《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》課程教學(xué)大綱

《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱嵌入式系統(tǒng)開發(fā)EmbeddedSystemDevelopment課程編碼CST410321030開課院部計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院課程團(tuán)隊硬件技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)團(tuán)隊學(xué)分3.0課內(nèi)學(xué)時56講授32實驗24上機(jī)0實踐0課外學(xué)時0適用專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程授課語言中文先修課程程序設(shè)計（C/C++）、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、計算機(jī)操作系統(tǒng)、數(shù)字邏輯電路課程簡介（限選）《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)技術(shù)課程，該課程具有實用性強(qiáng)、軟硬件結(jié)合的特點。課程基于32位ARM處理器和開源的嵌入式LINUX、國產(chǎn)LiteOS操作系統(tǒng)，著重介紹了嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)過程以及嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)方法；具體內(nèi)容包括三大部分：嵌入式基礎(chǔ)與平臺構(gòu)建、驅(qū)動與應(yīng)用軟件開發(fā)、綜合應(yīng)用案例與解決方案剖析。課程講述國產(chǎn)LiteOS、Linux下軟件開發(fā)和調(diào)試的一般方法，系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計、分析和實現(xiàn)方法及過程；其中以內(nèi)核驅(qū)動開發(fā)方法、GUI開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)和視頻監(jiān)控綜合案例剖析為重點，強(qiáng)化學(xué)生嵌入式平臺軟件與常規(guī)軟件開發(fā)的工程思維，并通過相關(guān)的實驗，為后續(xù)課程如《嵌入式系統(tǒng)實習(xí)》，培養(yǎng)扎實的軟件實現(xiàn)能力，同時為真正的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)提供一定的工程思考與解決問題的能力。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及嵌入式系統(tǒng)軟硬件開發(fā)方法和常見應(yīng)用軟件的開發(fā)與調(diào)試能力，培養(yǎng)精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報國的家國情懷和使用擔(dān)當(dāng)。"EmbeddedSystemDevelopment"isaprofessionalandtechnicalcourseforInternetofThingsengineeringspecialty,whichhasthecharacteristicsofstrongpracticabilityandcombinationofsoftwareandhardware.Thecourseisbasedon32-bitARMprocessor,opensourceembeddedLINUXanddomesticLiteOSOperatingsystem,andfocusesontheapplicationdevelopmentprocessofembeddedsystemandthedesignanddevelopmentmethodofembeddedsystemsoftware.Thespecificcontentincludesthreeparts:embeddedFoundationandplatformconstruction,driverandapplicationsoftwaredevelopment,comprehensiveapplicationcasesandsolutionanalysis.ThecoursedescribesthegeneralmethodsofsoftwaredevelopmentanddebuggingunderdomesticLiteOSandLinux,andthemethodsandprocessesofsystemapplicationsoftwaredesign,analysisandimplementation.Amongthem,thedevelopmentmethodofinternalcoreDrive,GUIdevelopment,focusonnetworkdevelopmentandvideosurveillancecomprehensivecaseanalysis,strengthenstudents'engineeringthinkingofembeddedplatformsoftwareandconventionalsoftwaredevelopment,andthroughrelevantexperiments,forsubsequentcoursessuchas"embeddedsystemPractice",cultivatesolidsoftwareimplementationability,andatthesametimeprovidecertainengineeringthinkingandproblemsolvingabilityforrealembeddedproductdevelopment.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldmastertheembeddedsystemarchitecture,thedevelopmentmethodofembeddedsystemsoftwareandhardwareandthedevelopmentanddebuggingabilityofcommonapplicationsoftware,andcultivatethespiritofgreatpowercraftsmenwhokeepimproving,tostimulatestudents'senseoffamilyandcountryandtheiruseofscienceandtechnology.負(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號代號課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：掌握嵌入式系統(tǒng)平臺的構(gòu)建與設(shè)計能力是2M2目標(biāo)2：嵌入式應(yīng)用軟件的設(shè)計分析和實現(xiàn)能力是3M3目標(biāo)3：內(nèi)核與驅(qū)動編程，軟件移植，GUI與通信應(yīng)用開發(fā)是4M4目標(biāo)4：掌握嵌入式綜合案例的模塊剖析與驗證能力是三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章第一章嵌入式基礎(chǔ)本章重點難點：1.嵌入式系統(tǒng)的概念和特點2.嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計開發(fā)基礎(chǔ)3.嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)基礎(chǔ)4.嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的流程與方法論。////21.11.1嵌入式系統(tǒng)的概念與特點嵌入式系統(tǒng)的概念與特點；軟硬件可定制；嵌入式系統(tǒng)與PC、單片機(jī)的聯(lián)系與區(qū)別。M11講授//31.21.2嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計開發(fā)基礎(chǔ)CPU選型；ARM外圍接口設(shè)計，嵌入式系統(tǒng)的硬件組成要素；硬件設(shè)計的開發(fā)步驟與注意點。M11講授、討論//41.31.3嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)基礎(chǔ)嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)選型；基于ARM的最小系統(tǒng)；嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的架構(gòu)與構(gòu)建。M10.5講授//51.41.4嵌入式系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的流程與方法論嵌入式系統(tǒng)的抽象架構(gòu)；實時軟件分析設(shè)計方法DARTS；嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程和內(nèi)容，嵌入式性能與設(shè)計模式；嵌入式Linux系統(tǒng)的程序調(diào)試與部署。M10.5講授//6第二章第二章ARM與Linux基礎(chǔ)本章重點難點：1.ARM概述，包括ARM的歷史和現(xiàn)狀，以及體系結(jié)構(gòu)和指令集；2.Linux系統(tǒng)使用，即Linux的相關(guān)基礎(chǔ)知識；3.LinuxC程序設(shè)計基礎(chǔ)與多線程編程。////72.12.1ARM概述ARM的歷史與現(xiàn)狀、體系結(jié)構(gòu)和指令集。M10講授//82.22.2Linux系統(tǒng)使用Linux的使用基礎(chǔ)、Vi、LinuxShell編程。M10講授、討論//92.32.3LinuxC程序設(shè)計基礎(chǔ)與多線程庫LinuxC程序設(shè)計基礎(chǔ)、靜態(tài)動態(tài)庫、多線程庫、生產(chǎn)者消費者協(xié)議。M21講授//10第三章第三章嵌入式linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)與存儲本章重點難點：1.Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核定制、裁剪和添加；2.嵌入式BootLoader技術(shù)；3.文件系統(tǒng)的構(gòu)建。////113.13.1linux內(nèi)核定制、裁剪和添加內(nèi)核概述、配置文件與工具、編譯命令與定制過程、版本異同點。M2,M32講授//123.23.2嵌入式BootLoader技術(shù)BootLoader概述、uboot、uboot的移植與啟動。M31講授//133.33.3文件系統(tǒng)的構(gòu)建文件系統(tǒng)概述、BusyBox的移植與啟動。M31講授、討論//14第四章第四章嵌入式Linux的接口設(shè)計與驅(qū)動程序本章重點與難點：虛擬驅(qū)動程序的框架基礎(chǔ)上，闡述了AD、LED、觸摸屏、FrameBuffer、視頻設(shè)備和音頻設(shè)備多個硬件的驅(qū)動程序和相關(guān)測試程序。////154.14.1驅(qū)動程序設(shè)計基礎(chǔ)Linux驅(qū)動程序框架、開發(fā)驅(qū)動程序的方法、靜態(tài)與動態(tài)設(shè)備號、設(shè)備文件系統(tǒng)、等待隊列、鎖、中斷、阻塞型IO。M32講授//164.24.2AD接口驅(qū)動程序AD轉(zhuǎn)換器有關(guān)參數(shù)、AD轉(zhuǎn)換裝置、控制與數(shù)據(jù)寄存器。M31講授//174.34.3鍵盤驅(qū)動程序鍵盤的工作原理、相關(guān)寄存器、程序?qū)崿F(xiàn)。M31講授//184.44.4觸摸屏接口設(shè)計與驅(qū)動觸摸屏的工作原理、觸摸屏驅(qū)動芯片ADS7843、S3C2410芯片的觸摸屏相關(guān)配置寄存器。M31講授、討論//194.54.5顯示接口與Linux幀緩沖FrameBuffer機(jī)制、主要接口函數(shù)、五子棋和彩虹橋的實現(xiàn)。M30.5講授//204.64.6V4L與OSS程序設(shè)計V4L設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)、OSS設(shè)備的體系結(jié)構(gòu)、驅(qū)動分析、相關(guān)程序案例。M30.5講授//21第五章第五章嵌入式軟件移植本章重點與難點：嵌入式Web服務(wù)器goahead、嵌入式數(shù)據(jù)庫sqlite、嵌入式媒體播放器mplayer、JVMphoneme、Web服務(wù)gsoap、Web瀏覽器konqueror的移植與應(yīng)用過程。////225.15.1嵌入式WebServerGoAhead的移植與應(yīng)用嵌入式Web服務(wù)器、GoAhead在ARM上的移植、操作流程。M30講授//235.25.2嵌入式WebServicegSOAP的移植與應(yīng)用gSOAP裁剪、gSOAP應(yīng)用流程與案例。M30.5講授//245.35.3嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite的移植與使用嵌入式數(shù)據(jù)庫、SQLite的移植與使用。M30.5講授、討論//255.45.4播放器Mplayer的移植Mplayer的移植與使用。M30講授、討論//265.55.5J2ME——phoneMe的移植phoneME的移植與使用。M30.5講授//275.65.6音視頻編碼FFmpeg移植FFmpeg的移植與使用。M30.5講授、討論//285.75.7開源軟件移植的一般過程軟件移植的概念、軟件移植一般流程與注意點、opencv與tinyxml移植與應(yīng)用。M31講授、討論//29第六章第六章嵌入式Linux圖形用戶接口本章重點與難點：首先簡單介紹了嵌入式GUI的相關(guān)內(nèi)容；之后以Qt4為例詳細(xì)介紹了有關(guān)其移植和編程操作；最后詳細(xì)介紹了基于Qt4為基礎(chǔ)的Qt/E4平臺的有關(guān)移植和編程操作。////306.16.1嵌入式GUI嵌入式GUI特點與種類M31講授//316.26.2嵌入式GUI——Qt4Qt與Qt/Embedded、Qt執(zhí)行過程與插槽機(jī)制、QtDesigner。M31講授//326.36.3Qt/E4Qt/E4的功能、Qt/E4編程流程與實例。M32講授、討論//33第七章第七章嵌入式linux通信應(yīng)用本章重點與難點：串口通信、網(wǎng)絡(luò)通信、藍(lán)牙通信、CAN總線通信以及GPS和GPRS通信。////347.17.1嵌入式Linux下的串口通信串口編程流程與應(yīng)用實例。M30.5講授//357.27.2嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)編程網(wǎng)絡(luò)通信、Socket、網(wǎng)絡(luò)編程實例。M30.5講授//367.37.3嵌入式藍(lán)牙技術(shù)的實現(xiàn)藍(lán)牙體系結(jié)構(gòu)、藍(lán)牙通信網(wǎng)絡(luò)、LinuxBluetooth軟件層、BLE4協(xié)議介紹。M30講授//377.47.4CAN總線實驗CAN硬件特征、CAN控制器驅(qū)動、應(yīng)用與舉例。M30.5講授//387.57.5GPS和GPRS的應(yīng)用GPS與GPRS原理、GPS與GPRS的應(yīng)用實例。M30.5講授//39第八章第八章LiteOS開發(fā)與綜合案例本章重點與難點：LiteOS內(nèi)核開發(fā)，綜合應(yīng)用案例。////408.18.1LiteOS內(nèi)核與外設(shè)LiteOS內(nèi)核應(yīng)用開發(fā)、LiteOS外設(shè)驅(qū)動移植與操作M30.5講授//418.28.2Lite0S端到云開發(fā)LiteOSIoTlink與AT框架、LiteOSSocket與數(shù)據(jù)通信M30.5講授、討論//428.38.3多協(xié)議環(huán)境智能檢測控制系統(tǒng)Oceanconnect、LPWAM30.5講授//438.48.4以數(shù)字資產(chǎn)模型為核心驅(qū)動的智慧樓宇系統(tǒng)智慧樓宇、數(shù)字資產(chǎn)M3,M40.5講授//44第九章第九章實時MobileLinux與基于通用樹莓派嵌入式應(yīng)用本章重點與難點：MobileLinux系統(tǒng)的構(gòu)建要素和Limo。////459.19.1MobileLinux系統(tǒng)的構(gòu)建要素與過程PXA310、構(gòu)建流程與注意事項、Limo軟件體系結(jié)構(gòu)。M3,M41講授//469.29.2通用樹莓派嵌入式應(yīng)用解決方案樹莓派軟硬件資源、應(yīng)用場景與解決方案。M3,M41講授、討論//479.39.3嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計與優(yōu)化軟硬件選型對性能的影響、軟硬件協(xié)同設(shè)計方法。M3,M42講授//48第十章第十章綜合案例本章重點與難點：提供一個設(shè)計思路，讓學(xué)生理解與掌握如何根據(jù)現(xiàn)有的嵌入式環(huán)境開發(fā)實際項目，從而提升嵌入式linux系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計與開發(fā)能力。////4910.110.1系統(tǒng)概述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、軟硬件環(huán)境。M41講授、討論//5010.210.2系統(tǒng)設(shè)計總體方案、無線傳感器節(jié)點、遠(yuǎn)程測控終端RTU。M41講授//5110.310.3系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)點硬件設(shè)計、RTU軟件設(shè)計、監(jiān)控中心軟件設(shè)計M41講授//四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。15%2實驗1.本課程24個學(xué)時實驗，共七次實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學(xué)生嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力，能對相關(guān)實驗進(jìn)行驗證，在此基礎(chǔ)上能獨立分析和設(shè)計實際嵌入式系統(tǒng)。15%3課堂表現(xiàn)隨機(jī)檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%4期末設(shè)計報告1.考試采用大作業(yè)形式，由3-4名同學(xué)選擇一個課題，自己設(shè)計，自己編程、調(diào)試。既測試學(xué)生對本門課程基礎(chǔ)知識的掌握情況，又測試學(xué)生的實際動手能力與團(tuán)隊合作精神。2.評分依據(jù)通過小組最后提交的報告和代碼體現(xiàn)，具體標(biāo)準(zhǔn)包括（1）選定題目的功能劃分與實現(xiàn)情況（2）報告每一部分的內(nèi)容完整性和特色（3）學(xué)生在本組中的工作量。65%五、評分細(xì)則序號課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)50%A-按時提交作業(yè)，對嵌入式系統(tǒng)平臺的構(gòu)建與設(shè)計能力知識點理解無誤。B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤。C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤。D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤。2M1實驗50%A-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計正確，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計正確，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計有少量錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計錯誤，實驗過程不熟練，不能獨立完成實驗，實驗報告不規(guī)范。3M2平時作業(yè)40%A-按時提交作業(yè)，對嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中的軟硬件知識理解無誤，系統(tǒng)設(shè)計合理可行，總結(jié)報告完整規(guī)范。B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計基本合理可行，總結(jié)報告比較完整規(guī)范。C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計不甚合理，總結(jié)報告不夠完整規(guī)范。D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計不合理，總結(jié)報告不完整規(guī)范。4M2實驗60%A-按時提交實驗報告，程序設(shè)計分析正確，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，程序設(shè)計正確，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，程序設(shè)計有少量錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，程序設(shè)計錯誤，實驗過程不熟練，不能獨立完成實驗，實驗報告不規(guī)范。5M3平時作業(yè)50%A-按時提交作業(yè)，對內(nèi)核與驅(qū)動編程，軟件移植，GUI與通信應(yīng)用開發(fā)知識理解無誤，系統(tǒng)設(shè)計合理可行，總結(jié)報告完整規(guī)范。B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計基本合理可行，總結(jié)報告比較完整規(guī)范。C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計不甚合理，總結(jié)報告不夠完整規(guī)范。D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤，系統(tǒng)設(shè)計不合理，總結(jié)報告不完整規(guī)范。6M3實驗50%A-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計正確，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計正確，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計有少量錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，電路圖及程序設(shè)計錯誤，實驗過程不熟練，不能獨立完成實驗，實驗報告不規(guī)范。7M4實驗20%A-按時提交實驗報告，案例程序模塊設(shè)計分析正確，實驗過程熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告規(guī)范。B-按時提交實驗報告，案例程序模塊設(shè)計正確，實驗過程基本熟練，實驗結(jié)論無誤，實驗報告基本規(guī)范。C-按時提交實驗報告，案例程序模塊設(shè)計有少量錯誤，實驗過程不太熟練，不能全部完成實驗，實驗報告不太規(guī)范。D-發(fā)生安全事故，或不能按時提交實驗報告，案例程序模塊