浅谈嵌入式系统开发课程教学研究

王威

摘要：嵌入式系统开发是一门软硬件相互结合的综合课程。笔者分析了嵌入式系统开发课程的特点及现状，针对目前教学中存在的问题，结合计算机技术系学生特色与NEWLab实训设备，从课程内容、教学方法、实验教学等方面进行了一系列教学研究及改进。经过教学实践证明，该文教学法能有效解决之前存在的问题，更好地达成课程目标。

关键词：嵌入式系统开发;物联网;教学方法

中图分类号：TP311      文献标识码：A      文章编号：1009-3044（2018）34-0104-02

嵌入式系统是一种专用计算机系统，嵌入到装置或设备中。嵌入式系统的功能、成本、开发效率等条件决定了嵌入式设备的选材多样化，软件、硬件可裁剪[1]。随着近年物联网新一代信息技术发展，作为物联网重要组成部分的嵌入式系统技术人才需求大增，有这广阔的应用和就业前景。

嵌入式系统是系统的应用软件与系统的硬件一体化，类似BIOS工作方式，应用范围很广。因此，嵌入式系统开发课程教学内容设置广泛，软件部分包括汇编语言、C语言以及嵌入式Linux操作系统相关知识，硬件部分涉及计算机原理、基础硬件电路、接口协议等技术，在综合知识和计算机编程能力上有较高要求[2]。

1 嵌入式系统开发课程特点

1.1 综合性强

嵌入式系统开发课程对知识的综合性有较高要求。要求学生掌握计算机相关基础知识，以及硬件结构和软件编程。硬件有ARM结构、电路原理、串口协议;软件有ARM指令、汇编、C语言、嵌入式Linux操作系统软件开发。嵌入式系统开发课程，要求学生了解嵌入式Linux系统的移植和基础设备驱动开发，熟悉硬件体系结构和基础ARM硬件开发，掌握嵌入式系统开发环境的搭建，让学生能够独立开发一个小型完整的嵌入式系统。

1.2 实践性强

课程的实践性很强。课程设计上实训环节占了大部分时间，重要程度不言而喻。在实训过程中，学生对基础理论知识有了更强的理解，学生的学习兴趣得到提高，学生的动手能力得到培养。通过实训，学生能熟悉嵌入式系统完整的开发流程，并在实例中掌握软硬件开发方法。

2 嵌入式系统开发课程教学内容改革

2.1 教学内容设置

江西信息应用职业技术学院计算机技术系旨在培养计算机应用技术领域紧缺人才，在嵌入式课程体系设置上，规划了《单片机技术》和《嵌入式系统开发》两门课程。专科第二学期开设《单片机技术》课程，介绍了51单片机工作原理及相关应用技术。在第四学期开设《嵌入式系统开发》课程，使用NEWLab嵌入式ARM开发板，作为嵌入式系统开发的实训平台。51单片机由来已久且学习难度不高，在C语言程序设计与嵌入式系统开发中有一种承上启下的作用，从而为嵌入式系统开发课程的学习打好了基础。

在教材的选择上，由于NEWLab嵌入式ARM开发板采用市场上较新的S3C2451芯片，而市面上还没有关于S3C2451芯片开发的教材，故选用相近的S3C2440芯片的教材。系里采用韦东山编著的《嵌入式Linux应用开发完全手册》作为教材。

2.2 物联网专业嵌入式教学内容侧重点

嵌入式系统开发可分为硬件开发和软件开发两个方向，而软件开发又可细分为系统级软件开发和应用软件开发两个子方向。硬件开发包括ARM、存储（如flash）、I/O（I/O控制电路、显示模块、通讯模块等），系统级软件开发包括Linux操作系统内核、I/O软件以及设备驱动开发，应用软件开发包括基于Linux的应用开发。考虑到物联网技术专业学生特长和发展方向，目标培养更偏向于嵌入式Linux系统软件的开发，在授课计划安排上以软件为主，兼顾学习硬件基础知识。主要学习汇编语言、C语言程序设计、Linux命令、侧重于编程应用。

3 课堂教学方法改革

3.1 讲授法与讨论法相结合

在教学中，讲授法是最基本的教学方法，但要充分调动学生的学习积极性，还需与讨论法相结合。教师在讲授了基本知识后抛出适当的问题，学生以小组为单元，在教师的指导下对问题进行分析和探讨，并通过讨论活动获得知识。有点在于，培养合作精神，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的独立性。

3.2 项目驱动式教学方法

江西信息应用职业技术学院是一所应用型高职院校，主要是以应用型人才培养为目标，因此在嵌入式系统开发课程中使用项目驱动式教学方法[3]。讲授实训开发内容时，以项目为任务中心，在强烈的问题动机驱动下，通过对学习资源的积极主动应用，进行自主探索和互动协作的学习，并在完成既定任务的同时，引导学生产生一种学习实践活动。专业教师应积极鼓励学生参加专业相关的职业技能竞赛活动，例如物联网比赛、互联网+比赛，创新创业比赛等，在比赛中指导学生，让学生在比赛中进一步加深知识的应用。

4 实验教学改革

实验教学是嵌入式系统开发课程教学的一个重要环节，其优劣关系到学生对于这门课的掌握。通过实验，可以帮助学生加深对理论知识的理解，更着重培养学生正确使用仪器设备，进行测试、分析、综合思考和编写实验报告的能力。

4.1 实验课程的内容安排

实验设备采用北京新大陆时代教育科技有限公司的嵌入式教学平台NEWLab，其ARM核心模块采用S3C2451作为CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口豐富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG调试接口，液晶屏、触摸屏、键盘接口，并将SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便与外部模块进行连接。

实验课内容从容易到难，从单个硬件的使用到多个硬件的综合控制。开始是用GPIO端口控制LED显示的例子程序，在这个例程中需完成工程的新建、汇编程序的编写、C语言程序的编写、烧写程序并调试，最后是观看实验结果。在这个实验中，学生初步掌握嵌入式linux系统中arm-linux-gcc开发工具的使用以及程序烧写的一般步骤，还对基本的ARM内GPIO端口有了初步的认识。后续开设的实验项目包括UART串口打印实验、中断控制实验、RTC实时时钟实验等，这些实验都会用GPIO。实验过程中，注意激发学生的学习热情和动手实验的兴趣。鼓励学生采用不同的C语言算法实现同一个实验的功能，提高学生的编程能力，达到举一反三的作用。

4.2 实验教学环节改革

对实验教学环节设计进行改革，从以往的“验证性为主”逐步变为“验证性为辅，自己动手创新为主”的实验课程教学设计模式。

在GPIO端口控制LED显示等实验中，首先教学生用汇编语言点亮一个LED灯，在学生都能掌握汇编语言程序编写和烧写调试后，对C语言指针等基础知识进行复习，引导学生用C语言程序来点亮LED灯。这样，不仅加强了学生对C语言的掌握，还进行了验证性实验。接下来对学生开展创新型实验，将每个班的学生分成10组，实验以小组为单位进行，每组采用不同算法实现LED跑马灯或流水灯等亮化效果，实验完成后各小组展示自己的实验成果，最后由亮化美观效果进行评分。实验结果表明，通过分组展示的竞争激励机制，调动了学生的积极性，充分发挥了学生的创新能力。

5 结束语

通过以上一系列课程教学改革，有效地调动了学生学习的主观能动性，提高了学生分析解决问题的能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1] 张立新. 计算机嵌入式系统核心技术的开发探讨[J]. 无线互联科技， 2017（21）： 80-81.

[2] 朱铭琳. 嵌入式系统开发课程教学改革[J]. 信息与电脑： 理论版， 2017（19）： 231-233.

[3] 汤龙梅， 王璇， 郭方. 嵌入式系统开发实例课程教学方法探索[J]. 福建电脑， 2017， 33（5）： 67-68， 92.

【通联编辑：谢媛媛】