嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用-教學(xué)大綱-2022版

《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(中文)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用(英文)DesignandApplicationofEmbeddedSystem課程代碼課程性質(zhì)必修開課院部物理與光電工程學(xué)院課程負(fù)責(zé)人課程團(tuán)隊(duì)授課學(xué)期第五學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2學(xué)分/32學(xué)時課內(nèi)學(xué)時32理論學(xué)時32實(shí)驗(yàn)學(xué)時實(shí)訓(xùn)（含上機(jī)）實(shí)習(xí)其他適用專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)授課語言中文對先修的要求先修《C語言程序設(shè)計(jì)》、《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》。具備C語言程序開發(fā)能力，單片機(jī)接口程序開發(fā)能力。對后續(xù)的支撐對《專業(yè)綜合設(shè)計(jì)》課程，提供ARM嵌入式程序開發(fā)與設(shè)計(jì)的基本能力。課程簡介本課程是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科學(xué)生的選修專業(yè)課程。ARM嵌入式基礎(chǔ)是一門介紹ARM處理器原理及程序開發(fā)的課程，在內(nèi)容上涉及ARM匯編程序設(shè)計(jì)、C與匯編程序混合編程、嵌入式系統(tǒng)啟動代碼分析、嵌入式系統(tǒng)接口及驅(qū)動程序開發(fā)、基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的程序開發(fā)。本課程學(xué)生學(xué)習(xí)完本課程之后，能夠了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、開發(fā)工具、處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，掌握ARM匯編程序設(shè)計(jì)、C與匯編程序混合編程、ARM異常中斷處理及程序設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)啟動代碼分析、嵌入式系統(tǒng)接口及驅(qū)動程序開發(fā)、基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的程序開發(fā)。理解工程應(yīng)用中嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，識別、表達(dá)和分析應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的工程問題，利用嵌入式技術(shù)將自然科學(xué)基礎(chǔ)理論和電子科學(xué)技術(shù)原理用于解決應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題，達(dá)到學(xué)以致用的目的。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatestudentsmajoringinElectronicScienceandtechnology.ARMembeddedfoundationisacoursethatintroducesARMprocessorprincipleandprogramdevelopment.Inthecontent,itinvolvesarmassemblerdesign,Candassemblermixedprogramming,embeddedsystemstartupcodeanalysis,embeddedsysteminterfaceanddriverdevelopment,andprogramdevelopmentbasedonuC/OS-IIoperatingsystem.Thiscourseenablesstudentstosystematicallyunderstandthebasicconcepts,developmenttoolsandprocessorsystemstructureofembeddedsystem,masterarmassemblyprogramdesign,mixedprogrammingofCandassemblyprogram,armexceptioninterrupthandlingandprogramdesign,embeddedsystemstartupcodeanalysis,embeddedsysteminterfaceanddriverdevelopment,andprogramdevelopmentbasedonuC/OS-IIoperatingsystem。Understandthedesignprocessofembeddedsysteminengineeringapplication,identify,expressandanalyzetheengineeringproblemsintheapplicationofelectronicsystem,anduseembeddedtechnologytosolvethecomplexengineeringproblemsintheapplicationofelectronicsystembyusingthebasictheoryofnaturalscienceandtheprinciplesofElectronicScienceandtechnology,soastoachievethepurposeoflearningforapplication.二、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐序號課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求1目標(biāo)1：學(xué)生在結(jié)合電路與高等數(shù)學(xué)等知識基礎(chǔ)上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。指標(biāo)點(diǎn)1.3能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于推演、分析電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題，用于解決方案的比較與綜合。畢業(yè)要求1.掌握數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識，并能用于解決電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題。2目標(biāo)2：學(xué)生能夠運(yùn)用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有方案提出見解，并針對功能要求與技術(shù)指標(biāo)給出一定的設(shè)計(jì)方案。指標(biāo)點(diǎn)2.3能夠運(yùn)用電子科學(xué)技術(shù)的基本原理，通過查閱文獻(xiàn)、借助仿真軟件等手段，比較并論證電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)復(fù)雜工程問題的多種解決方案，獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求2.能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和電子科學(xué)技術(shù)的基本原理，并通過查閱文獻(xiàn)和借助仿真軟件等手段，對電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題進(jìn)行識別、表達(dá)和分析，以獲取有效結(jié)論。3目標(biāo)3：學(xué)生能夠運(yùn)用ARM的編程方法，能夠基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序。能針對功能要求與技術(shù)指標(biāo)給出一定的設(shè)計(jì)方案，掌握工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的基本設(shè)計(jì)/開發(fā)方法和技術(shù)。指標(biāo)點(diǎn)3.1掌握工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設(shè)計(jì)/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計(jì)目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。畢業(yè)要求3.設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案——能夠針對電子器件和應(yīng)用電子系統(tǒng)方面的復(fù)雜工程問題提出設(shè)計(jì)方法或解決方案，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。三、教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度安排章節(jié)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果教學(xué)方式支撐課程目標(biāo)第一章4嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識：嵌入式系統(tǒng)的組成、嵌入式操作系統(tǒng)介紹、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)概述。重點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的組成難點(diǎn)：嵌入式操作系統(tǒng)介紹。（1）理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念,了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、特點(diǎn)、組成和開發(fā)。（2）嵌入式操作系統(tǒng)的概述，嵌入式系統(tǒng)的組成和開發(fā)。（3）嵌入式系統(tǒng)的軟硬件組成。講授/作業(yè)講授：嵌入式系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)等知識點(diǎn)。作業(yè)：熟悉、了解、記憶嵌入式系統(tǒng)的軟硬件組成。目標(biāo)1第二章4arm技術(shù)概述：arm體系結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征；arm微處理器結(jié)構(gòu)；arm920t內(nèi)部功能及特點(diǎn)；寄存器組織；arm920t內(nèi)核工作模式。重點(diǎn)：ARM處理器的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)內(nèi)型、存儲格式、流水線、工作模和寄存器組。難點(diǎn)：程序狀態(tài)寄存器每位的作用和不同模式下能使用的寄存器組。思政導(dǎo)入：介紹我國在處理器技術(shù)的發(fā)展歷史，尤其介紹龍芯系列處理器的發(fā)展過程以及其堅(jiān)持自主創(chuàng)新敢于突破西方技術(shù)封鎖的精神，激勵學(xué)生自立自強(qiáng)報(bào)效國家的品格。（1）熟練掌握arm微處理器的應(yīng)用選型。（2）掌握arm920t內(nèi)部功能及特點(diǎn)。（3）掌握arm920t內(nèi)核工作模式。（5）arm920t內(nèi)部功能及特點(diǎn)。講授/作業(yè)講授：arm技術(shù)概述，arm內(nèi)核結(jié)構(gòu)原理。作業(yè)：arm內(nèi)核工作模式和異常響應(yīng)機(jī)制。目標(biāo)1第三章8arm的指令系統(tǒng)：arm匯編指令；arm匯編語言的語句格式和程序結(jié)構(gòu)；匯編語言與c語言的混合編程。重點(diǎn)：arm匯編語言的語句格式和程序結(jié)構(gòu)、匯編語言與c語言的混合編程。難點(diǎn)：匯編語言與c語言的混合編程、過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)aapcs。（1）能使用ARM匯編語言語法和指令編寫規(guī)范的匯編程序。（2）掌握arm處理器異常模式和異常。（3）掌握s3c2410x中斷機(jī)制。（4）掌握ARM/C混編方法。講授/作業(yè)講授：arm匯編語言程序設(shè)計(jì)。作業(yè)：匯編語言編程練習(xí)，匯編語言與c語言的混合編程練習(xí)。目標(biāo)1第四章8Arm接口驅(qū)動程序:arm異常響應(yīng)和處理程序返回；arm的中斷處理程序設(shè)計(jì)；串行通信接口電路與程序設(shè)計(jì)；a/d轉(zhuǎn)換器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：arm處理器異常模式和異常，arm的中斷處理程序設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：異常中斷程序設(shè)計(jì)、從異常處理程序中返回。思政導(dǎo)入：介紹我國近期在SOC芯片的發(fā)展趨勢，以緊貼用戶需求的芯片設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，以服務(wù)為導(dǎo)向的驅(qū)動程序拓展應(yīng)用市場，取得了很大成果。讓學(xué)生了解我國作為電子產(chǎn)品的世界生產(chǎn)中心從下游向上游突破的奮斗過程，熟悉服務(wù)市場的意識，從技術(shù)理念和市場意識上樹立產(chǎn)業(yè)報(bào)國的精神。（1）掌握arm異常中斷處理概述，arm處理器異常模式和異常，理解ARM中斷機(jī)制；掌握通過相關(guān)寄存器的配置編寫中繼方式的驅(qū)動程序。（2）了解ARM串口控制器接口電路、通信控制原理和相關(guān)寄存器；能掌握通過相關(guān)寄存器的配置編寫串口驅(qū)動程序。（3）了解ARMa/d轉(zhuǎn)換器電路連接、工作原理和相關(guān)寄存器，能掌握通過相關(guān)寄存器的配置編寫驅(qū)動程序。講授/作業(yè)講授：ARM接口電路控制原理和相關(guān)寄存器；通過相關(guān)寄存器的配置編寫串口驅(qū)動程序。作業(yè)：ARM接口驅(qū)動程序的編寫。目標(biāo)2第五章8uC/OS-II操作系統(tǒng)編程：嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)架構(gòu)；嵌入式系統(tǒng)uC/OS-II操作系統(tǒng)工作原理；uC/OS-II操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度原理、任務(wù)通信和同步原理；uC/OS-II操作系統(tǒng)的移植；uC/OS-II操作系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫。重點(diǎn)：uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)各模塊移植與編譯；uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)工作原理。難點(diǎn)：uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度、通信和同步機(jī)制；uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序開發(fā)。思政導(dǎo)入：介紹我國當(dāng)前較為流行的輕量級操作系統(tǒng)，尤其介紹華為鴻蒙的輕量操作系統(tǒng)及其生態(tài)建設(shè)，讓學(xué)生了解突破西方打壓和堅(jiān)持自主創(chuàng)新的奮斗歷程，樹立學(xué)生敢于拼搏勇于斗爭的意識以及為民族復(fù)興而努力的精神。（1）了解嵌入式操作系統(tǒng)的工作原理。（2）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的內(nèi)核管理機(jī)制。（3）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度機(jī)制。（4）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)在arm平臺上的移植。（5）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序開發(fā)。講授/作業(yè)講授：uC/OS-II操作系統(tǒng)工作原理，uC/OS-II操作系統(tǒng)的移植。作業(yè)：uC/OS-II應(yīng)用程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)多個任務(wù)的通信和同步。目標(biāo)3合計(jì)32課程考核序號課程目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)）考核內(nèi)容評價依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)作業(yè)考試1目標(biāo)1：學(xué)生在結(jié)合電路與高等數(shù)學(xué)等知識基礎(chǔ)上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3）能夠掌握各類常用指令的功能和使用；能夠編寫ARM匯編程序；（3）能夠編寫ARM和C混合編程程序；1030402目標(biāo)2：學(xué)生能夠運(yùn)用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有方案提出見解，并針對功能要求與技術(shù)指標(biāo)給出一定的設(shè)計(jì)方案。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.3）（1）掌握ARM處理器初始化程序的編寫方法；（2）掌握ARM處理器中斷處理的方法；（3）能夠編寫ARM常用接口的驅(qū)動程序；1020303目標(biāo)3：學(xué)生能夠運(yùn)用ARM的編程方法，能夠基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用程序。能針對功能要求與技術(shù)指標(biāo)給出一定的設(shè)計(jì)方案，掌握工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的基本設(shè)計(jì)/開發(fā)方法和技術(shù)。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.1）（1）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的任務(wù)管理同步與通信機(jī)制；（2）基本掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)在ARM處理器上的移植；（3）基本掌握基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序開發(fā)。102030合計(jì)3070100注：各類考核評價的具體評分標(biāo)準(zhǔn)見《附錄：各類考核評分標(biāo)準(zhǔn)表》五、教材及參考資料1.教材《ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)應(yīng)用》，熊茂華，楊震倫，北京：清華大學(xué)出版社，2016，97873021629882。2.主要參考書[1]《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)：基于ARM9微處理器C語言程序設(shè)計(jì)》，侯殿有，北京:清華大學(xué)出版社，2017，第四版，9787302412496。六、教學(xué)條件多媒體教室大綱執(zhí)筆人：審核人(專業(yè)負(fù)責(zé)人/系主任)：修定時間：2022年2月21日附錄：各類考核評分標(biāo)準(zhǔn)表課程考核評分標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)要求評分標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重（%）90-10080-8960-790-59目標(biāo)1：學(xué)生在結(jié)合電路與高等數(shù)學(xué)等知識基礎(chǔ)上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1.3）在考試測驗(yàn)和作業(yè)中，編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法正確,無誤，語法合理、正確完整和清晰。在考試測驗(yàn)和作業(yè)中回答編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法存在少量非原則性錯誤，語法基本合理正確。在考試測驗(yàn)和作業(yè)中編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法有不少錯誤，程序有一些明顯錯誤。在考試測驗(yàn)和作業(yè)中，編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法錯誤嚴(yán)重，語法不正確、程序錯誤較多。40目標(biāo)2：學(xué)生能夠運(yùn)用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有