吳雪琴　黃琨

摘要：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用嵌入式方向?qū)I(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程，作者從市場和行業(yè)需求出發(fā)，探討了該課程的重要性，同時(shí)也對本人的教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)，包括教學(xué)過程中的思考，遇到的問題及采用的對策，在充分挖掘?qū)W生已有基礎(chǔ)的前提下加強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)技能培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)課程；知識處理；難點(diǎn)突破；專業(yè)技能

中圖分類號：TP313 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）07-1452-02

1 概述

21世紀(jì)，科技發(fā)展日新月異。在全球新一輪汽車、通信、消費(fèi)類電子、工業(yè)、醫(yī)療、軍事等行業(yè)的巨大智能化裝備市場需求下，全球嵌入式產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展；無論是生活中常用的mp3、手機(jī)、語言復(fù)讀機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、智能電視、智能冰箱，還是工業(yè)生產(chǎn)、娛樂中的機(jī)器人，以及國防系統(tǒng)無不采用嵌入式技術(shù)。因此嵌入式技術(shù)已經(jīng)成為后PC時(shí)代IT技術(shù)的主力軍。

正是巨大的市場需求，使得嵌入式行業(yè)對人才的需求極度旺盛，因此各高校紛紛開設(shè)了《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)》課程，該文以該課程為背景，探討了學(xué)生如何才能學(xué)好該課程，使得在畢業(yè)時(shí)能找到理想從事該行業(yè)的工作。因?yàn)閷?shí)際情況是每年各公司及國內(nèi)家電公司如INTEL、TI、SONY、三星、TCL、聯(lián)想和康佳等企業(yè)紛紛出高薪聘請嵌入式人才，但依然處于企業(yè)找不到合適人才，學(xué)生畢業(yè)找不到合適工作的尷尬局面，這也一直是作為教師的我所思考的問題。

當(dāng)然形成這種局面的原因很多，如嵌入式技術(shù)對人才的專業(yè)水平、實(shí)際操作能力及技術(shù)產(chǎn)品化的要求較高。未經(jīng)過有針對性的實(shí)踐操作，未參與或獨(dú)立完成一件嵌入式成品就不能說掌握了嵌入式技術(shù)，而成品是否能被社會認(rèn)可更是企業(yè)選擇人才的關(guān)鍵。所以企業(yè)需要一個(gè)平臺來選擇真正實(shí)用的人才；學(xué)生需要一個(gè)平臺來實(shí)踐和展示自我；學(xué)校需要一個(gè)平臺來驗(yàn)證教學(xué)體系是否完善，通過平臺取彼之長。在實(shí)際教學(xué)中我們采用的是ARM9的實(shí)驗(yàn)平臺，該平臺能讓學(xué)生動手自己開發(fā)由易到難的程序。

2 明確嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)的重要性

作為嵌入式教學(xué)的開始，教師有必要向?qū)W生介紹該課程的特點(diǎn)及作用范圍，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)你該課程及該方向的興趣。同時(shí)需要了解學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式初期所遇到的常見問題，使他們不至于一開始就對該課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難情緒。因此，需要在如下幾個(gè)方面做好對學(xué)生的引導(dǎo)工作。

1）學(xué)了它在實(shí)際中有沒有用？

現(xiàn)在在校學(xué)生最關(guān)注所學(xué)課程有沒有用？尤其是高職高專學(xué)生更注重實(shí)際能力的培養(yǎng)？那怎樣在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行使用呢？由于該課程是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的核心課程，所以一定要很肯定地告訴學(xué)生學(xué)了這門課程非常有用?？梢詮奈覀兩磉叺膶?shí)際例子出發(fā)進(jìn)行舉例，如現(xiàn)代生活中玩具、家用電器，嵌入式的應(yīng)用無處不在，大到工業(yè)控制、航空領(lǐng)域等都離不開嵌入式。

2）我是否能夠?qū)W好該課程？

由于該課程是專業(yè)核心課程，它需要前期所學(xué)的大量專業(yè)基礎(chǔ)課作為鋪墊。同時(shí)該課程系統(tǒng)性較強(qiáng)，需要“兩條腿”走路。一條是對硬件有一定的了解，至少能看懂原理圖及相關(guān)符號。另一條是要有編程基礎(chǔ)，這里的編程主要采用的是C語言程序設(shè)計(jì)。要能靈活使用模塊化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，也要能使用指針方便地訪問各硬件模塊。當(dāng)然不僅要有這些理論知識作為基礎(chǔ)，這門課程也需要實(shí)際動手，只有多動手了，才會有更濃的興趣進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。因此要學(xué)好該課程，需要自己多動手在開發(fā)板上進(jìn)行編程控制。例如，可以從簡單的LED燈開始，一開始讓LED燈全熄滅，間隔一段時(shí)間后，又修改程序使其全部點(diǎn)亮，最后跑馬燈程序等，由易到難，逐步增加模塊實(shí)現(xiàn)功能，這樣學(xué)好是沒有問題的。

3）考試要怎么考？

如何考試是在校大學(xué)生最關(guān)注的問題之一，因此在每學(xué)期剛開始上課時(shí)，就應(yīng)該明確告知學(xué)生該門課程要如何考以及最終成績的構(gòu)成方式，讓學(xué)生做到心中有數(shù)，有的放矢。同時(shí)還應(yīng)告知學(xué)生考試不是目的，只是檢驗(yàn)知識的一種手段，特別是綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，考試考好了，不一定能力就好。大學(xué)的學(xué)習(xí)不像中學(xué)，應(yīng)多鼓勵(lì)學(xué)生看不同作者所寫教材，有的知識點(diǎn)在一本教材里沒看懂，但在其它教材里可能講述得非常清楚，因?yàn)槊總€(gè)方向不同的專業(yè)老師所編同一門教材的側(cè)重點(diǎn)不同。若是對程序不懂之處，那就更應(yīng)該多動手編程，然后下載到開發(fā)板上進(jìn)行調(diào)試觀察，這樣知識與能力才能不斷地得到提高。

4）今后在實(shí)際工作中能否用到？

對專科學(xué)校的學(xué)生，一般要到大二第二學(xué)期才開設(shè)該課程，很多高校在開設(shè)該課程時(shí)都有專門的實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室里有的平臺就是ARM+Linux。學(xué)生在平臺上既要移植操作系統(tǒng)內(nèi)核，又要在系統(tǒng)上編程實(shí)現(xiàn)操作?？梢詫⒂械墓镜膶?shí)際系統(tǒng)先演示給學(xué)生看，讓他們了解所要學(xué)的知識與公司所做項(xiàng)目的聯(lián)系，通過這樣的引導(dǎo)，讓他們知道所學(xué)課程在今后的工作中的重要性。當(dāng)然在平臺上真正做了東西的學(xué)生，對今后工作是很有幫助的

3 注重與其它課程的相關(guān)性

該課程系統(tǒng)性較強(qiáng)，需要前期的很多專業(yè)課鋪墊，若沒有前期的這些專業(yè)課，要學(xué)好該課程是不容易的。該課程所需要的前期課程如下：

《數(shù)字電子技術(shù)》課程使學(xué)生對硬件邏輯有直觀的了解。《電工學(xué)》讓學(xué)生能更好地理解電路?！段C(jī)原理》課程中的指令及指令地址等知識為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)?！禤rotel2004制圖》讓學(xué)生能根據(jù)要求自制原理圖及PCB板?！禖語言程序設(shè)計(jì)》課程使得學(xué)生學(xué)習(xí)后能靈活地進(jìn)行編程控制?！禠inux操作系統(tǒng)》課程使得學(xué)生學(xué)完基本命令后，能夠較好地移植內(nèi)核到所需要的平臺上。因此嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)不是孤立地一門課程，是綜合性非常強(qiáng)地一門課程。

4 教學(xué)的知識處理

我們所選教材是北京航空航天大學(xué)出版社的“十二五高等院校規(guī)劃教材”本科教材，該教材對ARM體系結(jié)構(gòu)、ARM系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)做了重點(diǎn)講解，同時(shí)還編寫了大量的有關(guān)S3C2410的硬件模塊工作原理及編程實(shí)現(xiàn)。但對于高職高專層次的學(xué)生來說，不需要太多的理論基礎(chǔ)，重在應(yīng)用。所以，必須對教材內(nèi)容有選擇地加以處理。且本課程的主要目標(biāo)是讓學(xué)生掌握以ARM處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程與編程方法，為以后從事嵌入式相關(guān)工作打下良好的編程基礎(chǔ)。當(dāng)教學(xué)目標(biāo)確定后，才能根據(jù)以上目標(biāo)制定教學(xué)重點(diǎn)。因此本課程的教學(xué)重點(diǎn)為：掌握ARM處理器的基本指令及編程方法，能夠親自動手編寫小程序控制實(shí)驗(yàn)箱上的各小模塊。對于ARM的體系結(jié)構(gòu)，ARM處理器所支持的數(shù)據(jù)類型、工作模式、寄存器組織及其尋址方式與ARM的32位指令集就成了必須掌握的知識點(diǎn)。而對于其中使用頻率低、難度較大的MMU（存儲器管理單元）、Cache、TAG RAM（物理地址）、總線接口單元、C語言與匯編語言的混合編程應(yīng)遵循的規(guī)則等部分內(nèi)容，只需弱化處理，即只讓學(xué)生了解這些內(nèi)容就行。還有混編規(guī)則也只需要在使用時(shí)能夠通過查找資料來注意寄存器、堆棧與參數(shù)的使用規(guī)則，在使用過程中再去理解這些規(guī)則的含義，通過這種方式來加深理解。

此外，為了更好地與實(shí)際接軌，我不再使用ADS作為ARM的開發(fā)環(huán)境，而改用Real View MDK作為開發(fā)工具，因?yàn)樵摴ぞ叱四軐?shí)現(xiàn)ADS所能實(shí)現(xiàn)的功能外，還能自動生成完善的啟動代碼并提供圖形化的窗口，從而提高開發(fā)效率及能大大縮短開發(fā)周期的軟件模擬器。

5 教學(xué)的難點(diǎn)突破

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)是一門難度較大的課程，不僅因?yàn)槠渚C合性較強(qiáng)，還需要學(xué)生有一定的電路知識及硬件知識作為背景，如果沒有電路知識基礎(chǔ)，那就談不上要學(xué)好該課程。在教學(xué)過程中，其難點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下方面：

首先，該課程是以ARM2410實(shí)驗(yàn)箱為硬件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（作為高職高專的學(xué)生省去了使用Protel設(shè)計(jì)原理圖并制版過程），所以第一要務(wù)就是要使實(shí)驗(yàn)箱能工作，這就牽涉到基于ARM硬件啟動程序的設(shè)計(jì)工作。由于是與硬件打交道，因此首先得使用ARM的匯編語言來分配中斷向量表，初始化存儲系統(tǒng)、堆棧、有特殊要求的硬件模塊和應(yīng)用程序的執(zhí)行環(huán)境，并改變處理器的工作模式。該內(nèi)容是整個(gè)嵌入式開發(fā)的第一大難點(diǎn)，由于學(xué)生對指令和硬件結(jié)構(gòu)不熟悉，所以對這部分的工作顯得力不從心。我采用的方法是逐個(gè)解決的辦法，先初始化將要使用到的模塊，盡量使用簡單易懂的指令實(shí)現(xiàn)。比如初始化應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境，并未像教材那樣將ROM與RAM區(qū)域進(jìn)行分開初始化，只需要初始化一個(gè)總的運(yùn)行環(huán)境就可。

其次，上層應(yīng)用就是通過編寫C程序?qū)崿F(xiàn)，這需要學(xué)生對C語言中的算法、三大程序設(shè)計(jì)方法、函數(shù)與指針內(nèi)容比較熟悉。因?yàn)楣δ軐?shí)現(xiàn)基本是通過一個(gè)一個(gè)的函數(shù)模塊來完成，同時(shí)，對于訪問硬件的具體部分時(shí)需要由指針來實(shí)現(xiàn)。如對于發(fā)光二極管的控制，首先要能根據(jù)硬件電路原理圖，找出二極管對應(yīng)連接處理器的哪個(gè)I/O口，而對I/O口的操作是通過對相關(guān)各個(gè)寄存器的讀/寫實(shí)現(xiàn)，該部分內(nèi)容要由指針來實(shí)現(xiàn)，最后設(shè)置I/O口的功能為輸出功能。在功能的實(shí)現(xiàn)上采用“累加法”，這就牽涉到C語言中的函數(shù)及函數(shù)調(diào)用的使用。先使用一個(gè)函數(shù)模塊通過對數(shù)據(jù)寄存器的訪問來實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，然后逐步添加模塊來實(shí)現(xiàn)新增功能。這樣既提高了代碼的可讀性、執(zhí)行效率和學(xué)生編程興趣，又提高了學(xué)生編寫程序的能力。

6 結(jié)束語

嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用與開發(fā)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用嵌入式專業(yè)方向?qū)W生的專業(yè)核心課程，作為一門綜合性的課程，我們在總結(jié)自己的一些教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，試圖將與此相關(guān)的課程融入到整個(gè)專業(yè)體系中。讓學(xué)生從興趣出發(fā)，從實(shí)際動手編程調(diào)試出發(fā)，從而更好地為自己的專業(yè)能力打下良好的基礎(chǔ)，以便能更好地服務(wù)社會。

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