《嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》教學(xué)大綱

1、入 式 系 統(tǒng)應(yīng) 用 教 學(xué) 大綱一、課程概述1. 課程研究對象和研究內(nèi)容嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)是當(dāng)今 IP 技術(shù)發(fā)展的重要方面 ，它的有關(guān)理論和方法已經(jīng)逐漸成為理工科專業(yè)學(xué)生從 以計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)為 自動控制、計算機(jī)科事相關(guān)領(lǐng)域?qū)W習(xí)必須掌握的知識及技能。 核心，密切結(jié)合工程實際的一門新型技術(shù) 學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)課程處于同一嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用應(yīng)用技術(shù)是 科學(xué)和邊緣科學(xué)，與電子、 層次，是計算機(jī)、通信工程專業(yè)的重要專業(yè)課程 ，屬專業(yè)課程范疇。嵌入式應(yīng)用技術(shù)以應(yīng) 用為核心，研究如何應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)的基本技術(shù)、如數(shù)值分析、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編程技術(shù)、操作系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)構(gòu)建專用的計算機(jī)系統(tǒng)，以滿足目標(biāo)

2、系統(tǒng)的應(yīng)用需求。2. 課程在整個課程體系中的地位嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的前置課程有數(shù)值分析、C語言程序設(shè)計、模撥T數(shù)字電路基礎(chǔ) 、數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu) 、以 及單片機(jī) 、微機(jī) 原 理 、電工 電子技術(shù) ，通 過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)的基本理論和基本知識，能根據(jù)產(chǎn)品性能要求，具有初步分析設(shè)計嵌入式系統(tǒng)的能力。課程目標(biāo)1. 知道本課程的性質(zhì)、 地位和實用價值。知道這門學(xué)科的研究范 圍、基本框架、研 究方法、學(xué)科進(jìn)展和未來發(fā)展方向。2. 理解這門學(xué)科的主要概念、基本原理和方法。3. 掌握嵌入式系統(tǒng)基本模型的建立步驟、基本設(shè)計方法，學(xué)生也應(yīng)具備一定的目標(biāo)系統(tǒng)的仿真能力 。4. 了解嵌入式系統(tǒng)技術(shù)在

3、電子產(chǎn)品中的典型應(yīng)用，熟悉典型應(yīng)用 系統(tǒng)。5. 知道嵌入式系統(tǒng)的基本知識及最新技術(shù)發(fā)展。三、課程內(nèi)容和 要求這門學(xué)科的知識與技 能要求分為知道、理解、掌握、學(xué)會四個層次。這四個層次的一般涵義表述如下：知道是指對這門學(xué)科和教學(xué)現(xiàn)象的認(rèn)知。理解是指對這門學(xué)科涉及到的概念、原理、策略與技術(shù)的說明和解釋，能提示所涉及到的教學(xué)現(xiàn)象演變過程的特征、形成原因以及教學(xué)要素之間的相互關(guān)系。掌握是指運用已理解的教學(xué)概念和原理說明、解釋、類推同類教學(xué)事件和現(xiàn)象。學(xué)會是指能模 仿或在教師指導(dǎo)下獨立地完成某些教學(xué)知 識和技能的操作任務(wù)，或能識別操作中的一般差錯。教學(xué)內(nèi)容和要求表中的號表示教學(xué)知識和技能的教學(xué)要求層次。本

4、標(biāo)準(zhǔn)中打“ * ”號的內(nèi)容可作為自學(xué)，教師可根據(jù)實際情況確定要求或不布置要求。教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求表教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求知道理解掌握學(xué)會1嵌入式系統(tǒng)的基本概念1.1 系統(tǒng)技術(shù)前沿、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢及相關(guān)領(lǐng)域研究成果1.2 系統(tǒng)的特點、分類、基本概念VV2嵌入式實時操作系統(tǒng)2.1 介紹主流實時操作系統(tǒng)，深入剖析WinCE、Linux、C/OS,2.2 操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、實時性、應(yīng)用VV3嵌入式硬件平臺3.1 介紹主流硬件平臺，詳細(xì)介紹ARM單片機(jī)功能及應(yīng)用、3.2 介紹DSP、ATMEL單片機(jī)功能及應(yīng)用VV4 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，以嵌入式智能監(jiān)控 器與嵌入式控制器為例V5

5、 嵌入式系統(tǒng)編程介紹嵌入式軟件的體 系結(jié)構(gòu)，著重講解嵌入式 ARM 體系的匯編編程方法。C語言編程方法，操作系統(tǒng)應(yīng)用編 程方法。V6嵌入式綜合應(yīng)用技術(shù)學(xué)生以5-8名分組，進(jìn)行嵌入式開發(fā)技術(shù)的研討，師生點評，探討。V7實驗實驗一、ARM ADS開發(fā)環(huán)境及ARM開發(fā)平臺簡介實驗二、ARM的輸入輸出接口實驗：I/O、A/D、鍵盤驅(qū)動實驗三、ARM的串行通訊實驗實驗四、C/OS-I在ARM上的移植實驗實驗五、基于C/OS-n的嵌入式編程實驗：消息循 環(huán)、文件系統(tǒng)VVVVV四、課程實施(1)課時安排與教學(xué)建議嵌入式應(yīng)用技術(shù) 是信息類專業(yè)專業(yè)課，在課時相對較少的 情況下，每周安排 3課時，其中理論教學(xué) 4

6、2課時，實驗教學(xué)12課時，共安排54課時。教學(xué)要 求充分利用課堂時 間，同時要求學(xué)生在 課外自學(xué)部分內(nèi)容，同時要布置一定的習(xí)題。具體課時安排如下：課時安排及教學(xué)方法表教學(xué)內(nèi)容課時 建議教與學(xué)方法建議1.嵌入式系統(tǒng)技術(shù)前沿、應(yīng)用 領(lǐng)域、發(fā)展趨勢及相關(guān)領(lǐng)域研 究成果4把課程的總體框架和 要求講授給學(xué)生、可以通 過多媒體進(jìn)行講授2.嵌入式系統(tǒng)的基本知識3嵌入式系統(tǒng)的特點、分類、基本概念 通過多媒體進(jìn)行講授3.嵌入式實時操作系統(tǒng)4介紹主流實時操作系統(tǒng)，深入剖析WinCE、Linux、C/OS,包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實時性、應(yīng)用，通過多媒 體進(jìn)行講授4.實驗一、ARM ADS1.2 開發(fā) 環(huán)境及ARM開發(fā)平臺簡

7、介2實驗前可以用多媒體方式給學(xué)生在課堂上作實 驗預(yù)習(xí)，以提高實驗效果。5.嵌入式硬件平臺4介紹主流硬件平臺，詳細(xì)介紹ARMLPC2XXXDSP、單片機(jī)功能及應(yīng)用，通 過多媒 體進(jìn)行講授6.實驗二、ARM的匯編編程實 驗2實驗前可以用多媒體方式給學(xué)生在課堂上作實 驗預(yù)習(xí)，以提高實驗效果7.嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法4介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，以嵌入式智 能監(jiān)控器與嵌入式控制器為例8.嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)計6簡要介紹外圍接口設(shè) 計，以LCD、觸摸屏為例， 著重講解人機(jī)交互接 口設(shè)計9.實驗三、ARM的輸入輸出接 口實驗：I/O、A/D、鍵盤驅(qū)動2實驗前可以用多媒體方式給學(xué)生在課堂上作實 驗預(yù)習(xí)，以提高

8、實驗效果10.ARM指令系統(tǒng)進(jìn)一步講解4ARM指令特點、指令編程等內(nèi)容11.實驗四、ARM的GPIO驅(qū)動實驗2實驗前可以用多媒體方式給學(xué)生在課堂上作實 驗預(yù)習(xí)，以提高實驗效果12.嵌入式系統(tǒng)編程6簡要介紹嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)，著重講解嵌 入式的編程方法13. c/os-n操作系統(tǒng)的移植分 析4介紹 C/OS-I的體系結(jié)構(gòu)，著重講解其移植的 編程方法14.實驗五、C/OS-n 在 ARM上的移植實驗4實驗前可以用多媒體方式給學(xué)生在課堂上作實 驗預(yù)習(xí)，以提高實驗效果15.復(fù)習(xí)、準(zhǔn)備考試2給出考試提綱，進(jìn)一 步強(qiáng)化學(xué)生對課程的理解。(2)教學(xué)方法要求1、本課程的實踐性很強(qiáng)概念出發(fā)提出問題、意從比較直

9、觀的工程 用。2、教學(xué)中要適當(dāng)注意現(xiàn)代化教學(xué)手段的運用，如多媒體課件、聲像呈示等，以保證在,與工程實際聯(lián)系密切，教學(xué)過程中應(yīng)注分析問題和解決問題，要特別重視工程應(yīng)學(xué)時有限的情況下，軟件進(jìn)行實例分析和完成內(nèi)容非富的教學(xué)任務(wù)。有條件的還要 仿真演示，使工程應(yīng)用落到實處。3、教學(xué)方法必須靈活， 決問題的能力和探究要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn) 意識。4、評價教學(xué)方法要以實 對教學(xué)內(nèi)容的理解現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，好的 ,并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)盡量采用Protues等問題、分析問題、解教學(xué)方法應(yīng)有助于學(xué)生生的知識、能力、素質(zhì)，鼓勵教學(xué)方法的創(chuàng)新。特別是設(shè)計思想、設(shè)計方法與創(chuàng)新

10、思維能力培養(yǎng)的目的。五、教材和參考書目嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用課程是一門還不成熟的課程，這方面的教材目前比較少，內(nèi)容和水平相差很大，因此，在 滿足課程標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一要求下，教材的選用，應(yīng)保持一貫性，連續(xù)性，多樣化。建議選用教材：1. ARM嵌入式系統(tǒng)入門，三恒星科技主編，水利水電 出版社2007年1 .ARM嵌入式系統(tǒng)主流實踐 ，封井岡主編，電子工業(yè)出版社，2008年。六、課程評價這門學(xué)科的評價依據(jù) 是本課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容 和要求。本課程采用閉卷筆 試70%、平時考核20%,實驗表現(xiàn)10%相結(jié)合的形 式進(jìn)行。集中考試說明：1）考試時間：120分鐘。2）考試方式、分制與分 數(shù)解釋采用閉卷筆試的方

11、式，以百分制評分，60分為及格，滿分為100分。3）題型比例填空題：20%;簡答題：20%; ARM語法題：30%;分析設(shè)計題：30%。4）樣題與目標(biāo)定位示例A、填空題：例：ARM微處理器支持這4種類型的堆棧工作方 式。它們是滿遞增堆棧：堆棧指針指 向最后壓入的數(shù)據(jù)，且由 且由高地址向低地址 由低地址向高地址 由高地址向低地址低地址向高地址生成；滿遞減堆棧：堆棧指針指向最后壓入的數(shù)據(jù)，生成；空遞增堆棧：堆棧指針指向下一個 將要放入數(shù)據(jù)的空位置，且生成；空遞減堆棧： 堆棧指針指向下一個將要放入數(shù)據(jù)的空位 置，且 生成。B、簡答題：例：簡述，什么是 ARM異常？。答：在ARM應(yīng)用系統(tǒng)中，當(dāng)正常的程

12、序執(zhí)行流程發(fā)生 暫時的停止時，稱之為異常（Exceptions）,例如，一個ARM的外部的中斷請求就是一個典型的異常。在處理異常之前，當(dāng)前處理器的狀態(tài)必 須保留，這樣當(dāng)異常處理完成之后，當(dāng)前程序可以繼續(xù)執(zhí)行。處理器 允許多個異常同時發(fā) 生，它們將會按固定的優(yōu)先級進(jìn)行處理。ARM體系結(jié)構(gòu)中的異常，與51單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)的中斷有很大的相似之處，但異常與中斷的概念并不完全 等同。C、ARM語法題例：采用多寄存器尋 以下指令的含義：LDMIAR0, R1, R2, R3, R4;址方式，可以用一條指令完成傳送最多16個通用寄存器的值。請解釋解釋：該指令的后綴IA表示在每次執(zhí)行完加載/存儲操作后，R0按字

13、長度增加，因此，指令可將R0所指的連續(xù)存儲單元的值傳送到R1R4。指令執(zhí)行過程如下:R1 -R0R2- R0 + 4R3- R0 + 8R4- R0 + 12D、ARM程序設(shè)計分析 題：例：ARM應(yīng)用電路如 下圖所示：T 口1uFC230pFX13.3VR910kR1010kA1.8VA_0 C111 1uFjf1 19177XTAL1P0.0/TxD0/PWM1XTAL2P0.2/SCL/CAP0.0P0.3/SDA/MAT0.0P0.4/SCK/CAP0.1P0.5/MISO/MAT0.1P0.6/MOSI/CAP0.2P0.7/SSEL/PWM2P0.8/TxD1/PWM4P0.9/Rx

14、D1/PWM6P0.10/RTS1/CAP1.0P0.11/CTS1/CAP1.1P0.12/DSR1/MAT1.0P0.13/DTR1/MAT1.1DBGSELP0.14/DCD1/EINT1P0.15/RI1/EINT2P0.16/EINT0/MAT0.2RTCKP0.17/CAP1.2/TRSTP0.18/CAP1.3/TMSRSTP0.19/MAT1.2/TCKP0.21/PWM5/TDOP0.22/TRACECLKV3P0.23/PIPESTAT0V3P0.24/PIPESTAT1P0.25/PIPESTAT2V18P0.26/TRACESYNCP0.27/TRACEPKT0/TRS

15、TVSSVSSP0.29/TRACEPKT2/TCKVSSP0.30/TRACEPKT3/TDIVSSP0.31/EXTIN0/TDO27265C330pF1112一63.3V一401713141821222324282930,3537_4L 44 工4647483.3VD1 R1 11110D2R2110D3R3110D4 R41>110D5R5110D6R6i - i110D7 R71 r110D8 R8110R1110kR12R13100R14KEY110kKEY2.100編制程序?qū)崿F(xiàn)下述功 入時，判斷是KEY1 水燈方向的控制。程能：鍵盤車入.使用I/O 口輸入方式對按鍵進(jìn)行掃描

16、，當(dāng)檢測到有按鍵輸KEY2鍵，依次實 現(xiàn)發(fā)光二極管的向下點亮 、向上點亮，從而實現(xiàn)流 序編制如下：#include"config.h"#defineLEDCON0x000000ff/*P0.0P0.7引腳控制LED,低電平點亮*/#defineKEY0x00000300/*P0.8P0.9 引腳連接按鍵 KEY1,KEY2*/#defineKEY10x00000100/*P0.8引腳連接按鍵 KEY1*/#defineKEY20x00000200/*P0.9引腳連接按鍵KEY2*/extern uint8 key1,key2;:* 名稱 :WaitKey()* 功能 : 等

17、待一個有效按鍵.本函數(shù)有去抖功能*uint8 WaitKey(void)uint32 i;uint8 key;/ while(IOPIN & KEY)= 0)if(IOPIN & KEY1) = 0 ); / KEY1 按鍵按下for(i=0;i<50000;i+);/延時去抖if(IOPIN & KEY1) = 0)if( key1 = 0)key1 = 1;key =1;elsekey1 = 0;key =0;if(IOPIN & KEY2) = 0 ); / KEY2 按鍵按下for(i=0;i<50000;i+);/ 延時去抖if(IOPIN

18、 & KEY2) = 0)if( key2 = 0)key2 = 1;key =2;elsekey2 = 0;key =0;while(IOPIN & KEY1)= 0);while(IOPIN & KEY2)= 0);/判按鍵釋放否？return key;/* 名稱： DelayNS() * 功能 : 長軟件延時*/ void DelayNS(uint32 dly)uint32 i;for(;dly>0;dly-)for(i=0;i<50000;i+);/* * 名稱： led_down() * 功能 : 流水燈由上而下*/ void led_down()

19、IOSET = 0xff ;while(1)IOCLR = 0x01;DelayNS(5);IOSET = 0x01;DelayNS(5);IOCLR = 0x02;DelayNS(5);IOSET = 0x02;DelayNS(5);IOCLR = 0x04;DelayNS(5);IOSET = 0x04;DelayNS(5);IOCLR = 0x08;DelayNS(5);IOSET = 0x08;DelayNS(5);IOCLR = 0x010;DelayNS(5);IOSET = 0x010;IOCLR = 0x020;DelayNS(5);IOSET = 0x020;DelayNS(

20、5);IOCLR = 0x040;DelayNS(5);IOSET = 0x040;DelayNS(5);IOCLR = 0x080;DelayNS(5);IOSET = 0x080;DelayNS(5);IOSET=LEDCON;if(IOPIN & KEY1)= 0 | (IOPIN & KEY2)= 0) break;/判按鍵釋放否？/* 名稱： led_up() * 功能 : 流水燈由下而上*/ void led_up()IOSET = 0xff ;while(1)IOCLR = 0x80;DelayNS(5);IOSET = 0x80;DelayNS(5);IOCLR = 0x40;DelayNS(5);IOSET = 0x40;DelayNS(5);IOCLR = 0x20;DelayNS(5);IOSET = 0x20;DelayNS(5);IOC