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1、嵌入式系统课程教学大纲课程名称：嵌入式系统课程编码：51610209 学时：44 学分：2.5 开课学期：7 课程类别：专业平台课程课程性质：必修适用专业：电子信息科学与技术电子信息工程先修课程：数字电子技术、汇编语言程序设计、微机原理与接口技术、单片机原理及应用、C 语言程序设计教学方式：课堂讲授为主，穿插课堂主题讨论和专题汇报教学手段：以多媒体教学手段及仿真软件为主，主要采用PPT 电子板书形式，辅助手写板书一、课程的性质、目的与任务嵌入式系统 是一门专业技术课，设置本课程的目的是让学生学习和掌握嵌入式系统的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、应用技术和发展现状。使学生对嵌入式
2、系统中单片机的各部件的工作原理和软件编程方法有全面的了解，掌握单片机应用系统的开发和设计方法，为进一步的学习嵌入式系统打下良好的基础。二、教学内容及基本要求单元 1 嵌入式系统概述1.教学目的和要求：掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式系统的硬件构架；了解嵌入式软件构成。2知识点（1）嵌入式系统简介嵌入式系统定义；嵌入式系统的发展历程与现状；嵌入式系统的特点。（2）嵌入式系统硬件嵌入式处理器；存储器；外部I/O。（3）嵌入式系统软件引导加载程序；操作系统；应用程序。3建议课时：2 课时。4.教学重点和难点：嵌入式系统的硬件构架。5.复习与作业要求：课下搜集一些有关嵌入式系统结构的资料6.考核知
3、识点：嵌入式系统的基本构架和工作原理，嵌入式系统的软件分类。7.辅助教学活动：上网查看嵌入式系统的应用情况。通过图片讲解嵌入式系统的基本名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -构架，举例说明嵌入式系统的软件组成。单元 2 ARM 处理器基础1.教学目的和要求：掌握 ARM 的基本架构；掌握ARM 存储器组织结构；了解ARM 硬件启动过程。2知识点（1）ARM 概述ARM 简介；ARM 微处理器的应用领域；ARM 微处理器的特点；ARM 微处理器系列；ARM 体系结构的版本。（2）数据类型和存储器组织数据类型；存储器组织。（3）ARM 内核的数据模型（4）ARM
4、处理器运行模式（5）寄存器组织ARM 状态下的寄存器组织；Thumb 状态下的寄存器组织；程序状态寄存器；（6）流水线（7）异常、中断及向量表异常的种类；异常向量表和优先级；异常的进入和返回。（8）ARM 内核与 SoC ARM 处理器内核；ARM 处理器核；ARM SoC。（9）ARM 硬件启动过程电源；时钟；系统复位。（10）ARM JTAG 调试接口。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：ARM 的基本架构；ARM 存储器组织结构。5.复习与作业要求：写出ARM 的结构组成，画出ARM 存储器结构和启动过程。6.考核知识点：ARM 的结构组成，ARM 存储器结构和启动过程。7.辅助教
5、学活动：熟悉 ARM 的启动过程。通过PPT 讲解 ARM 的基本构架，存储器组织结构，举例说明ARM 的启动过程。单元 3 ARM指令系统与汇编程序设计1.教学目的和要求：掌握 ARM的指令系统；掌握ARM指令基本寻址方式；了解ARM指令功能说明及Thumb 指令集。2知识点（1）ARM 指令系统概述ARM 指令系统特点；ARM 指令格式；指令的条件域。（2）ARM 指令基本寻址方式（3）ARM 指令功能说明3ARM 分支指令；ARM 数据处理指令；ARM 访存指令；ARM 程序状态寄存器访问指令；ARM 协处理器指令；ARM 异常产生指令；XScale 增加的指令。（4）Thumb 指令集
6、ARM 与 Thumb 性能比较；Thumb 指令寄存器的使用；Thumb 指令说明；Thumb名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -指令示例。（5）ARM 汇编器所支持的伪指令指示符性质的伪指令；符号定义伪指令；数据定义伪指令；汇编控制伪指令；其他常用伪指令。（6）ARM 汇编语言程序设计汇编语言的语句格式；汇编语言的程序结构；汇编程序举例。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：ARM 指令功能；ARM 汇编语言程序设计。5.复习与作业要求：写出ARM 的指令组成，画出ARM 编程流程。6.考核知识点：ARM 的指令系统、指令基本寻址方式、ARM 指令功
7、能说明。7.辅助教学活动：熟悉 ARM 的编程过程。通过 PPT 讲解 ARM 指令功能说明，基本寻址方式，举例说明ARM 的编程过程。单元 4 Intel PXA270 处理器的结构与开发平台1.教学目的和要求：掌握 PXA270 处理器的系统结构与特性；掌握 PXA270 处理器接口及开发平台设计；了解时钟与电源管理。2知识点（1）PXA270 处理器的系统结构与特性总体结构；特性；封装与引脚。（2）时钟与电源管理低功耗与时钟和电源管理；复位管理；时钟管理；功耗管理；电压管理。（3）PXA270 处理器接口及开发平台设计PXA270 处理器开发评估系统；外部存储器接口；显示接口；USB 接
8、口；多媒体接口概述；快速捕获接口。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：PXA270 处理器的系统结构与特性；PXA270 处理器接口及开发平台设计。5.复习与作业要求：写出 PXA270 处理器的系统结构与特性，画出PXA270 处理器接口情况。6.考核知识点：PXA270 处理器的系统结构与特性；PXA270 处理器接口及开发平台设计。7.教学活动：熟悉 PXA270 处理器接口设计过程。通过 PPT 讲解 PXA270 处理器的系统结构与特性，举例说明 PXA270 处理器接口及开发平台设计。单元 5 嵌入式软件设计1.教学目的和要求：掌握交叉编译器及交叉编译环境的组成；掌握引导加载
9、程序Bootloader；了解 Linux 内核移植及文件系统。2知识点（1）交叉编译交叉编译器及交叉编译环境的组成；交叉编译环境的建立。（2）引导加载程序Bootloader Bootloader 原理；Bootloader 的操作模式；Bootloader 与主机之间的文件传输；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -Bootloader 的启动流程；ARM Linux常用 Bootloader 介绍；BLOB 下载。（3）Linux 内核移植Linux 内核源码的修改；Linux 内核的裁减；Linux 内核的编译；Linux 内核的烧录。（4）文件系统文
10、件系统基本概念；嵌入式文件系统基本内容；常见的嵌入式文件系统。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：交叉编译器及交叉编译环境的组成；引导加载程序Bootloader。5.复习与作业要求：写出交叉编译器特点及交叉编译环境的组成，掌握引导加载程序Bootloader。6.考核知识点：交叉编译环境的组成，掌握引导加载程序Bootloader。7.辅助教学活动：熟悉 PXA270 处理器如何加载Bootloader。通过 PPT 讲解交叉编译器及交叉编译环境的组成，举例说明引导加载程序Bootloader。单元 6 Linux操作系统概述1.教学目的和要求：掌握 Linux 内核源代码的结构；掌握
11、ARM Linux存储管理；了解Linux 启动和初始化过程分析。2知识点（1）Linux 的诞生和发展（2）Linux 内核概述（3）系统核心数据结构（4）Linux 内核源代码的结构（5）ARM Linux存储管理ARM 存储管理机制；ARM Linux存储管理。*（6）进程管理Linux 进程；Linux 进程状态；Linux 进程的调度；Linux 进程的创建；Linux 进程的执行；Linux 进程的终止。（7）Linux 启动和初始化过程分析。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：Linux 内核源代码的结构；掌握ARM Linux存储管理。5.复习与作业要求：画出 Linux
12、 内核源代码的结构；做出ARM Linux存储管理情况分析；了解Linux 启动和初始化过程分析。6.考核知识点：Linux 内核源代码的结构；ARM Linux存储管理情况分析；Linux 启动和初始化过程。7.辅助教学活动：熟悉 Linux 内核源代码的结构，运行 Linux 启动和初始化过程。通过 PPT 讲解 Linux 内核源代码的结构，举例说明ARM Linux存储管理。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -单元 7 Linux 驱动程序设计1.教学目的和要求：掌握 Linux 驱动程序编写规则；掌握 Linux 字符设备驱动程序结构及Linux
13、块设备驱动程序编写；了解Linux 按键驱动程序及Linux 网络设备驱动程序。2知识点（1）Linux 驱动程序用户态与内核态；Linux 驱动程序结构；设备文件与设备文件系统。（2）Linux 字符设备驱动程序结构。（3）嵌入式平台上LED 的 Linux 驱动程序系统硬件平台组成原理；Linux LED 驱动程序的实现；双色LED 驱动程序的测试。（4）Linux 按键驱动程序系统硬件平台组成原理；Linux 系统中断分析；Linux按键驱动程序的实现；Linux按键驱动程序的测试。（5）Linux 块设备驱动程序系统硬件平台组成原理；Linux MTD驱动程序体系结构；TECHPXA2
14、70 开发平台上的 NAND Flash 驱动程序。（6）Linux 网络设备驱动程序简介网络驱动程序的层次；网络设备的初始化；网络数据包的发送和接收；网络设备的内核加载；网络设备的模块加载。3建议课时：4 课时。4.教学重点和难点：Linux 驱动程序编写规则；Linux 字符设备驱动程序结构及Linux 块设备驱动程序编写。5.复习与作业要求：写出 Linux 驱动程序编写规则；评价 Linux 字符设备驱动程序结构及 Linux 块设备驱动程序编写的异同；了解 Linux 按键驱动程序及Linux 网络设备驱动程序。6.考核知识点：Linux 驱动程序编写；Linux 字符设备驱动程序结
15、构及Linux 块设备驱动程序编写。7.辅助教学活动：熟悉 Linux 驱动程序编写，运行 Linux 按键驱动程序。通过 PPT 讲解驱动程序编写过程，举例说明Linux 按键驱动程序编程。单元 8 嵌入式图形界面设计1.教学目的和要求：掌握 Linux GUI 基础；掌握Qt/Embedded 应用程序基础；了解Qt/Embedded 的安装及编译环境的建立。2知识点（1）嵌入式GUI 简介GUI 历史；GUI 现状（2）Linux GUI基础X Window 结构；Framebuffer。（3）Qt/Embedded 的主要特征（4）Qt/Embedded 的安装及编译环境的建立（5）Q
16、t/Embedded 应用程序基础Qt/Embedded 应用程序的运行；Qt/Embedded 应用程序的显示；Hello，Qt/Embedded！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -应用程序；Qt/Embedded 应用程序的中文化。（6）信号与插槽机制。*（7）Qt Designer 简介及部件布局管理。*（8）实战练习。*（9）Qt/Embedded 应用程序开发快速索引。3建议课时：2 课时。4.教学重点和难点：Linux GUI 基础；Qt/Embedded 应用程序基础。5.复习与作业要求：写出Linux GUI 基本特征；画出Qt/Embed
17、ded 应用程序编写流程。6.考核知识点：Linux GUI基本特征；Qt/Embedded 应用程序编写流程。7.辅助教学活动：熟悉Qt/Embedded 应用程序编写流程，运行Linux GUI 程序。通过PPT 讲解 Qt/Embedded 及 Qt/Embedded 的安装及编译环境的建立。注：带*号的为学生自学内容或者选学内容。三、实验大纲本课程总学时中包含实验教学环节，形式为学生在实验室完成实验内容。1、实验目的和内容结合课程教学重点和学生能力培养要求，规划四个基本实验：（1）实验一：ADS 的按装与使用。实验目的：学习ADS 的安装步骤和配置方法，掌握应用技巧。实验内容：学生安装
18、ADS 编译软件，按照步骤配置运行环境，并建立工程编制程序，完成编辑、编译、仿真及结论说明。（2）实验二：PGIO 口的输入输出实验目的：学习ARM 内部 PGIO 的初始化设置和输出输入的驱动方法。实验内容掌握端口的配置、定义、功能分配，完成键盘的输入和方波的输出。（3）实验三：LED 数码管的驱动实验实验目的：学会相关端口的配置，学习LED 点亮的方式及驱动程序编写。实验内容：掌握端口的配置、定义、功能分配，完成LED 灯的跑马灯实验，依次点亮各个发光管。（4）实验四：定时器的应用实验目的：学会定时器的配置过程和方法，学习定时器的编程及使用方法。实验内容：掌握定时器的配置、功能特点，通过定
19、时器编程，完成定时程序编写和对输入脉冲的计数统计。（5）实验五：linux 下 shell 编程实验目的：学习SHELL 下的常用命令及编程方式。实验内容：学会SHELL 下各个常用命令，编程规则和特点，完成VI 编辑和程序的编写，并实现编译仿真。（6）实验六：Linux 下 hello 实验实验目的：学习SHELL 下的常用命令及hello 输出指令的编写。实验内容：掌握 SHELL 下的编程规则和方法，编写 hello 程序，并在显示屏上显示hello字母。2、实验要求（1）课前准备：学生仔细研读实验指导书，规划准备实验内容，设计实验数据记录表，对相关知识进行预习和准备。名师资料总结-精品
20、资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -（2）实验过程：按照实验指导书要求，分组或独立设计并完整实验内容，对于分组合作完成的内容，需要小组成员配合进行环境配置并协调验证。（3）实验报告：每个实验按照实验指导书要求，撰写实验报告，实验报告应该包括实验目的、实验内容、实验方法、实验数据及分析，以及实验总结等内容。四、课程教学的特色说明可对下述有关情况做出说明：1本课程自学内容及要求自学内容：显示接口，USB接口，多媒体接口概述，快速捕获接口，进程管理，Qt Designer简介及部件布局管理，实战练习，Qt/Embedded 应用程序开发快速索引。2课内习题课的安排及学时课内安排适当
21、的习题课及时对所学知识进行复习:4个学时。3利用现代化教学手段内容及学时经常利用多媒体技术，结合本课特点，对所学内容进行编程实战及电路仿真，使教学效果更好。4对学生能力培养的要求要求学生达到学以致用，理论结合实践。增强实际操作能力，注重创新性能力的培养。五、考核大纲1考试的目的与作用嵌入式系统课程是电子信息科学与技术系电子电气类专业的一门面向应用的专业技术课。嵌入式系统介绍了ARM 的基本知识和嵌入式技术的应用，其内容与工程实际紧密联系，实用性很强，是一门在理论指导下,偏重于实际应用的课程。本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点。本课程围绕使用较为广泛的ARM 32位系列为例进行
22、学习。本课程已成为理、工科电子类专业的一门专业课程，它体现了电子系统设计的方法和硬件结构的变化。通过该课程的学习，要求学生掌握ARM 的工作原理、编程技术，掌握ARM 应用系统的扩展方法和实际应用。2考核内容与考核目标考核的重点：ARM 的结构和工作原理，嵌入式的寻址方式、指令系统和汇编语言程序设计，嵌入式操作系统、中断系统的结构、工作原理和应用，定时器串行口的结构、工作原理和应用。嵌入式的扩展等。要求学生掌握。其它作为了解。3主要参考书嵌入式系统设计(美）瓦伊德,(美）吉瓦尔吉斯著.骆丽译电子工业出版社,2004年嵌入式系统设计与应用开发郑灵翔等编写北京航空航天大学出版社,2006 年嵌入式
23、系统原理、设计与应用张大波编写机械工业出版社.2004 年嵌入式 LINUX实训教材徐成等编写.人民邮电出版社.2010 年4课程考试内容与教材的关系考试内容紧扣教材的知识点，考试试题根据教学大纲，其范围和难度按照本方案中制订的考试考核内容和要求确定。适当加有应用、设计及分析题。分章节的考核知识点参见：教学内容及基本要求。6课程考核考核方式：平时考核（含实验考核、作业、课堂提问及考勤等）与期末考试（闭卷考试）相结合。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -作业考核：教师评判作业并根据作业内容的正确性、作业完成得认真及规范性给出评定成绩。课堂考核：教师随堂提问，根
24、据课堂提问及学生回答问题情况对学生给出评定成绩。考勤考核：教师对学生到课通过点名等方式进行考核，根据学生到课情况给出评定成绩。期末考试：期末考试题目基本类型包括：论文、大作业等灵活的考试形式。每次考试可以根据实际需求选择考试题目类型。考试时间为课程结束后的第二周考试。综合成绩评定：期末考试成绩占综合成绩70%、实验成绩占10%，平时成绩（作业、考勤和课堂考核等）占20%。六、课程教材和主要参考资料1.嵌入式系统原理与应用-基于 XScale 与 Linux 石秀民 北京:北京航空航天大学出版社,2007.2ARM 嵌入式系统入门三恒星科技编著北京:中国电力出版社.2008.3ARM 嵌入式 Linux 系统开发技术详解杨水清等编著 北京:电子工业出版社.2008.4.孙秋野.ARM 嵌入式系统开发典型模块,北京:人民邮电出版社.2007.制定（修订）人：金广锋审核人：杨卫东批准人：张浩军制定（修订）时间：2012.12 审核时间：2013.02 批准时间：2013.02 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -