《嵌入式技術(shù)及應用》電子教案

教案2021～2022學年第二學期開課部門：電子與自動化學院課程名稱：嵌入式技術(shù)及應用任課班級：物應201、202、203任課教師：教學周：第一周至第十四周任課時間：年月至年月-21-本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序2授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：嵌入式系統(tǒng)組成前次課教學內(nèi)容提要嵌入式系統(tǒng)認識本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：了解學生掌握嵌入式系統(tǒng)基本組成；查找嵌入式系統(tǒng)應用案例并分析。教學重點及難點：重點：嵌入式系統(tǒng)組成難點：嵌入式系統(tǒng)案例分析作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入嵌入式系統(tǒng)組成及嵌入式系統(tǒng)應用案例分析回顧知識點引入嵌入式系統(tǒng)組成學生回答問題案例引入基礎(chǔ)知識檢測10分資源學習教師引導學生完成案例分析自主學習案例法20分查閱資料教師答疑及引導學生查閱資料準備案例分組討論小組協(xié)作資料分析40分總結(jié)教師布置下節(jié)課準備工作學生記錄交流思維導圖10分教學內(nèi)容頁嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識一、嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)嵌入式系統(tǒng)與傳統(tǒng)的計算機一樣是一種由硬件和軟件組成的計算機系統(tǒng)。硬件包括了嵌入式微控制器和微處理器，以及一些外圍元器件和外部設(shè)備。軟件包括嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件。1.硬件層硬件層主要包含了嵌入式系統(tǒng)中必要的硬件設(shè)備：嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM等)、設(shè)備IO接口等。2.中間層中間層為硬件層與系統(tǒng)軟件層之間的部分，有時也稱為硬件抽象層(HardwareAbstractLayer，HAL)或者板級支持包(BoardSupportPackage，BSP)。3.系統(tǒng)軟件層系統(tǒng)軟件層由實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(Real-timeOperationSystem，RTOS)、文件系統(tǒng)、圖形用戶界面接口(GraphicUserInterface，GUI)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及通用組件模塊組成。4.應用軟件層應用軟件層則是開發(fā)設(shè)計人員在系統(tǒng)軟件層的基礎(chǔ)之上，根據(jù)需要實現(xiàn)的功能，結(jié)合系統(tǒng)的硬件環(huán)境所開發(fā)的應用軟件。教學內(nèi)容頁二、嵌入式系統(tǒng)特點1.人機交互界面2.功能有限3.時間和空間關(guān)鍵性和穩(wěn)定性4.高可靠的穩(wěn)定性嵌入式微處理器（一）、ARM微處理器系列系列及版本RSIC與CSIC結(jié)構(gòu)3、典型的微處理器特點查找Contex資料，了解其特點及應用案例（二）、ARM微處理器的寄存器處理器工作模式寄存器及存儲器ARM微處理器編程模型四、嵌入式系統(tǒng)案例分析問題：1、單片機和高端ARM有什么區(qū)別？（澄清經(jīng)過概念）說到底就是有沒有

CACHE和MMU，單片機沒有CACHE和MMU，高級ARM有CACHE和MMU，但是低端ARM就沒有。單片機和低端ARM（比如cortex-M系列）是MCU，高端ARM是MPU。有了MMU，在ARM領(lǐng)域，Linux編程的時候，就會看到虛擬地址,這樣，編程就變得復雜起來！也就是說，單片機里所用的地址都是物理地址。ARM里面，啟動MMU以后，我們編程看到的地址都是虛擬地址，經(jīng)過MMU以后才是具體的物理地址。PC上執(zhí)行要用本機編譯器，在ARM上運行的要交叉編譯器。本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序3授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：典型嵌入式操作系統(tǒng)前次課教學內(nèi)容提要嵌入式微處理器本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：熟悉Linux的組成部分掌握Linux文件系統(tǒng)教學重點及難點：Linux文件系統(tǒng)功能文件操作權(quán)限及設(shè)置作業(yè)和思考題：什么是嵌入式系統(tǒng)？什么是嵌入式操作系統(tǒng)？從資源管理角度講，操作系統(tǒng)的功能有哪些？中斷服務(wù)程序的處理有哪幾個步驟？簡述程序、進程和線程的區(qū)別？課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行設(shè)計教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入嵌入式操作系統(tǒng)及指令應用回顧知識點引入嵌入式操作系統(tǒng)學生回答問題案例引入基礎(chǔ)知識檢測10分資源學習教師引導學生學習Linux系統(tǒng)自主學習實操20分系統(tǒng)操作教師引導學生完成指令熟悉及簡單操作分組練習實操40分總結(jié)總結(jié)及教師布置下節(jié)課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內(nèi)容頁一、嵌入式操作系統(tǒng)（一）、Linux嵌入式Linux現(xiàn)在已經(jīng)有許多的版本，包括強實時的嵌入式Linux(如新墨西哥工學院的RT-Linux和堪薩斯大學的KURT-Linux等)和一般的嵌入式Linux版本(如uCLinux和PocketLinux等)。（二）、VxWorks1984年WRS公司推出它的第一個版本VxWorks1.0.1，在1997年推出了VxWorks5.3.1。VxWorks是一個運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統(tǒng)。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。（三）、WinCEWindowsCE的多線性、多任務(wù)、全優(yōu)先的操作系統(tǒng)環(huán)境是專門針對資源有限而設(shè)計的。這種模塊化設(shè)計使嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者和應用開發(fā)者能夠定做各種產(chǎn)品，例如家用電器、專門的工業(yè)控制器和嵌入式通信設(shè)備。（四）、Palm3COM公司的Palm操作系統(tǒng)在掌上電腦和PDA市場上占有很大的市場份額。它有開放的操作系統(tǒng)應用程序接口，開發(fā)商可以根據(jù)需要自行開發(fā)所需的應用程序。（五）、μC/OS-II由于μC/OS-II僅是一個實時內(nèi)核，這就意味著它不像其他實時操作系統(tǒng)那樣，它提供給用戶的只是一些API函數(shù)接口，有很多工作往往需要用戶自己去完成。把μC/OS-II移植到目標硬件平臺上也只是系統(tǒng)設(shè)計工作的開始，后面還需要針對實際的應用需求對μC/OS-II進行功能擴展，包括底層的硬件驅(qū)動、文件系統(tǒng)和用戶圖形接口(GUI)等，從而建立一個實用的RTOS。（六）、eCoseCos（embeddedConfigurableoperatingsystem），中文翻譯為嵌入式可配置操作系統(tǒng)或嵌入式可配置實時操作系統(tǒng)。適合于深度嵌入式應用，主要應用對象包括消費教學內(nèi)容頁電子、電信、車載設(shè)備、手持設(shè)備以及其他一些低成本和便攜式應用。二、Linux系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1、內(nèi)核（1）什么是內(nèi)核？（2）由5個子系統(tǒng)組成在圖片中顯示內(nèi)核的地位及5個子系統(tǒng)的關(guān)系2、shell（1）什么是shell（2）shell的版本（3）shell的說明本部分需重點講解3、文件系統(tǒng)文件或設(shè)備或目錄（1）Linux目錄結(jié)構(gòu)//root或/home/登錄名（2）路徑（3）權(quán)限讀（r）、寫（w）、執(zhí)行（x）root(系統(tǒng)管理員)、owner（文件屬主）、group（組成員）、other（其他用戶）修改文件權(quán)限命令：chmod例：chmod+xhelloworld4、Linux實用工具（1）編輯器例：vi/文件名（2）過濾器（3）交互程序通過分析Linux操作系統(tǒng)的地位，講解Linux特性及構(gòu)成1、Linux操作系統(tǒng)特點2、Linux嵌入式構(gòu)成教學內(nèi)容頁3、Linux文件系統(tǒng)對比Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)講解文件系統(tǒng)，演示Ubuntu系統(tǒng)中的目錄格式。問題：嵌入式Linux啟動順序？(4412啟動流程)執(zhí)行腳本：if

[

-z

$1

]

then

.ild_uboot.sh

else

.ild_uboot.sh

$1

fi實際是執(zhí)行了另一個腳本：build_uboot.sh這個腳本里有一句：cat

E4412_N.bl1.SCP2G.bin

bl2.bin

all00_padding.bin

u-boot.bin

tzsw_SMDK4412_SCP_2GB.bin

>

u-boot-iTOP-4412.bin就是把幾個文件拼接一下，生成最終的

u-boot-iTOP-4412.bin第一個文件：E4412_N.bl1.SCP2G.bin

這個就是BL1

,剛才說過的，前8K就是他，三星給的，神秘兮兮的第二個文件：bl2.bin

這個是BL2，也就是BL1執(zhí)行后要加載的文件，確實是UBOOT前面截取的。第三個文件：

all00_padding.bin

這個完全是為了補齊用的，里面全是0000第四個：u-boot.bin

這個才是真正的uboot源碼編譯出來的鏡像文件BL1執(zhí)行以后加載BL2，然后把u-boot.bin加載到內(nèi)存去運行的最后一個文件是：tzsw_SMDK4412_SCP_2GB.bin

這個是ARM的一項新技術(shù)，也就是trustzoon技術(shù)，為了系統(tǒng)安全用的，大家可以不管他實際上也可以不用好了，到這里uboot就執(zhí)行起來了往后的事情大家就清楚了，uboot加載Linux內(nèi)核“

zImage"，然后掛接文件系統(tǒng)（zImage

就是Linux內(nèi)核編譯生成后的鏡像文件）啟動順序為:iROM-->BL1>BL2>uboot>zImage>掛接文件系統(tǒng)2、沒有BL1可不可以？這個完全是出于安全的考慮，bootloader在系統(tǒng)啟動的最前面運行如果bootloader被攻破的話，危險級別幾乎都會是致命的，所以這部分內(nèi)容也一直是黑客們進行漏洞挖掘的領(lǐng)域如果能夠控制bootloader，iphone的越獄、Android的root以及在手機上安裝第三方的ROM就都不成問題所以安全問題的重中之重是，要保護bootloader的安全防止bootloader被篡改怎么防止呢在上電啟動執(zhí)行IROM程序以后，加載BL1的時候，要對BL1進行多種安全檢驗防止BL1是假的然后BL1會對BL2進行各種檢驗直至操作系統(tǒng)linux

這樣保證你的整個系統(tǒng)是干凈的！BL1的結(jié)構(gòu)BL2實際就是個UBOOT，然后取出前14K就是了這個就是BL1，BL2和UBOOT在EMMC里面的分布這個是BL2的結(jié)構(gòu)最上那部分其實就是14K然后下面是chechsum（校驗），signature(簽名），Padding(補齊）大家可以看到BL2的主體部分沒有加密，但下面有簽名補齊16Kuboot也要做補齊的，就是補齊到328K

本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序4授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：Linux常用指令前次課教學內(nèi)容提要典型嵌入式操作系統(tǒng)本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：掌握磁盤管理命令掌握文件操作命令教學重點及難點：命令格式命令與不同參數(shù)組合所得的結(jié)果作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行設(shè)計教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入嵌入式操作系統(tǒng)及指令應用回顧知識點引入Linux系統(tǒng)常用命令學生回答問題案例引入基礎(chǔ)知識檢測10分資源學習教師引導學生學習Linux系統(tǒng)自主學習實操20分系統(tǒng)操作教師引導學生完成指令熟悉及簡單操作分組練習實操40分總結(jié)總結(jié)及教師布置下節(jié)課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內(nèi)容頁教學方法：從以下幾方面講解說明：1、命令格式：講清楚空格、-、中括號、尖括號等符號的使用2、說清功能，各參數(shù)的含義3、典型應用4、常見錯誤一、磁盤管理命令1、pwd：查看當前工作目錄的命令格式：pwd2、cd：改變當前目錄至新目錄格式：cd<dirname>例：cd絕對路徑如：cd/libcd~//進入主目錄cd相對路徑如：cd./temp1cd..//進入父目錄3、ls：顯示目錄或文件信息命令格式：ls[-altrAFR]dirname要求掌握-a、-l參數(shù)4、mkdir：創(chuàng)建目錄或文件信息命令格式：mkdir[-p]dirname例：mkdirtemp5、rmdir：刪除目錄命令格式：rmdir[-p]dirname注：只能刪除文件或空目錄，如需刪除非空目錄使用命令rm-r6、rm：格式：rmfilename或rm-rdirname二、修改文件權(quán)限1、chmod格式：chmod[-cfvR]modefilename其中mode為[ugoa][+-=][rwx]說明：要求詳細講解以上模式設(shè)置，并配合實例進行講解例：chmodu+xfile1chmod777file2三、命令執(zhí)行注意事項1、命令區(qū)分大小寫2、命令與參數(shù)之間有空格3、多個參數(shù)只需要一個“-”4、{}表示多個參數(shù)選其一，[]表示可選參數(shù)。其中{}和[]不需要出現(xiàn)在命令中本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序5授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：Linux磁盤操作前次課教學內(nèi)容提要Linux常用指令本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：熟悉Linux操作環(huán)境掌握Linux各類命令的使用方法掌握命令執(zhí)行錯誤的處理方法掌握磁盤管理命令教學重點及難點：使用命令操作并查看結(jié)果觀察命令與參數(shù)組合不同結(jié)果作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行設(shè)計教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入嵌入式操作系統(tǒng)及指令應用回顧知識點引入Linux系統(tǒng)常用命令學生回答問題案例引入基礎(chǔ)知識檢測10分資源學習教師引導學生練習Linux系統(tǒng)基本操作分組練習實操20分系統(tǒng)操作教師引導學生完成常用指令操作分組練習實操40分總結(jié)總結(jié)及教師布置下節(jié)課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內(nèi)容頁一、虛擬機應用1、啟動虛擬機軟件2、登陸系統(tǒng)3、認識界面教學方法：邊講邊操作二、常用命令練習1、用pwd命令查看當前所在的目錄2、用ls命令列出此目錄下的文件和目錄3、用ls-a查看隱藏文件及目錄，識別隱藏文件及目錄4、用ls-l查看文件夾詳細信息5、創(chuàng)建測試目錄test和testdir6、修改testfile的使用權(quán)限，增加所有用戶的可執(zhí)行權(quán)限7、切換目錄至登陸用戶的主目錄8、用兩種方法分別刪除目錄test和testdir三、命令執(zhí)行注意事項1、命令區(qū)分大小寫2、命令與參數(shù)之間有空格3、多個參數(shù)只需要一個“-”4、{}表示多個參數(shù)選其一，[]表示可選參數(shù)。其中{}和[]不需要出現(xiàn)在命令中本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序6授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：Linux文件操作指令前次課教學內(nèi)容提要Linux磁盤操作本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：掌握磁盤管理命令掌握文件操作命令教學重點及難點：命令格式命令與不同參數(shù)組合所得的結(jié)果作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行設(shè)計教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入嵌入式操作系統(tǒng)及指令應用回顧知識點引入Linux系統(tǒng)常用命令學生回答問題案例引入基礎(chǔ)知識檢測10分系統(tǒng)操作教師引導學生練習Linux系統(tǒng)磁盤操作指令分組練習實操20分系統(tǒng)操作教師引導學生練習Linux系統(tǒng)文件操作指令分組練習實操40分總結(jié)總結(jié)及教師布置下節(jié)課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內(nèi)容頁一、文件操作命令1、cat：文件內(nèi)容查看和連接命令格式：cat[-AbeEnstTuv]filenamecatfilename1filename2>>filename3要求掌握查看文件的方法2、cp：文件復制命令格式：cp[-adfipr]refilename/dirnamedestfilename/dirname可復制文件，可復制目錄，如需遞歸地復制目錄內(nèi)的內(nèi)容需加參數(shù)-a；如沒有目標文件/目錄名，則復制并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則復制為新文件/目錄。3、mv：文件移動或重命名格式：mv[-bfiuv]refilename/dirnamedestfilename/dirname可移動文件，可移動目錄，如沒有目標文件/目錄名，則移動并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則移動并命名為新文件/目錄。4、聯(lián)機幫助命令1、man格式：man<command>功能說明：列出command命令的使用方法，包括指令的選項與相關(guān)的參數(shù)說明2、help格式：<command>--help功能說明：顯示Shell命令的信息二者的區(qū)別：系統(tǒng)中會有單獨的man文件，如命令manterm等同于less[manpath]/term.X[.gz]//X為1-8中的數(shù)，視term而定。

就是說，如果系統(tǒng)沒有安裝對應man文件，哪怕term命令完全正常，manterm都沒結(jié)果（同樣，只要安裝了man文件，哪怕沒term命令，也可以得到一大堆東西）。

而--help參數(shù)將會顯示可執(zhí)行程序自帶的信息，這些信息是嵌入到程序本身的（所以--help信息較簡短）。本次課基本信息授課時間月日第周星期第節(jié)授課順序7授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體□討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節(jié)或項目模塊主題）：Linux系統(tǒng)命令練習前次課教學內(nèi)容提要Linux文件操作指令本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1.掌握文件操作命令cp、mv、rm等。2.熟練使用命令完成練習；教學重點及難點：重點：命令應用；難點：vi命令的應用。作業(yè)和思考題：課后小結(jié)：教學設(shè)計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環(huán)節(jié)進行教學步驟教學內(nèi)容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務(wù)導入cp、mv、rm、man、help等命令復習、應用及練習教師在云課堂布置學習知識點和相關(guān)視頻/PPT學生記錄，準備學習線上交流云課堂/QQ/騰訊課堂15分資源學習教師引導學生復習學習資料并練習自主學習云課堂45分互動答疑教師解答，提問學生提問，回答線上交流QQ/騰訊課堂10分總結(jié)作業(yè)教師總結(jié)學生記錄10分教學內(nèi)容頁Linux命令練習一、文件操作命令復習1、cat：文件內(nèi)容查看和連接命令格式：cat[-AbeEnstTuv]filenamecatfilename1filename2>>filename3要求掌握查看文件的方法2、cp：文件復制命令格式：cp[-adfipr]refilename/dirnamedestfilename/dirname可復制文件，可復制目錄，如需遞歸地復制目錄內(nèi)的內(nèi)容需加參數(shù)-a；如沒有目標文件/目錄名，則復制并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則復制為新文件/目錄。3、mv：文件移動或重命名格式：mv[-bfiuv]refilename/dirnamedestfilename/dirname可移動文件，可移動目錄，如沒有目標文件/目錄名，則移動并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則移動并命名為新文件/目錄。4、聯(lián)機幫助命令（1）、man格式：man<command>功能說明：列出command命令的使用方法，包括指令的選項與相關(guān)的參數(shù)說明（2）、help格式：<command>--help功能說明：顯示Shell命令的信息二、練習1、用pwd命令查看當前所在的目錄2、用ls命令列出此目錄下的文件和目錄3、用ls-a查看隱藏文件及目錄，識別隱藏文件及目錄4、用ls-l查看文件夾詳細信息5、創(chuàng)建測試目錄test6、復制文件examples.desktop到test目錄下并命名為testfile7、修改testfile的使用權(quán)限，增加所有用戶的可執(zhí)行權(quán)限8、復制目錄test為目錄testdir9、將/test/testfile移動到目錄testdir下，并更名