嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)教程 教學(xué)大綱

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》教學(xué)大綱一、課程基礎(chǔ)信息課程編號20203227課程性質(zhì)專業(yè)課課程名稱嵌入式系統(tǒng)設(shè)計雙語課程□是■否學(xué)時/學(xué)分50/3其中：實驗（上機）學(xué)時8英文名稱EmbeddedSystemDesign考核方式期末考試，作業(yè)，課程實驗先修課程《數(shù)字電子技術(shù)》、《高級語言程序設(shè)計》、《單片機原理及應(yīng)用》、《面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計》、《嵌入式操作系統(tǒng)》后續(xù)課程《嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計》適用專業(yè)電子信息工程專業(yè)及相近專業(yè)大綱制定時間2021年6月2日大綱執(zhí)筆人潘可賢核準(zhǔn)人高麗貞二、課程目標(biāo)[1]理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念，了解ARM微處理器結(jié)構(gòu)，了解ARM處理模式和狀態(tài)，了解ARM存儲器組織。[2]了解Linux操作系統(tǒng)的組織方法，了解文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和目錄功能，掌握基本的操作命令：能夠切換目錄，復(fù)制剪切文件，修改文件的權(quán)限，壓縮和解壓縮文件等；能夠使用vim編輯和修改文件。[3]掌握Linux中應(yīng)用程序的編寫方法，掌握編譯器的使用方法，掌握makefile的寫法，能夠編寫和調(diào)試完成具有文件存儲、多線程，圖形用戶界面等功能的程序，能編寫腳本將程序編譯為PC機和開發(fā)板上可運行的程序。[4]掌握嵌入式系統(tǒng)模塊的基本知識，能夠根據(jù)硬件原理圖和數(shù)據(jù)手冊，具有編寫和調(diào)試驅(qū)動程序的能力，并在設(shè)計過程中考慮程序健壯性等因素。[5]掌握嵌入式系統(tǒng)的組成，能夠完成簡單的系統(tǒng)移植，BOOTLOADER移植和文件系統(tǒng)移植，能夠結(jié)合實驗操作步驟，完成系統(tǒng)的下載和更新。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點（對應(yīng)培養(yǎng)方案的畢業(yè)要求指標(biāo)點）支撐的畢業(yè)要求（對應(yīng)培養(yǎng)方案的畢業(yè)要求）[3][4][5]3.4能夠在分析現(xiàn)有問題的基礎(chǔ)上，綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素，設(shè)計針對這些問題的解決方案和滿足特定需求的電路與系統(tǒng)，并能通過設(shè)計性實踐環(huán)節(jié)檢驗設(shè)計的合理性。同時，能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中掌握基本的創(chuàng)新方法，體現(xiàn)創(chuàng)新意識。能夠用圖紙、設(shè)計報告等方式呈現(xiàn)設(shè)計成果，評價設(shè)計方案的優(yōu)點與不足。3、設(shè)計/開發(fā)解決方案[1][2]4.3、能夠在分析現(xiàn)有問題、提出解決方案的基礎(chǔ)上，基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，對電子信息領(lǐng)域新的復(fù)雜工程問題進行提煉、歸并處理和拓展，開展有針對性的建模、仿真與優(yōu)化研究，設(shè)計創(chuàng)新性實驗獲取、分析處理與解釋數(shù)據(jù)，探索付諸工程實施與檢驗，并通過對各種研究手段獲取的信息進行綜合，得到合理有效的結(jié)論。能夠在分析建模的基礎(chǔ)上設(shè)計實驗并獲取數(shù)據(jù)。4、問題研究四、課程教學(xué)內(nèi)容及課時安排1、課堂教學(xué)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時教學(xué)方法課程目標(biāo)達成評價方式第一章緒論知識點：嵌入式計算機的特點性，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計所面臨的問題，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程，以及嵌入式系統(tǒng)的新發(fā)展。重點:嵌入式系統(tǒng)定義、組成及特點。要求學(xué)生：了解什么是嵌入式系統(tǒng)，了解嵌入式計算機的特點性，了解嵌入式系統(tǒng)的要求，為什么以微處理器為核心、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計所面臨的問題，了解嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計過程。2學(xué)時課堂授課視頻播放[1]期末考試第二章ARM微處理器概述知識點:ARM微處理器結(jié)構(gòu)，系列，ARM處理模式和狀態(tài)，ARM存儲器組織，字節(jié)序。重點:ARM微處理器結(jié)構(gòu)，系列，字節(jié)序。難點:虛ARM微處理器結(jié)構(gòu)。要求學(xué)生：掌握ARM微處理器結(jié)構(gòu)，了解ARM處理模式和狀態(tài)，ARM存儲器組織，掌握字節(jié)序。2學(xué)時課堂授課視頻播放[1]期末考試第三章嵌入式內(nèi)部可編程模塊知識點:GPIO、中斷系統(tǒng)、PWM等硬件電路及相應(yīng)的寄存器設(shè)計重點：實驗電路板上的線管的硬件電路設(shè)計，相應(yīng)的微處理器中寄存器的使用等。難點:微處理器中寄存器的使用。要求學(xué)生：能夠分析硬件電路的相應(yīng)模塊電路設(shè)計，并根據(jù)分析結(jié)果查閱芯片datasheet，將其應(yīng)用于程序編寫中。4學(xué)時課堂授課視頻播放[4]期末考試,實驗，作業(yè)第四章Linux的基本知識知識點:虛擬機的創(chuàng)建和使用，Linux操作系統(tǒng)的基本命令，vim編輯器的使用重點:基本命令，vim編輯器的使用方法。難點:vim編輯器的使用方法。要求學(xué)生：了解Linux操作系統(tǒng)的基本使用方法；掌握基本的操作命令，能夠切換目錄，復(fù)制剪切文件，修改文件的權(quán)限，壓縮和解壓縮文件等；能夠使用vim編輯和修改文件。4學(xué)時課堂授課視頻播放[2]期末考試，作業(yè)第五章嵌入式Linux應(yīng)用程序設(shè)計知識點：gcc的使用方法，makefile的寫法，文件I／O編程，多線程編程，QT界面程序編程。重點：gcc和makefile的使用方法，文件I／O編程，QT界面程序編程。難點：makefile。要求學(xué)生：掌握Linux中應(yīng)用程序的編寫，掌握編譯器的使用方法，能夠使用gcc編譯簡單程序，使用makefile編譯復(fù)雜程序，能夠是用文件I/O函數(shù)的處理數(shù)據(jù)讀寫問題，使用多線程函數(shù)完成多任務(wù)程序的編寫，掌握QT的基本使用方法完成簡單的圖形用戶界面程序。12學(xué)時（含實驗）課堂授課視頻播放[3]期末考試，作業(yè)，實驗第六章嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)知識點:動態(tài)可加載模塊的概念、程序結(jié)構(gòu)和編譯方法；驅(qū)動的作用、分類與訪問方法；基本字符驅(qū)動的結(jié)構(gòu)和編寫和調(diào)試方法，LED驅(qū)動，PWM驅(qū)動，按鍵驅(qū)動等。重點:字符驅(qū)動編寫和調(diào)試。難點:具體的硬件字符驅(qū)動編寫和調(diào)試。要求學(xué)生：掌握構(gòu)建Linux中驅(qū)動程序的作用，分類，字符驅(qū)動的架構(gòu)，掌握驅(qū)動makefile的寫法，能夠編寫與硬件結(jié)合的驅(qū)動。16學(xué)時（含實驗）課堂授課視頻播放[4]期末考試，作業(yè)，實驗第七章嵌入式系統(tǒng)移植知識點:Bootloader的基本概念和移植方法，嵌入式Linux操作系統(tǒng)的代碼組織，裁剪方法，移植步驟，Linux根文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和移植方法。重點:嵌入式Linux操作系統(tǒng)的裁剪方法和移植，Linux根文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和移植方法。要求學(xué)生：了解Bootloader的概念，作用，掌握嵌入式linux的移植方法。了解構(gòu)建Linux文件系統(tǒng)的概念，結(jié)構(gòu)，掌握嵌入式文件系統(tǒng)的移植方法。10學(xué)時（含實驗）課堂授課視頻播放[5]期末考試，實驗，作業(yè)2、課程實驗教學(xué)實驗編號實驗名稱實驗主要內(nèi)容學(xué)時數(shù)支撐課程目標(biāo)1文件操作和Makefile的應(yīng)用實驗掌握Makefile的用法，掌握C語言文件操作函數(shù)的使用，完成題目程序的編寫和編譯運行。（必做）2[2][3]2QT應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動程序?qū)嶒炌瓿商摂M驅(qū)動程序的開發(fā)與測試，掌握驅(qū)動程序開發(fā)的框架，編譯和測試方法。掌握QT上實現(xiàn)對設(shè)備的操作，能夠通過圖形用戶界面控制硬件。（選做）2[3][4]3LED驅(qū)動程序的開發(fā)與測試實驗掌握字符驅(qū)動設(shè)備的編寫和調(diào)試方法，掌握GPIO口的控制方法，鞏固驅(qū)動的安裝與卸載（選做）2[3][4]4Pwm驅(qū)動實驗熟悉驅(qū)動編寫和測試程序的編寫，pwm驅(qū)動（選做）2[3][4]5按鍵驅(qū)動實驗掌握按鍵的硬件電路，掌握中斷處理方法，完成驅(qū)動編寫和測試。（選做）2[3][4]6系統(tǒng)移植與內(nèi)核燒寫實驗掌握內(nèi)核的移植方法，學(xué)習(xí)內(nèi)核的下載和燒寫。（必做）2[5]7文件系統(tǒng)移植實驗掌握嵌入式文件系統(tǒng)的移植方法，掌握燒寫的方法。（選做）2[5]要求學(xué)生：課前學(xué)習(xí)實驗指導(dǎo)書，熟悉實驗工作的主要內(nèi)容和開展方法。五、課程目標(biāo)考核方式1、評分類型：百分制2、考核方式：閉卷筆試、平時成績、實驗成績?？偝煽円园俜种朴嫞渲校汗P試成績60%，平時成績20%(含考勤、作業(yè)、答疑、互動等過程性教學(xué))，課內(nèi)實驗成績20%。課程目標(biāo)（對應(yīng)課程目標(biāo)內(nèi)容）評價環(huán)節(jié)過程評價考試評價過程評價內(nèi)容（根據(jù)課程畢業(yè)要求自定）占期末總成績比例期末考試內(nèi)容（根據(jù)課程畢業(yè)要求自定）占期末總成績比例（根據(jù)課程自定）[1]理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念，了解ARM微處理器結(jié)構(gòu)，了解ARM處理模式和狀態(tài)，了解ARM存儲器組織。作業(yè)1：掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和特點；arm系列芯片的特點按實際得分×2%計入總成績。嵌入式系統(tǒng)的基本概念，特點，與通用計算機的區(qū)別；arm系列芯片的特點，參數(shù)期末考試中對應(yīng)的課程目標(biāo)2的成績按4%計入總成績[2]了解Linux操作系統(tǒng)的組織方法，了解文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和目錄功能，掌握基本的操作命令：能夠切換目錄，復(fù)制剪切文件，修改文件的權(quán)限，壓縮和解壓縮文件等；能夠使用vim編輯和修改文件。作業(yè)2：文件的新建，復(fù)制，剪切，傳輸。按實際得分×3%計入總成績?；久畹氖褂梅椒ㄆ谀┛荚囍袑?yīng)的課程目標(biāo)2的成績按6%計入總成績[3]掌握Linux中應(yīng)用程序的編寫方法，掌握編譯器的使用方法，掌握makefile的寫法，能夠編寫和調(diào)試完成具有文件存儲、多線程，圖形用戶界面等功能的程序，能編寫腳本將程序編譯為PC機和開發(fā)板上可運行的程序。作業(yè)3：基本文件讀寫操作程序的編寫和編譯。實驗：文件操作和Makefile的應(yīng)用實驗；實驗：QT應(yīng)用程序調(diào)用驅(qū)動程序?qū)嶒灠磳嶋H得分×10%計入總成績。makefile的編寫，文件處理程序的編寫，qt程序的編寫期末考試中對應(yīng)的課程目標(biāo)2的成績按25%計入總成績[4]掌握嵌入式系統(tǒng)模塊的基本知識，能夠根據(jù)硬件原理圖和數(shù)據(jù)手冊，具有編寫和調(diào)試驅(qū)動程序的能力，并在設(shè)計過程中考慮程序健壯性等因素。實驗：LED驅(qū)動程序的開發(fā)與測試實驗；實驗：Pwm驅(qū)動實驗；實驗：按鍵驅(qū)動實驗。按實際得分×20%計入總成績。驅(qū)動程序的編寫期末考試中對應(yīng)的課程目標(biāo)1的成績按20%計入總成績[5]掌握嵌入式系統(tǒng)的組成，能夠完成簡單的系統(tǒng)移植Bootloader移植和文件系統(tǒng)移植，能夠結(jié)合實驗操作步驟，完成系統(tǒng)的下載和更新。實驗：系統(tǒng)移植與內(nèi)核燒寫實驗；實驗：文件系統(tǒng)移植實驗按實際得分×5%計入總成績。按實際得分×5%計入總成績。六、考核內(nèi)容及成績評定方法本課程的考核方面包括：項目設(shè)計、課程實驗、期末考試。各個模塊的評分標(biāo)準(zhǔn)如下：1、作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)與課程表現(xiàn)分?jǐn)?shù)按20%比例計入期末總成績。本課程設(shè)置平時作業(yè)3項，各占5%。基本要求85-10075-8460-740-59掌握嵌入式系統(tǒng)的基本概念和特點；arm系列芯片的特點[作業(yè)1，對應(yīng)課程目標(biāo)2]熟練掌握基本概念和特點；arm系列芯片的特點。基本概念和特點；arm系列芯片的特點。大體上基本概念和特點；arm系列芯片的特點。不能正確地基本概念和特點；arm系列芯片的特點了解Linux操作系統(tǒng)的組織方法，了解文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和目錄功能，掌握基本的操作命令：能夠切換目錄，復(fù)制剪切文件，修改文件的權(quán)限，壓縮和解壓縮文件等；能夠使用vim編輯和修改文件。[作業(yè)2，對應(yīng)課程目標(biāo)2]熟練掌握文件的新建，復(fù)制，剪切，傳輸?shù)让畹氖褂谜莆瘴募男陆ǎ瑥?fù)制，剪切，傳輸?shù)让畹氖够菊莆瘴募男陆?，?fù)制，剪切，傳輸?shù)让畹氖共荒苷莆瘴募男陆ǎ瑥?fù)制，剪切，傳輸?shù)让畹氖拐莆誏inux中應(yīng)用程序的編寫方法，掌握編譯器的使用方法，掌握makefile的寫法，能夠編寫和調(diào)試完成具有文件存儲、多線程，圖形用戶界面等功能的程序，能編寫腳本將程序編譯為PC機和開發(fā)板上可運行的程序。[作業(yè)3，對應(yīng)課程目標(biāo)2]熟練掌握基本文件讀寫操作程序的編寫和編譯，能夠擴展功能。掌握基本文件讀寫操作程序的編寫和編譯，獨立完成任務(wù)。在老師的幫助下完成基本文件讀寫操作程序的編寫和編譯。在老師的幫助下完成依然不能基本文件讀寫操作程序的編寫，編譯中存在錯誤。2、課程實驗評分標(biāo)準(zhǔn)每個實驗成績滿分為5分，4個課程實驗的分?jǐn)?shù)合計之后，直接計入期末總成績?；疽髢?yōu)秀(4.5-5.0)良好(4.0-4.4)中等(3.5-3.9)及格(3.0-3.4)不及格(0.0-2.9)實驗前要求預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、設(shè)計實驗方案；實驗后要求撰寫實驗報告；實驗操作步驟規(guī)范正確、安全意識強；調(diào)試過程完整，實驗結(jié)果正確，問題回答正確，有自己的個人見解。[四個實驗，對應(yīng)課程目標(biāo)1]預(yù)習(xí)內(nèi)容完整、實驗方案設(shè)計正確、報告撰寫規(guī)范、字跡工整、清晰，圖表整潔規(guī)范、正確；實驗操作步驟規(guī)范正確、安全意識強；調(diào)試過程完整，實驗結(jié)果正確，問題回答正確，有自己的個人見解。預(yù)習(xí)內(nèi)容比較完整、實驗方案設(shè)計正確、報告書寫較為規(guī)范、字跡工整、清晰，圖表較為整潔規(guī)范、正確；實驗操作步驟規(guī)范正確、安全意識強；調(diào)試過程完整,實驗結(jié)果正確，問題回答較為正確，有自己的見解?；就瓿深A(yù)習(xí)內(nèi)容、實驗方案設(shè)計正確、報告書寫較為規(guī)范、字跡工整、較為清晰，圖表基本整潔規(guī)范；實驗操作步驟規(guī)范正確，安全意識強；調(diào)試過程較為完整，實驗結(jié)果基本正確，問題回答基本正確，實驗心得體會不夠深刻?；就瓿深A(yù)習(xí)內(nèi)容、實驗方案設(shè)計基本正確、報告書寫較為規(guī)范、較為清晰，圖表基本規(guī)范；實驗操作步驟基本規(guī)范正確，安全意識較強；調(diào)試過程較為完整，但存在不規(guī)范地方，實驗結(jié)果基本正確，問題回答部分正確，實驗心得體會不夠深刻。沒有完成預(yù)習(xí)報告，實驗操作步驟基本不規(guī)范，安全意識弱；調(diào)試過程不完整、不規(guī)范，實驗結(jié)果有較多錯誤，問題回答部分有較多錯誤。3、期末考試評分標(biāo)準(zhǔn)期末考試試卷的評分標(biāo)準(zhǔn)和評價標(biāo)準(zhǔn)制定見下表。其中評價標(biāo)準(zhǔn)決定評分標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)評價標(biāo)準(zhǔn)制定詳細(xì)評分標(biāo)準(zhǔn)見考試試卷標(biāo)準(zhǔn)答案及評分標(biāo)準(zhǔn)。期末考試試卷成績按70%比例計入期末總成績。課程目標(biāo)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)分值占比備注85-10075-8460-740-59[1]了解Linux操作系統(tǒng)的組織方法，了解文件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和目錄功能，掌握基本的操作命令：能夠切換目錄，復(fù)制剪切文件，修改文件的權(quán)限，壓縮和解壓縮文件等；能夠使用vim編輯和修改文件。熟練掌握文件系統(tǒng)的目錄功能，基本操作命令；能夠使用vim熟練編輯和修改文件。掌握文件系統(tǒng)的目錄功能，基本操作命令；能夠使用vim熟練編輯和修改文件大體上掌握文件系統(tǒng)的目錄功能，基本操作命令；能夠使用vim熟練編輯和修改文件不能正確地掌握文件系統(tǒng)的目錄功能，基本操作命令；能夠使用vim熟練編輯和修改文件，存在較多錯誤。15%選擇題，判斷題，填空題難度分為：容易，中等偏容易[2]掌握Linux中應(yīng)用程序的編寫方法，掌握編譯器的使用方法，掌握makefile的寫法，能夠編寫和調(diào)試完成具有文件存儲、多線程，圖形用戶界面等功能的程序，能編寫腳本將程序編譯為PC機和開發(fā)板上可運行的程序。熟練掌握編譯器的使用方法，掌握編寫和調(diào)試完成具有文件存儲，圖形用戶界面等功能程序的方法。掌握編譯器的使用方法，掌握編寫和調(diào)試完成具有文件存儲，圖形用戶界面等功能程序的方法?；菊莆站幾g器的使用方法，掌握編寫和調(diào)試完成具有文件存儲，圖形用戶界面等功能程序的方法。不能掌握編譯器的使用方法，不能完整編寫和調(diào)試完成具有文件存儲，圖形用戶界面等功能程序的方法。40%分析題，程序題難度：中等[3]掌握嵌入式系統(tǒng)模塊的基本知識，能夠根據(jù)硬件原理圖和數(shù)據(jù)手冊，具有編寫和調(diào)試驅(qū)動程序的能力，并在設(shè)計過程中考慮程序健壯性等因素。熟練掌握掌握嵌入式系統(tǒng)驅(qū)動程序編寫和調(diào)試的方法，并在設(shè)計過程中考