王志軍　楊延軍　段曉輝　趙建業(yè)　張?jiān)品?/p>

“嵌入式系統(tǒng)”課程是“北京大學(xué)電子信息科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心”為信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子類高年級(jí)本科生和研究生新開設(shè)的一門以實(shí)驗(yàn)為主的選修課，目的是通過對(duì)嵌入式系統(tǒng)組成原理的學(xué)習(xí)和專題實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

“嵌入式系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研綜合方法的培養(yǎng)，包括需求分析、方案論證、資料搜集、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路調(diào)試、系統(tǒng)測(cè)試、報(bào)告撰寫等。除了培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的能力外，還要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮想象力，提出問題或見解，即培養(yǎng)創(chuàng)新能力。對(duì)于沒有學(xué)過的或跨學(xué)科的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)、理解，最終應(yīng)用于系統(tǒng)中去。

“嵌入式系統(tǒng)”課程介紹

1.學(xué)時(shí)學(xué)分

總課時(shí)：60學(xué)時(shí)（理論課：16學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課：44學(xué)時(shí)）；學(xué)分：2學(xué)分。

2.課程內(nèi)容

（1）理論課

共授課8次，每次2學(xué)時(shí)，共需4周時(shí)間。具體內(nèi)容如下：

* 嵌入式系統(tǒng)概述

* ARM體系結(jié)構(gòu)與嵌入式CPU

* 嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)——SitSang Board

* 嵌入式Linux操作系統(tǒng)原理

* 嵌入式Linux軟件開發(fā)

* 嵌入式Linux圖形程序設(shè)計(jì)

* 嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

* 嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)

通過上述理論課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生基本掌握嵌入式系統(tǒng)的基本理論和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，以及Intel SitSang開發(fā)平臺(tái)的組成、嵌入式Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)原理，為下一步的實(shí)驗(yàn)課程打下基礎(chǔ)。

（2）實(shí)驗(yàn)課

實(shí)驗(yàn)課分為兩個(gè)階段，專題實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。專題實(shí)驗(yàn)共有6次，每次4學(xué)時(shí)，共24學(xué)時(shí)（6周）。專題實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容如下：

實(shí)驗(yàn)一 SitSang Board組成和原理

實(shí)驗(yàn)二 ARM匯編程序設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)三 嵌入式Linux內(nèi)核

實(shí)驗(yàn)四 嵌入式Linux程序設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)五 嵌入式Linux圖形程序設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)六 嵌入式Linux驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

在專題實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生自由組隊(duì)三人一組，每次實(shí)驗(yàn)又分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、修改性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。硬件開發(fā)平臺(tái)采用Intel SitSang（PXA255）板。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)用來熟悉開發(fā)平臺(tái)的硬件，第二個(gè)實(shí)驗(yàn)用來了解比較底層的ARM匯編程序的開發(fā)方法，其他四個(gè)實(shí)驗(yàn)都是圍繞 Linux操作系統(tǒng)來進(jìn)行的。

嵌入式Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核——zImage采用的是經(jīng)過Intel公司修改的2.4.19版本；嵌入式文件系統(tǒng)采用的是JFFS2，它是專門為Flash設(shè)備設(shè)計(jì)的文件系統(tǒng)；為了避免頻繁的Flash讀寫和節(jié)省將文件系統(tǒng)燒錄到Flash中的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)中我們主要采用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS），它使目標(biāo)系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候通過網(wǎng)絡(luò)在主機(jī)上得到文件系統(tǒng)的內(nèi)容，而不需要訪問Flash設(shè)備，大大提高了開發(fā)效率；圖形開發(fā)選擇qtopia-1.7.0作為軟件平臺(tái)，開發(fā)工具主要使用qt-embedded-2.3.7；驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)主要涉及了加速度計(jì)、測(cè)試LED和面板按鈕，希望學(xué)生對(duì)驅(qū)動(dòng)有初步的了解，在專題實(shí)驗(yàn)中并沒有設(shè)計(jì)很復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)。

項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)仍為三人一組，共20學(xué)時(shí)，需5周時(shí)間。實(shí)際操作上，項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)被安排在開放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以自由安排其實(shí)驗(yàn)時(shí)間，每個(gè)學(xué)生實(shí)際花費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于20學(xué)時(shí)。項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的命題由教師推薦和學(xué)生自選，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的目的。推薦的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)題目如下：

* MP3播放器

* 簡(jiǎn)單PDA（記事本、通信錄、備忘錄等）

* 簡(jiǎn)單E-mail編輯、收發(fā)器

* 簡(jiǎn)單游戲（游戲桿控制）

在項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)的管理中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)幾組學(xué)生，每周至少一次對(duì)學(xué)生進(jìn)行檢查、督導(dǎo)。同時(shí)，設(shè)有兩個(gè)檢查時(shí)間點(diǎn)：一個(gè)是項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)開始的一周后，要求學(xué)生提供一份書面的項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)報(bào)告，包括需求分析、方案論證、系統(tǒng)功能、資源分配、任務(wù)分工及任務(wù)時(shí)間表等；另一個(gè)檢查點(diǎn)為項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的答辯驗(yàn)收，每組答辯時(shí)間為15分鐘，包括項(xiàng)目系統(tǒng)演示5分鐘，PPT講演5分鐘和提問5分鐘，屆時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備好：項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)報(bào)告、PPT講演稿和項(xiàng)目演示系統(tǒng)。

（3）成績(jī)?cè)u(píng)定

專題實(shí)驗(yàn)：40分（實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)：20，實(shí)驗(yàn)報(bào)告：20）；

項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)：60分（系統(tǒng)演示：30，實(shí)驗(yàn)報(bào)告：20，答辯：10）。

（4）參考教材

[1] 嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)講義.北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院內(nèi)部教材.

[2] 陳章龍等譯.嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)- Intel Xscale 結(jié)構(gòu)與開發(fā)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[3] 王勇等譯.GNU/Linux 編程指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2000.

[4] 田澤等譯.ARM SoC體系結(jié)構(gòu)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

“嵌入式系統(tǒng)”課程教學(xué)效果

通過理論課的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了嵌入式系統(tǒng)的組成和基本原理、ARM體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)的基本原理，以及嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程等。

通過實(shí)驗(yàn)課的訓(xùn)練，學(xué)生不僅提高了實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是提高了綜合創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生被分為三人一組，這使得學(xué)生學(xué)到了任務(wù)劃分和相互合作，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神；課程內(nèi)容具有一定的深度，很多知識(shí)點(diǎn)學(xué)生都是第一次接觸，這使得學(xué)生學(xué)會(huì)了主動(dòng)學(xué)習(xí)、廣泛搜集資料，綜合能力得到訓(xùn)練；碰到問題，學(xué)生敢于面對(duì)，并積極努力去解決，培養(yǎng)了學(xué)生的頑強(qiáng)拼搏精神；項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生開動(dòng)腦筋，完成了很多他們感興趣的題目，并力求將項(xiàng)目做得完美，這些培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力；項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)最后的答辯驗(yàn)收，則訓(xùn)練了學(xué)生講演、快速反應(yīng)和推銷自己的能力。

以下是學(xué)生完成的、具有代表性的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)題目：

* 便攜式MP3播放器

* 便攜式MPEG4播放器（使用了Intel IPP庫(kù)）

* 便攜式E-mail收發(fā)終端

* 便攜式旅游信息終端

* 基于Linux的PDA的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

* 基于Linux的可視電話的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

課程的進(jìn)一步改進(jìn)

通過“嵌入式系統(tǒng)”課程對(duì)兩屆學(xué)生的開設(shè)，我們積累了一些經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也存在著一些需要繼續(xù)改進(jìn)的方面。從學(xué)生的反饋上看，該課程對(duì)于四年級(jí)的本科生來說，涉及的知識(shí)面廣、內(nèi)容偏深：既要求學(xué)生有硬件電路知識(shí)，又要有計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等方面的知識(shí)，還要熟悉編程語(yǔ)言及應(yīng)用系統(tǒng)組成。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，學(xué)生們很難完全掌握和消化，往往占用了他們很多的課余時(shí)間。因此，如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生基本掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)，培養(yǎng)他們的綜合創(chuàng)新能力，是課程進(jìn)一步改進(jìn)的重點(diǎn)。

（1）進(jìn)一步系統(tǒng)化理論課程內(nèi)容

目前，理論課由幾位教師分別以講座的形式向?qū)W生授課。在課程內(nèi)容上，雖然大體上有重點(diǎn)劃分，但仍需要進(jìn)一步統(tǒng)籌規(guī)劃、突出重點(diǎn)。重點(diǎn)講授需要學(xué)生掌握的基本知識(shí)，而不是面面俱到，進(jìn)一步的提高可由學(xué)生憑個(gè)人興趣自學(xué)完成。另外，課程內(nèi)容中多增加一些實(shí)例，以幫助學(xué)生理解和消化。

（2）加快理論課教材建設(shè)

嵌入式系統(tǒng)涉及的知識(shí)面廣，參考資料也非常多，泛泛地為學(xué)生指定幾本參考書，這使得學(xué)生無時(shí)間遍覽，也很難抓住重點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)課程的進(jìn)一步建設(shè)，應(yīng)該根據(jù)該課程的目標(biāo)和內(nèi)容的需要，編寫一本理論課教材。這樣既可以幫助學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)的基本知識(shí)，又節(jié)省了學(xué)生的時(shí)間。這項(xiàng)工作目前正在進(jìn)行中。

（3）增加演示項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)

對(duì)于專題實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以按照實(shí)驗(yàn)講義一步步地完成。但到了項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)階段，學(xué)生普遍感覺跨度較大，往往無從下手，需要教師多次的引導(dǎo)和幫助。這是因?yàn)閷W(xué)生習(xí)慣于單元實(shí)驗(yàn)，而缺少系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練。為了幫助學(xué)生項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)?zāi)苎杆偕鲜?，我們的嵌入式系統(tǒng)課程準(zhǔn)備在專題實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，增加一個(gè)演示項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)。在項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)、理論推導(dǎo)、系統(tǒng)功能、性能測(cè)試等方面為學(xué)生提供一個(gè)完整的實(shí)例，相信一定會(huì)對(duì)學(xué)生有所幫助。

“嵌入式系統(tǒng)”課程的建設(shè)，適應(yīng)了當(dāng)代電子信息科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的要求，為高年級(jí)本科生及研究生提供了一個(gè)較好的高端選修課。四年的開課實(shí)踐證明：本課程較全面地訓(xùn)練了學(xué)生們的綜合創(chuàng)新能力，受到了學(xué)生們的歡迎。