浅谈嵌入式系统开发课程教学研究

摘 要：嵌入式系统开发是结合了软件与硬件两种技术的一门课程。通过对嵌入式系统现状及特点的分析来进一步研究在课程开发以及教学实践中所存在的问题，进一步针对教学实践存在的问题来找到解决的方法并加以改进，结合计算机科学与技术系学生特色与实验室现有的实训设备，从整个课程内容的安排、教学方法的设计以及实验教学等方面分别进行了教学研究及改进。经过多次教学的实践实践证明，改进后的教学方法能有效解决之前所存在的问题，更好地达成理想中建设的课程目标。

关键词：嵌入式系统开发;教学方法;教学内容;实验安排

嵌入式系统是一种计算机专用系统，嵌入到装置或设备中。嵌入式系统的功能、开发效率以及成本、等综合因素进一步决定了嵌入式设备选材的多样化以及软件、硬件可裁剪[1]。嵌入式系统的中心是应用，基础是计算机技术，适合用在应用系统对于功能、可靠性、成本、体积以及功耗有严格要求的计算机应用系统。

嵌入式系统是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似于BIOS工作方式，应用的范围非常广。因此，嵌入式系统在教学内容的开发以及课程的设置非常广泛，软件部分既包括汇编语言又包括C语言以和嵌入式Linux操作系统相关知识，硬件部分不仅涉及计算机原理、基础硬件电路还包括接口协议等技术，因此在综合知识和计算机编程能力上要求较高 [2]。

1 嵌入式系统在课程开发中的特点

1.1内容广泛

嵌入式系统所涉及到的知识比较广泛，对于综合性要求较高。要求学生不仅要掌握计算机相关的基础知识，还要了解硬件结构和软件编程。包括ARM结构、电路原理、串口协议;以及软件方面的ARM指令、汇编、C语言以及嵌入式Linux操作系统软件开发。嵌入式系统开发的课程，要求学生通过了解嵌入式Linux系统的移植和基础设备驱动开发，熟悉硬件体系结构和基础硬件开发，来掌握嵌入式系统开发环境的搭建，进而让学生能够独立完成一个小型完整的嵌入式系统的开发。

1.2 实践性强

嵌入式系统的教学课程的侧重于时间。课程设计上以实训为主理论为辅，大比分的时间用在动手操作。在实际操作的过程中，学生可以加深对基础理论知识的理解，并且可以提高学生的学习兴趣，培养学生的动手能力，在课堂上更容易投入到学习中。通过多次的实训，学生能熟悉嵌入式系统完整的开发流程，并在解决实际问题的同时掌握软硬件的开发方法。

2 嵌入式系统开发教学内容改革要求

2.1 教学内容的设置

由于嵌入式系统要求理论与实践相结合，所以嵌入式系统的教学要在理论与实践两方面进行改革。 理论教学主要基于PC系统的教学，理论环节主要以进程管理、内存管理、设备管理、文件系统四个方向进行教学。嵌入式系统具有软硬件结合的特点，设计知识面较广，理论与实践紧密结合。以实践教学为主，在教学中占较重的比例，可以分为课内实验和课外实验。课内实验的开设以理论课为主，通过理论课的讲授和实验操作让学生对于嵌入式系统有基本的认识和理解，再搭配课外实验，进一步提高学生综合开发的能力。课外实验学生可以采用项目的方式在我校建设的实验室中进行完成。可以基于ARM芯片系统上开发;课内实验要求学生独立完成，课外实验可以以项目组的方式完成。

2.2 物联网专业嵌入式教学内容侧重点

嵌入式系统开发可分为硬件开发和软件开发两个方向，而软件开发又可细分为系统级软件开发和应用软件开发两个子方向。硬件开发包括ARM、存储（如flash）、I/O（I/O控制电路、显示模块、通讯模块等），系统级软件开发包括Linux操作系统内核、I/O软件以及设备驱动开发，应用软件开发包括基于Linux的应用开发。考虑到物联网技术专业学生特长和发展方向，目标培养更偏向于嵌入式Linux系统软件的开发，在授课计划安排上以软件为主，兼顾学习硬件基础知识。主要学习汇编语言、C语言程序设计、Linux命令、侧重于编程应用。

3、教学方法改革

3.1 讲授与讨论相结合

在教学中，讲授法是最基本的教学方法，可以通过多媒体教学来充分调动学生的学习积极性，与讨论法相结合，在授课时突出嵌入式系统的特点，教师在讲授了基本知识后抛出适当的问题，学生进行讨论，在教师的指导下对问题进行分析和探讨，并通过讨论活动获得知识。有点在于，培养合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。

3.2 项目驱动式教学方法

从项目出发，合理安排课程内容。将项目式教学引入到“嵌入式系统及应用”得课程中，在提升学生动手操作能力的 同时提高学生的学习积极性。要求以教学工作顺利进行为前提项目具有较高的实践性，与企业的实际项目联系紧密，教材和项目具有较好地联系性。项目内容必须是当前急需的主流技术。要求项目的设计能够帮助学生自主思考，对所学理论有更深刻的理解。

4 实验教学改革

实验教学是嵌入式系统开发课程教学的一个重要环节，通过实验，不仅可以帮助学生加深对理论知识的理解，更能够着重培养学生正确使用仪器设备，进行测试、分析、综合思考和编写实验报告的能力[3]。

4.1 实验课程的内容安排

实验设备采用北京新大陆时代教育科技有限公司的嵌入式教學平台NEWLab，其ARM核心模块采用S3C2451作为CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口丰富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG调试接口，液晶屏、触摸屏、键盘接口，并将SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便与外部模块进行连接。

实验课内容从容易到难，从单个硬件的使用到多个硬件的综合控制。在实验过程中需完成工程的新建、汇编程序的编写、C语言程序的编写、烧写程序并调试，最后是观看实验结果。通过多次试验，学生可以初步掌握嵌入式linux系统中开发工具的使用以及程序编写的一般步骤，还对基本的ARM内GPIO端口有了更加深刻的认识。在实验过程中，注意不断地激发学生的学习热情和动手实验的兴趣。鼓励学生采用不同的程序编写的方法去实现同一个实验的功能，提高学生的编程能力，达到举一反三的作用。

4.2 实验教学环节改革

对实验教学环节设计进行改革，从以往的“验证性为主”逐步变为“操作为主”的实验课程教学设计模式。

通过项目驱动的方式来重点关注学生对于专业知识的掌握能力以及动手解决问题的能力以及团队协作的能力[4]。采取多样化教学评价和考核方式，既能对学生的学习水平进行考核，也可以在过程中发现教学改革中存在的问题并及时更改。

5 结束语

通过以上列课程教学内容的改革，既可以有效地调动学生学习的主观能动性和学习热情，又可以提高学生分析解决问题的能力以及动手解决问题的能力，通过理论结合实践，更好的学会了知识的应用。经过专业项目训练的学生可以尽快的缩短在企业的磨合期，能更快的适应企业的岗位需求，大大的缩短了学生到员工的身份转变的时间，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1] 张立新. 计算机嵌入式系统核心技术的开发探讨[J]. 无线互联科技， 2017（21）： 80-81.

作者简介：

李佳琪（1996.6.11），籍贯：黑龙江省，性别：女，学历：本科，研究方向：嵌入式系统开发.