摘要：本文介紹了以“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課程為核心培養(yǎng)應(yīng)用型人才的指導(dǎo)思想，開設(shè)與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)課程的必要性，以及相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、培養(yǎng)思路、具體做法和取得的成績(jī)并作出總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；培養(yǎng)；人才；模式

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5913（2007）02-0075-03

培養(yǎng)應(yīng)用型人才是我校的辦學(xué)目標(biāo)，本人結(jié)合與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)的教學(xué)作了一些探索與嘗試，收到了較好的效果。在此，就我的認(rèn)識(shí)簡(jiǎn)述如下。

１教學(xué)指導(dǎo)思想

在人們的習(xí)慣意識(shí)中，總是將專業(yè)教學(xué)與學(xué)生科技活動(dòng)看成是兩個(gè)歸屬不同的部門，毫不相關(guān)的工作。但在高等教育全面改革的今天，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)搞得怎樣？如何拓展教學(xué)實(shí)踐的新途徑，已經(jīng)成為衡量一個(gè)學(xué)校教學(xué)水平的主要因素之一。筆者開展與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)的教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo)思想就是將學(xué)生科技活動(dòng)與專業(yè)教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提出將學(xué)生科技活動(dòng)融入教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的新思路，探索了一條培養(yǎng)應(yīng)用型人才的新模式。通過(guò)一系列學(xué)生科技活動(dòng)的開展，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)非常有利，它對(duì)學(xué)生的影響是積極、長(zhǎng)遠(yuǎn)的。

２開設(shè)與“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”有關(guān)課程的必要性

嵌入式計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)60年代初，航天工業(yè)從那時(shí)起已開始使用實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行航天飛行器的測(cè)控和導(dǎo)航。隨著半導(dǎo)體和微處理器技術(shù)的發(fā)展，到了20世紀(jì)80年代，大量4位、8位和16位微處理器開始應(yīng)用于各種設(shè)備中，如飛行器、艦船、汽車、電話、電視機(jī)、微波爐、照相機(jī)甚至玩具，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)開始應(yīng)用。進(jìn)入后PC時(shí)代，4位、8位和16位微處理器逐步讓位于32位嵌入式芯片，嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用更加廣泛。它將廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、有線和移動(dòng)通信、汽車、醫(yī)療、工業(yè)控制、航空航天及國(guó)防等領(lǐng)域的民用和軍用電子設(shè)備。形式多樣的嵌入式計(jì)算機(jī)正努力把Internet連接到人們生活的各個(gè)角落，其消費(fèi)量將以億計(jì)，逐步形成一個(gè)充滿商機(jī)的巨大產(chǎn)業(yè)。

隨著嵌入式應(yīng)用復(fù)雜度的提高，嵌入式軟件的規(guī)模也發(fā)生了指數(shù)型增長(zhǎng)。軟件的實(shí)現(xiàn)從某種意義上說(shuō)決定了產(chǎn)品的功能，已成為新產(chǎn)品成功與否的關(guān)鍵因素，是未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。由于嵌入式軟件呈現(xiàn)出一種高度細(xì)分的市場(chǎng)格局，國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)入也很難壟斷整個(gè)市場(chǎng)，這為我國(guó)的軟件產(chǎn)業(yè)提供了一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。

目前市場(chǎng)急需專業(yè)化的嵌入式軟件人才，為適應(yīng)這種需求，國(guó)內(nèi)高校大多已開設(shè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)的各種課程。在這種背景下我們從2004年秋季開始陸續(xù)為通信系本科三年級(jí)的學(xué)生開設(shè)了“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”，為信研一年級(jí)的學(xué)生開設(shè)了“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的課程。

3 選擇合適的教學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。為了使學(xué)生能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，應(yīng)選擇一種合適的教學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)。我們選購(gòu)的是美國(guó)Altera公司的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研試驗(yàn)平臺(tái)。

Altera公司在可編程系統(tǒng)級(jí)芯片(SOPC)領(lǐng)域中處于前沿和領(lǐng)先的地位，其2003年度的年收入高達(dá)8.272億美元，其產(chǎn)品向全世界近14，000家客戶提供超值的可編程解決方案。 Altera大學(xué)計(jì)劃為全球范圍內(nèi)的大專院校提供先進(jìn)的開發(fā)軟件、可編程邏輯器件、開發(fā)工具以及完整的設(shè)計(jì)套件，有效地補(bǔ)充了現(xiàn)有的數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)。它所提供的軟件和硬件平臺(tái)適合于各種設(shè)計(jì)課程的使用，包括入門級(jí)的邏輯設(shè)計(jì)和高級(jí)的計(jì)算構(gòu)架。NiosⅡ處理器能從外設(shè)和存儲(chǔ)器接口庫(kù)中進(jìn)行選擇，將處理器、外設(shè)、存儲(chǔ)器和I/O接口集成在單片F(xiàn)PGA中，定制自己設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，并且對(duì)各種外圍設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大的支持平臺(tái)；SOPC Builder系統(tǒng)開發(fā)工具可以自動(dòng)生成組件以及聯(lián)接組件的總線，所有軟件開發(fā)任務(wù)編輯、構(gòu)建、程序調(diào)試都能夠在(IDE)下完成，從而簡(jiǎn)化了開發(fā)過(guò)程，降低了系統(tǒng)成本、復(fù)雜性以及功耗，并且通過(guò)移植到Altera的結(jié)構(gòu)化ASIC中，實(shí)現(xiàn)低成本、大批量產(chǎn)品。

該公司開發(fā)的有關(guān)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)與科研平臺(tái)操作簡(jiǎn)單，硬件和軟件資源比較好，適合教學(xué)要求。

4 培養(yǎng)應(yīng)用型人才

嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)嵌入式系統(tǒng)涉及的硬件部分和軟件部分作了分析比較，確立了以教學(xué)實(shí)驗(yàn)板為物理基礎(chǔ)，以軟件應(yīng)用設(shè)計(jì)開發(fā)為主的指導(dǎo)思想，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)課程，作相關(guān)市場(chǎng)調(diào)研，提出課題，還組織學(xué)生參加相關(guān)的大學(xué)生科技活動(dòng)和競(jìng)賽，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和潛在能力。

（1）面對(duì)不同的授課對(duì)象

作為“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”和“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”兩門課程的主講教師，筆者面對(duì)不同的對(duì)象，從學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律出發(fā)，采用分層次、個(gè)性化引導(dǎo)的方法最大限度地引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生熱愛(ài)學(xué)習(xí)、努力鉆研，盡可能作到因材施教。

“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課內(nèi)安排56學(xué)時(shí)，其中只有8學(xué)時(shí)是實(shí)驗(yàn)；“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”課內(nèi)安排32學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，不足以讓學(xué)生掌握這門課程的開發(fā)方法，為了解決這個(gè)問(wèn)題，一方面我積極與實(shí)驗(yàn)室的老師協(xié)調(diào)，為學(xué)生盡可能地開放實(shí)驗(yàn)室；另一方面針對(duì)基礎(chǔ)好、感興趣的同學(xué)進(jìn)行引導(dǎo)。由于學(xué)生選課的時(shí)間不能與實(shí)驗(yàn)室開放的時(shí)間相吻合，我結(jié)合學(xué)生自身有計(jì)算機(jī)的資源優(yōu)勢(shì)，把開發(fā)板借給學(xué)生，讓他們回去搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

我們的研究生來(lái)自不同的學(xué)科、不同的專業(yè)，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的水平參差不齊，有的基礎(chǔ)相對(duì)好些，而有個(gè)別學(xué)生甚至連微機(jī)原理之類的課程都沒(méi)有學(xué)過(guò)。針對(duì)這種情況，我課上只能假設(shè)所有選修這門課程的同學(xué)都具有微機(jī)原理的基礎(chǔ)，都會(huì)使用C語(yǔ)言編寫程序，課后再針對(duì)不同的學(xué)生作不同的指導(dǎo)。由于每個(gè)學(xué)生自身精力投入的不同，課程結(jié)束后每個(gè)人達(dá)到的水平是不同的。

我力圖使學(xué)生通過(guò)對(duì)課程的學(xué)習(xí)掌握嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)方法，培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于這是一門軟、硬件結(jié)合，且實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)要求相對(duì)其他的課程要多些。有一部分學(xué)生想學(xué)好，但苦于基礎(chǔ)太差，我本著學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)加以引導(dǎo)；針對(duì)有開發(fā)潛力的同學(xué)，我?guī)麄內(nèi)⒂^相關(guān)的應(yīng)用設(shè)備展覽，啟發(fā)他們的思路，給他們講解如何用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際生活問(wèn)題。這樣做雖然很辛苦，但收到了很好的效果，一學(xué)期結(jié)束后，同學(xué)們從最初的不懂科研，到自己能夠提出課題，我感到由衷的欣慰。

(2)培養(yǎng)應(yīng)用型人才

為了促進(jìn)學(xué)生在校期間工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和軟硬件設(shè)計(jì)的綜合能力，消除大學(xué)生就業(yè)過(guò)程中理論脫離實(shí)際的尷尬場(chǎng)面，進(jìn)一步緩解嵌入式行業(yè)人才的緊缺現(xiàn)狀，在教學(xué)過(guò)程中我始終堅(jiān)持方法、能力和品質(zhì)的培養(yǎng)，積極鼓勵(lì)、引導(dǎo)有能力的同學(xué)結(jié)合課程提出課題，參加有關(guān)競(jìng)賽，從而使優(yōu)秀的人才脫穎而出。

2005春季第一次為通信02A-12班開設(shè)“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程，2005年6月我指導(dǎo)學(xué)生參加中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)與北京博創(chuàng)科技發(fā)展有限公司聯(lián)合舉辦的“博創(chuàng)杯”嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)優(yōu)秀作品評(píng)選活動(dòng)并獲得優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)。參賽的三名同學(xué)有幸進(jìn)入中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)建立的人才檔案庫(kù)，協(xié)會(huì)將向全國(guó)各地會(huì)員單位和IT企業(yè)為他們推薦工作，對(duì)獲獎(jiǎng)作品項(xiàng)目由中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式系統(tǒng)分會(huì)協(xié)助轉(zhuǎn)讓技術(shù)成果，促進(jìn)推廣應(yīng)用。

(3)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

通信02A-12的五位同學(xué)，結(jié)合“微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)，不畏困難、積極進(jìn)取，結(jié)合當(dāng)今科技發(fā)展的最新成果，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研提出極具應(yīng)用價(jià)值的課題，參加了“2005年度NiosⅡ處理器嵌入式設(shè)計(jì)大賽”。經(jīng)過(guò)2005年3月到5月的努力，兩隊(duì)同學(xué)入圍了亞太賽區(qū)前80名并進(jìn)入決賽階段。這一活動(dòng)大大地激發(fā)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神。盡管美國(guó)Altera公司為入圍的每隊(duì)選手提供了免費(fèi)的開發(fā)板，但入圍并不等于最終作品的完成，五位同學(xué)中有四名報(bào)考研究生，一名同學(xué)報(bào)考國(guó)家公務(wù)員，后來(lái)由于學(xué)生自身精力投入不足，最終作品沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。

這件事情使我陷入了深深的思索。由于我校在校本科學(xué)生不能免試讀研究生，學(xué)生既要兼顧考研又要做好科研課題是沒(méi)有時(shí)間保障的，而不考研的同學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)要差。通過(guò)與其他兄弟院校的老師溝通交流，我認(rèn)為針對(duì)我校的特殊情況，可以走研究生與本科生相結(jié)合的路子，這方面的工作還有待今后更進(jìn)一步完善。

5 展望

我校與美國(guó)Altera公司在通信實(shí)驗(yàn)中心于2006年5月18日掛牌成立了“北方工業(yè)大學(xué)—ALTERA公司EDA/SOPC聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室與培訓(xùn)中心”。該中心的成立為我們以后培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才提供了更好的平臺(tái)。

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[3] 王宜懷， 劉曉升. 嵌入式應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2005.

投稿日期：2006-08-09

作者簡(jiǎn)介：劉紅（1967.4-），女（漢族），北京人，副教授，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。