教學(xué)內(nèi)容力爭(zhēng)接近工程實(shí)踐，又帶有一定的趣味性和啟發(fā)性，讓學(xué)生知道如何將學(xué)到的知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用于工程實(shí)踐中。因此要對(duì)教材內(nèi)容作適當(dāng)編排和修正，使教學(xué)計(jì)劃更符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。

調(diào)整之前從第一到第八章的內(nèi)容都是理論部分，主要講述ARM的體系結(jié)構(gòu)、ARM的異常模式、ARM存儲(chǔ)器映射、ARM中斷模式及中斷系統(tǒng)［2］，這部分內(nèi)容理論性較強(qiáng)、且比較抽象和枯燥，學(xué)生學(xué)完后無(wú)法真正了解ARM，無(wú)法用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，極大地影響了學(xué)生的自信心。

在修正后的內(nèi)容安排中，教師將一些容易掌握并能夠吸引學(xué)生注意力、容易看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的章節(jié)安排在前面，以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

(1)把S3C2440的I/O操作安排在前面，先用一個(gè)流水燈實(shí)驗(yàn)告訴學(xué)生，ARM雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但也可像單片機(jī)那樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)流水燈實(shí)驗(yàn)，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(2)根據(jù)學(xué)生C語(yǔ)言的基礎(chǔ)，講解基于ARM的C程序設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)一個(gè)串口驅(qū)動(dòng)程序，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)ARM體系的理解和C語(yǔ)言的編程能力。

(3)介紹ARM指令系統(tǒng)［3］，并根據(jù)指令介紹ARM的體系結(jié)構(gòu)，講解ARM中斷和異常的處理過(guò)程，并用匯編程序模擬相應(yīng)的處理過(guò)程，且在內(nèi)容的講解上要與月球車(chē)的啟動(dòng)代碼結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)概念的理解。

(4)將ARM的LCD顯示功能和觸摸屏的A/D轉(zhuǎn)換放在一起講解，定時(shí)器和計(jì)數(shù)器在實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗系統(tǒng)中都會(huì)用到，所以這兩章要統(tǒng)一講較為合適。

(5)講解兩種常見(jiàn)的總線，I2C總線和I2S總線，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握兩種總線的工作原理。

(6)最后講解在ARM體系結(jié)構(gòu)中，ARM處理器與存儲(chǔ)器之間的內(nèi)存映射，這是課程的一個(gè)難點(diǎn)，并需要前面的一些基礎(chǔ)，因此放到課程的后面學(xué)習(xí)比較合適。

(7)理論課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，設(shè)計(jì)一個(gè)一周時(shí)間的綜合實(shí)訓(xùn)，將理論課和實(shí)驗(yàn)課上的知識(shí)點(diǎn)鏈接起來(lái)，形成一個(gè)知識(shí)體系，用真實(shí)的案例提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

該章節(jié)的調(diào)整以一種先易后難的方式編排教學(xué)內(nèi)容，取得了較好的教學(xué)效果，但并不影響教學(xué)大綱所規(guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2.3 實(shí)踐教學(xué)

在實(shí)踐教學(xué)中，教師并不是將實(shí)驗(yàn)代碼事先寫(xiě)好，然后給學(xué)生分析代碼，而是提出問(wèn)題，比如如何在月球探測(cè)車(chē)上顯示圖片，還可將其改為更有趣的例子，比如如何把本人的照片顯示在屏幕中，以提高學(xué)生的興趣。之后引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題，制定設(shè)計(jì)方案，帶領(lǐng)學(xué)生從第一行代碼開(kāi)始編寫(xiě)，逐步實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能。當(dāng)然在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)大量的問(wèn)題，比如寄存器設(shè)置錯(cuò)誤、指針讀取數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、內(nèi)存溢出等。這就需要教師對(duì)整個(gè)項(xiàng)目十分清晰，能在短時(shí)間內(nèi)解決學(xué)生所提出的問(wèn)題并能處理一些突發(fā)性錯(cuò)誤，隨后帶著學(xué)生去分析引起這些問(wèn)題的原因，告誡學(xué)生如何避免這些問(wèn)題，并解決問(wèn)題，大大提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.4 用嵌入式大賽作為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

為培養(yǎng)學(xué)生對(duì)嵌入式開(kāi)發(fā)的興趣，在課程學(xué)習(xí)后期，將學(xué)生分成5人小組，以前一年的嵌入式大賽題目為實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生用一周時(shí)間去實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式產(chǎn)品，完成一個(gè)正推過(guò)程，從一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想到各個(gè)部件的實(shí)現(xiàn)，最終完成這個(gè)產(chǎn)品，之后編寫(xiě)論文并參與答辯。待國(guó)家嵌入式競(jìng)賽題目公布之后，從中選擇幾名表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，提供實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和實(shí)驗(yàn)器材，由專(zhuān)門(mén)教師指導(dǎo)參加全國(guó)嵌入式大賽［5］。

3 結(jié)束語(yǔ)

文中改革措施已在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)揮了積極作用，在日后的教學(xué)中，將根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)該課程體系和培養(yǎng)模式進(jìn)行調(diào)整，努力構(gòu)建一個(gè)科學(xué)規(guī)范的人才培養(yǎng)方案，為企業(yè)培養(yǎng)出具有動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力的研發(fā)人才。

［1］ 田澤.ARM9嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［2］ 周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［3］ 胥靜.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解—基于ARM的應(yīng)用［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［4］ 鄧春健，李文生.“ARM嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)方法研究［J］.計(jì)算機(jī)教育，2010(3):94 －96.

［5］ 章民融，徐亞峰.嵌入式教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的研究和嵌入式實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件:2009(3):160－162.