《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

1、嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用教學(xué)大綱一、課程基本信息中文名稱嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用英文名稱Principle and Applications of Embedded System適用專業(yè)信息工程先修課程C語言、微型計(jì)算機(jī)原理課程類別專業(yè)核心課程修讀性質(zhì)必修學(xué)分/學(xué)時(shí)3學(xué)分/34學(xué)時(shí)考核方式考查二、教學(xué)目標(biāo)本課程以嵌入式軟件工程思想為指導(dǎo)，通過突出嵌入式系統(tǒng)軟硬件依賴、實(shí)時(shí)、可靠、低功耗等特性，使學(xué)生利用工具開發(fā)實(shí)際嵌入式軟件程序的同時(shí)，幫助他們理解符合嵌入式系統(tǒng)特色的各種原理和方法，培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品方案規(guī)劃、體系架構(gòu)選擇、處理器和芯片選型、操作系統(tǒng)應(yīng)用、總體及詳細(xì)設(shè)計(jì)、可靠性測(cè)試評(píng)估等方面的綜合能力

2、，為將來的進(jìn)一步發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。三、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第一章 嵌入式系統(tǒng)導(dǎo)論（理論2學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握嵌入式系統(tǒng)基本概念、分類和特點(diǎn)；2. 了解嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)基本概念；3. 了解嵌入式系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)的關(guān)系和區(qū)別；（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)定義，嵌入式系統(tǒng)的分類、特點(diǎn)；教學(xué)難點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的軟硬件組成。（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 嵌入式系統(tǒng)概述2. 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域3. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)第二章 嵌入式硬件系統(tǒng)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握嵌入式系統(tǒng)的硬件的基本組成；2. 了解嵌入式微處理器的基本組成和運(yùn)行模式；3. 掌握主流嵌入式處理器

3、ARM的相關(guān)知識(shí)；（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：ARM編程模型；嵌入式存儲(chǔ)器；教學(xué)難點(diǎn)：ARM編程模型；AMBA總線工作原理。（三）教學(xué)方法多媒體式對(duì)嵌入式微處理器進(jìn)行全方位講解。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 嵌入式硬件系統(tǒng)的基本組成2. 嵌入式微處理器3. 嵌入式總線4. 嵌入式存儲(chǔ)器5. 輸入/輸出與典型接口第三章 嵌入式軟件系統(tǒng)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 了解當(dāng)今幾款主流的嵌入式操作系統(tǒng)：Linux、Vxworks、WinCE的基礎(chǔ)知識(shí)；2. 掌握嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行流程；3. 掌握嵌入式軟件系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)；4. 掌握嵌入式軟件開發(fā)工具的特點(diǎn)和軟件開發(fā)的過程；5. 了解嵌入式操作系統(tǒng)

4、的發(fā)展趨勢(shì)。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程、交叉環(huán)境、交叉調(diào)試；教學(xué)難點(diǎn)：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)、交叉調(diào)試與非交叉調(diào)試的區(qū)別；JTAG技術(shù)。（三）教學(xué)方法通過多媒體演示軟件系統(tǒng)。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 嵌入式軟件系統(tǒng)的分類、組成、特點(diǎn)2. 嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程3. 嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、功能、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)4. 嵌入式軟件開發(fā)工具的分類，交叉開發(fā)環(huán)境，現(xiàn)階段的開發(fā)過程及開發(fā)工具的發(fā)展趨勢(shì)第四章 嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核基礎(chǔ)（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)性、可移植性、可剪裁可配置性、可靠性的具體含義和影響因素；2. 了解實(shí)時(shí)內(nèi)核的任務(wù)管理、中斷管理、

5、時(shí)間管理、共享資源的互斥管理、同步與通信管理、內(nèi)存管理、IO管理、出錯(cuò)管理、用戶擴(kuò)展管理和電源管理的主要內(nèi)容；3. 掌握嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的重要性能指標(biāo)；（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：不同的調(diào)度算法對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響；差分時(shí)間鏈的特點(diǎn)和常見操作；教學(xué)難點(diǎn)：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中斷的特點(diǎn)與過程。（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題2. 嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的主要功能3. 嵌入式實(shí)時(shí)內(nèi)核的重要性能指標(biāo)第五章 任務(wù)管理及調(diào)度（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 了解任務(wù)的定義、分類、參數(shù)、內(nèi)容及主要特征；2. 了解任務(wù)的狀態(tài)與變遷、任務(wù)控制塊的內(nèi)容；3. 掌握任務(wù)切換過程及任務(wù)切換

6、時(shí)間對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的影響、任務(wù)隊(duì)列的管理方法；4. 掌握優(yōu)先級(jí)可搶占調(diào)度機(jī)制、優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題的定義；5. 掌握優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問題的兩種解決方法、時(shí)序圖和多處理器調(diào)度算法。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：任務(wù)管理機(jī)制；為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性在任務(wù)調(diào)度、隊(duì)列管理采用的特殊方法；優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)及解決；教學(xué)難點(diǎn)：任務(wù)切換與優(yōu)先級(jí)位圖相關(guān)算法；優(yōu)先級(jí)繼承與優(yōu)先級(jí)天花板協(xié)議的對(duì)比。（三）教學(xué)方法多媒體教學(xué)。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 任務(wù)的定義、分類、參數(shù)、內(nèi)容及主要特性；2. 任務(wù)管理3. 任務(wù)調(diào)度4. 優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)5. 多處理器調(diào)度第六章 同步、互斥與通信（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握三種常見信號(hào)量機(jī)制的分類及其基本用法；2

7、. 掌握用PV操作來實(shí)現(xiàn)任務(wù)之間的同步；3. 了解嵌入式系統(tǒng)中的郵箱、消息隊(duì)列、事件和異步信號(hào)機(jī)制。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：三種常見信號(hào)量機(jī)制的使用方法；消息隊(duì)列的使用和管理方法；事件機(jī)制的應(yīng)用；教學(xué)難點(diǎn)：任務(wù)事件集等待控制塊結(jié)構(gòu)，異步信號(hào)機(jī)制與中斷機(jī)制、事件機(jī)制的對(duì)比。（三）教學(xué)方法本章以課堂教學(xué)為主，結(jié)合實(shí)例代碼演示。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 概述信號(hào)量2. 信號(hào)量3. 郵箱和消息隊(duì)列 4. 事件機(jī)制的作用、特點(diǎn)和使用方法5. 異步信號(hào)第七章 中斷和時(shí)間管理（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握中斷的概念、分類、中斷的處理過程；2. 了解實(shí)時(shí)內(nèi)核的中斷管理和用戶中斷服務(wù)程序；3. 了解時(shí)間管理

8、的基本功能、差分時(shí)間鏈在時(shí)間管理中的應(yīng)用。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)時(shí)內(nèi)核的中斷管理機(jī)制、編寫用戶中斷服務(wù)程序；實(shí)時(shí)時(shí)鐘的產(chǎn)生；教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)時(shí)內(nèi)核的中斷接管程序；tick處理程序及差分時(shí)間鏈。（三）教學(xué)方法本章以課堂教學(xué)為主，結(jié)合實(shí)例代碼演示。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 系統(tǒng)調(diào)用和庫函數(shù)2. 文件操作3. 進(jìn)程控制4. 進(jìn)程通信5. 內(nèi)存管理第八章 內(nèi)存管理和I/O管理（理論4學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握在嵌入式操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理的基本方法；2. 了解內(nèi)存管理機(jī)制；3. 了解I/O系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的典型結(jié)構(gòu)；（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：嵌入式內(nèi)存管理機(jī)制；教學(xué)難點(diǎn)：MMU（內(nèi)存管理單元）機(jī)制。（三）教學(xué)方法

9、本章以課堂教學(xué)為主，結(jié)合課堂演示以加深嵌入式內(nèi)存管理的理解。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 內(nèi)存管理的概述2. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)存管理機(jī)制及特點(diǎn)3. I/O系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法第十章 嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)（理論2學(xué)時(shí)）（一）教學(xué)目標(biāo)1. 掌握嵌入式軟件的交叉開發(fā)環(huán)境的定義、嵌入式軟件的開發(fā)過程、嵌入式軟件分析設(shè)計(jì)方法；2. 了解嵌入式軟件開發(fā)中軟硬件平臺(tái)的選定，常見的嵌入式軟件開發(fā)工具。（二）重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：嵌入式軟件開發(fā)模式、任務(wù)劃分方法；教學(xué)難點(diǎn)：任務(wù)劃分方法及任務(wù)間接口的實(shí)現(xiàn)。（三）教學(xué)方法多媒體演示嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)。（四）教學(xué)內(nèi)容1. 嵌入式軟件開發(fā)模式2. 嵌入式實(shí)時(shí)軟件分析設(shè)計(jì)方法3. 安全

10、關(guān)鍵領(lǐng)域軟件開發(fā)四、考核形式及成績(jī)?cè)u(píng)定（一）考核形式： 期末考試為開卷考試，考試范圍和要求應(yīng)符合本教學(xué)大綱對(duì)各章教學(xué)內(nèi)容的基本要求。（二）成績(jī)?cè)u(píng)定： 課程考核分為平時(shí)成績(jī)和期末考試。其中平時(shí)考核成績(jī)占課程總成績(jī)的30%，期末考試成績(jī)占課程總成績(jī)的70%。五、教材與參考書教 材：羅蕾. 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及應(yīng)用開發(fā).（第三版）.北京：北京航空航天大學(xué)，2011，1.參考書：1 邱鐵. ARM嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程. 北京：清華大學(xué)出版社，2009，3.2 韋東山. 嵌入式Linux應(yīng)用開發(fā)完全手冊(cè). 北京：人民郵電出版社，2008，8.六、其他通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉嵌入式系統(tǒng)的概念及其組成，了解嵌入式系統(tǒng)軟件、硬件結(jié)構(gòu)和開發(fā)方法；能夠開發(fā)和調(diào)試簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序；能夠看懂并設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的接口電路。七、課程學(xué)