嵌入式系統(tǒng)的基本原理精選(九篇)

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第1篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關鍵詞：操作系統(tǒng)；Linux

中圖分類號：TP316-4 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599(2012)04-0000-02

眾所周知，操作系統(tǒng)在計算機專業(yè)課程中的重要地位，在計算機軟硬件課程的設置上，它起著承上啟下的作用。但是，在電子信息類專業(yè)的課程設置上，《操作系統(tǒng)》這門課的課時設置以及教學內(nèi)容的安排與計算機專業(yè)的設置有較大的區(qū)別。比如課時設置，計算機專業(yè)大多都分配了48理論學時+16實踐學時，而電子信息類專業(yè)的設置大多是36理論學時+12實踐學時。如何在較少的授課課時中，讓學生能理解操作系統(tǒng)的基本概念和主要功能，掌握常用操作系統(tǒng)（如Linux）的使用和一般管理方法，了解它與硬件和其它系統(tǒng)軟件的關系，了解它是如何組織和運作的，能使用和分析常見的操作系統(tǒng)，從而為學生以后的學習和工作打下基礎？

現(xiàn)在很多學校的計算機專業(yè)和電子信息類專業(yè)都開設了基于Linux的《嵌入式系統(tǒng)》課程，但在課程安排上有較大的區(qū)別。在計算機專業(yè)的課程安排中，他們開設《嵌入式系統(tǒng)》課程之前，會先安排一門相對以理論為主的《操作系統(tǒng)》課程，然后再開設一門類似《Linux程序設計》之類的以實踐為主的課程，經(jīng)過兩門課的學習后，學生既掌握了Linux操作系統(tǒng)的使用，也理解了現(xiàn)在操作系統(tǒng)的主要功能及基本原理，為后續(xù)的《嵌入式系統(tǒng)》打下了很好的基礎。但是，很多電子信息類專業(yè)的課程安排中，他們在開設《嵌入式系統(tǒng)》的課程之前往往只開始一門《操作系統(tǒng)》的課程而已。那么，電子信息類的《操作系統(tǒng)》這門課中如何更好地把Linux的使用方法以及現(xiàn)在操作系統(tǒng)的相關原理結合起來，讓學生既掌握了Linux使用及C的開發(fā)又理解Linux操作系統(tǒng)的基本原理？本文想通過分析常用的《操作系統(tǒng)》的教材[1-9]，結合電子信息類專業(yè)的教學目標，探索一條解決該類專業(yè)《操作系統(tǒng)》課程課時少，內(nèi)容多這一矛盾的途徑。

一、理論內(nèi)容安排

大多《操作系統(tǒng)》教材的內(nèi)容都是集中介紹操作系統(tǒng)中的四大資源的管理：內(nèi)存分配、回收、頁面的替換以及段頁式的存儲管理；進程的控制、調(diào)度、通信；中斷處理及設備管理和文件系統(tǒng)結構。而且都以原理介紹為主，較少結合某個具體的操作系統(tǒng)（如Linux）的實現(xiàn)方法。在授課過程中，純粹的原理接收容易使學生感到內(nèi)容晦澀難懂，而且感覺枯燥，達不到感官認知。因此本文在《操作系統(tǒng)》的理論授課內(nèi)容安排上，試探性地把合Linux操作系統(tǒng)與操作系統(tǒng)中的基本原理相結，將一些經(jīng)典的資源管理算法與Linux的內(nèi)核源碼相結合，讓學生既能理解相關的原理，又能掌握如何從基本的編程上去實現(xiàn)相應的功能。具體的內(nèi)容安排如圖1所示。整個理論內(nèi)容分成3大塊：基礎篇、原理篇和應用篇。

在開始操作系統(tǒng)的原理介紹之前，安排了Linux的命令操作以及編程基礎，為后續(xù)的原理學習與Linux的內(nèi)核的結合提供一定的基礎鋪墊。根據(jù)36學時的理論課時，基本安排如下?；A篇的內(nèi)容、課時安排為：“概述”2課時，介紹操作系統(tǒng)的基本概念及功能，操作系統(tǒng)的發(fā)展，最后簡要概述Linux操作系統(tǒng)的相關情況；“Linux操作基礎”4課時，Linux系統(tǒng)的圖形界面已比較友好，因此這部分的授課內(nèi)容主要是讓學生掌握常用的操作命令，以及輸入/輸出重定向的概念；“軟件開發(fā)工具”4課時，主要講授C編譯的基本過程、Make工具的應用以及程序調(diào)試方法。

在原理篇中，主要是要讓學生理解和掌握操作系統(tǒng)的四大資源管理的基本原理以及Linux內(nèi)核中的相關實現(xiàn)方法，使學生在學習原理的同時能更清楚的了解在具體的操作系統(tǒng)內(nèi)核中是如何實現(xiàn)的。原理篇的內(nèi)容、課時安排為：“進程管理”8課時，主要教授進程控制塊的作用、進程的調(diào)度（結合Linux系統(tǒng)的進程調(diào)度算法）、進程同步與互斥（結合Linux的進程間通信）；“存儲管理”6課時，結合Linux的存儲管理機制讓學生掌握虛擬地址與物理地址的轉換、內(nèi)存的分配/回收，以及內(nèi)存的擴充技術；“設備管理”安排4課時，結合Linux設備管理介紹I/O控制方式、設備分配策略等；“文件管理”安排4課時，結合Linux文件系統(tǒng)的結構以及特點，介紹VFS的主要作用。最后在應用篇中，利用較少的4課時分別介紹Shell程序設計以及內(nèi)核的升級/裁剪、文件系統(tǒng)的構造等。通過這樣的理論講授之后，希望讓學生既能掌握Linux操作系統(tǒng)的應用，也能理論并掌握操作系統(tǒng)的主要作用及工作原理。

二、實踐內(nèi)容安排

因為課內(nèi)安排的實踐課時相對偏少，如何讓學生有足夠的實踐機會呢？在講授某個操作系統(tǒng)的基本原理后，在課堂上可以先結合Linux內(nèi)核中的具體實現(xiàn)代碼，讓學生先理解并掌握其中的關鍵算法，然后要求學生利用課外時間去另行設計某個相對簡單的算法，以達到真正理解并掌握的程度。圖2列出了課內(nèi)、課外的實踐內(nèi)容安排。

三、小結

我們從電子信息類專業(yè)對《操作系統(tǒng)》課程的教學要求出發(fā)，結合目前常用的一些《操作系統(tǒng)》教材，對該課程的體系構建、以及理論和實驗教學的設置提出一些建議和意見?！恫僮飨到y(tǒng)》課程教學還有其他許多值得深入探討和研究的內(nèi)容，本文的建議僅是一家之言，希望對同行能有一定的參考價值，也歡迎同行批評指正。

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[9]龐麗華,鄭然編著.操作系統(tǒng)原理與Linux系統(tǒng)實驗.北京:機械工業(yè)出版社,2011

第2篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與傳統(tǒng)PC機不同，開發(fā)人員需要對用戶做出詳細的制定，所以人員需要對嵌入式系統(tǒng)更加全面透徹的了解。而且嵌入式系統(tǒng)的形式上與PC也不盡相同。嵌入式系統(tǒng)的體積往往較小，開發(fā)工具也是專門制定。嵌入式開發(fā)工程特點比較明顯，一個普通人必須通過實際出發(fā)開發(fā)一款簡單模式很難了解開發(fā)基本過程。嵌入式操作系統(tǒng)實驗包括很多類型，需要根據(jù)不同的情況選擇具體點操作系統(tǒng)。比如典型的嵌入式操作系統(tǒng)構成、系統(tǒng)移植、任務調(diào)度等等。建設嵌入式課程實驗體系將指日可待。

2嵌入式實驗教學體系

2.1實驗平臺建立與開發(fā)

在嵌入式實驗開發(fā)建設過程中，我們主要采用廣泛的校企合作模式。無論是低層還是高層，硬件還是軟件，我們都是按照合理的思路，將嵌入式教學系統(tǒng)生命周期縮短，并進行系統(tǒng)詳細的分析。分步驟的有層次的對內(nèi)容深一步的了解。增強系統(tǒng)的連貫性，鍛煉整體的把握能力。著重加強嵌入式的開發(fā)，移動多媒體數(shù)字電視復合型開發(fā)。而不是那些單一獨立的，較為簡單的開發(fā)軟件，那些都是不成體系不完整的。我們需要對整合嵌入式了解更加透徹更加深入，對其特點加以研究，對其系統(tǒng)研究的更加明白易懂。

2.2設計實驗平臺

通過設計嵌入式開發(fā)環(huán)境linux下的應用、UC/OS－Ⅱ的應用、linux的基本應用、QTEmbedded設計、嵌入式微處理器ARM編程基礎(指令)實驗、ARM接口編程技術與驅(qū)動程序開發(fā)、SM接口編程與驅(qū)動開發(fā)等不同實驗。來適應不同層次的對軟件開發(fā)與學習。通過對其他課程的理解與熟知來配合對嵌入式教學課程的設計開發(fā)與研究。

3基于能力培養(yǎng)的嵌入式課程實踐教學的實施

3.1強化嵌入式硬件和軟件協(xié)同開發(fā)

多媒體課件編寫為適應本院培養(yǎng)應用型本科層次的課程體系發(fā)展新形勢的需要,在內(nèi)容上更加偏重實用性,增加了多個嵌入式裸機系統(tǒng)設計案例,使學生在掌握基本原理知識的前提下,注重提高學生應用能力。因嵌入式硬件一些限制和一系列要求，嵌入式系統(tǒng)不會有固定系統(tǒng)模式。目前，一些公司針對于嵌入式多媒體教學平臺，學生可以在教學軟件和硬件平臺上開發(fā)嵌入式軟件。每次實驗對每個具體功能來進行設計具體如中斷通信AD取樣驅(qū)動等等。實現(xiàn)每個誤差不會太大，在規(guī)定的時間范圍內(nèi)完成。在嵌入開發(fā)技術的實踐學時比較充足時，還要嵌入式實驗平臺上加入Linux的程序設計實驗。

3.2改進實驗項目

（1）根據(jù)客戶的不同實驗要求，導致實驗教學平臺配套的實驗項目工程文件不能直接采用，所以需要我們獨立思考問題，完成相應軟件設計開發(fā)問題，并在調(diào)試過程中積累開發(fā)經(jīng)驗，提高動手能力，提高自己的綜合素質(zhì)。

（2）減少驗證性實驗，增加創(chuàng)新性實驗。在實驗過程，應該提倡創(chuàng)新能力，以動手過程內(nèi)容為主，不能以老師課堂演示為主要內(nèi)容，使得學生跟著老師和自己思維走，進而發(fā)揮學生的想象力和主觀能動性。

4結束語

第3篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

摘要：本文以社會對嵌入式人才的需求為基礎，對嵌入式系統(tǒng)及應用課程的特點、教學方法和經(jīng)驗進行了總結，主要分析了嵌入式軟件開發(fā)模式。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)，啟發(fā)式教學，嵌入式軟件開發(fā)，實驗系統(tǒng)設計

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

1 課程特點介紹

目前國內(nèi)高校大多已開設和嵌入式系統(tǒng)有關的各種課程，以電子科技大學為例，自20世紀90年代中期開設嵌入式實時操作系統(tǒng)課程以來，以“科研促教學”為國家培養(yǎng)了一大批嵌入式系統(tǒng)方面的高級人才，并撰寫了多部嵌入式方面的書籍和教材。目前該課程發(fā)展為“嵌入式系統(tǒng)及應用”，本課程堅持理論、實踐相結合的原則，特別重視對學生實際應用能力的培養(yǎng)。本文首先講述了該課程如何結合現(xiàn)實生活激發(fā)學生對課程的興趣，以及如何使用啟發(fā)式教學方法提高教學質(zhì)量，接著重點討論本課程在注重實踐、培養(yǎng)應用型人才方面所采用的一些方法和經(jīng)驗。

2 結合現(xiàn)實生活激發(fā)學生的學習興趣

計算機科學與技術的發(fā)展日新月異，新技術、新方法、新產(chǎn)品層出不窮。學生經(jīng)常對所學的課程產(chǎn)生疑問，一方面社會上也流傳今天的計算機教育是“用昨天的知識教今天的學生去做明天的事”。另外，學生對這樣一門較新的學科不是很了解，不明白它的重要性，所以一些學生缺乏學習動力，學習的積極性不高。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師”。為了調(diào)動學生學習的興趣，嵌入式系統(tǒng)及應用課程的第一節(jié)課我們安排的教學內(nèi)容是：嵌入式計算機的發(fā)展史和未來發(fā)展趨勢。目的就是要讓學生知道，嵌入式計算機與通用計算機一樣積累了大量的理論、技術和工程實現(xiàn)的經(jīng)驗。并以圖片方式告訴學生嵌入式計算機跟我們的生活息息相關，它們在不斷地為我們的工作和生活服務，同時讓大家充分發(fā)揮想象力對“后PC時代”進行美好的憧憬和遐想。然后，告訴大家在這樣“無處不在”的計算機時代里嵌入式計算機的作用和重要性，即它們是本學科理論和技術的精華，是幾代計算機人經(jīng)驗的結晶，是創(chuàng)新的源泉。當代計算機技術的進步以及高性能的獲得，與創(chuàng)造性的應用技術是分不開的?？茖W技術的進步，人類的創(chuàng)造發(fā)明，嵌入式計算機的“無處不在”，激起了學生對嵌入式系統(tǒng)的濃厚興趣，使學生有了學習的動力，從而“教”與“學”都成為一種享受。

3 用啟發(fā)式教學方法提高課堂教學質(zhì)量

孔子說過：“不憤不啟，不悱不發(fā)”。意思是學生不到想求明白而不得的時候，不去開導他；不到想說說不出的時候，不去啟發(fā)他。啟發(fā)式教學的真諦就是要充分體現(xiàn)學生在教學過程中的主體地位，活躍課題氣氛，激勵學生主動思考，使課堂達到“師生互動”的完美效果。聽課時，學生感覺到已知中有疑問，這種疑問便成為認知的起點，從而由產(chǎn)生疑問向解決疑問的方向轉化。

所以，我們在嵌入式系統(tǒng)及應用課程的教學中大量使用啟發(fā)式教學方法，讓學生帶著疑問聽講，最大限度的吸引學生注意力。比如，在講到嵌入式實時操作系統(tǒng)通常會出現(xiàn)“優(yōu)先級反轉”的嚴重問題時，首先分析問題產(chǎn)生的原因，并列舉歷史上曾因為此問題而導致的嚴重事故，然后向大家提問“誰有最好的方法來解決這個問題？”這時發(fā)現(xiàn)同學的興趣非常高昂，個個都在冥思苦想，緊接著就會有同學舉手回答。不管同學回答的是否正確都應該給予最大的鼓勵和掌聲，從而就會有更多的同學搶著回答自己的想法，這樣課堂就“互動”起來了。最后再逐步推出當前比較成熟的經(jīng)典解決算法，同時將大家的想法和現(xiàn)有的算法進行對比分析，找出各自的優(yōu)缺點。另外，不要忘記給想法比較好的學生多一些夸獎，這樣他們學習和思考的興趣就會更加高昂。

這種教學方法學生非常喜歡，一致反映容易理解，記憶深刻，而且有利于培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力。

4 注重實踐、培養(yǎng)應用型人才

嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合的產(chǎn)物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。結合嵌入式系統(tǒng)的特點，在教學過程中，對嵌入式系統(tǒng)涉及的硬件和軟件部分進行詳細闡述，確立以教學實驗板為物理基礎，以軟件應用設計開發(fā)為主的指導思想，結合市場需要設計出多個綜合實驗題目；同時還組織學生參加相關的大學生嵌入式設計大賽，激發(fā)學生的學習熱情和潛在能力。為了促進學生在校期間工程實踐素質(zhì)的培養(yǎng)，提高學生的動手能力和軟硬件設計的綜合能力，消除大學生就業(yè)過程中理論脫離實際的尷尬場面，在教學過程中我院始終堅持方法、能力和品質(zhì)的培養(yǎng)，積極鼓勵、引導有能力的同學結合課程提出課題，參加有關競賽甚至提前進入我們的科研團隊，從而使優(yōu)秀的人才脫穎而出。

5 課程實驗設計

為了讓學生理論聯(lián)系實際，盡快熟悉嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，并達到能夠獨立開發(fā)嵌入式軟件的目標。本課程的實驗系統(tǒng)特定針對當今非常流行的嵌入式處理器而開發(fā)了3套實驗系統(tǒng)，該實驗系統(tǒng)使用開源的嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II。

5.1嵌入式軟件開發(fā)模式

嵌入式軟件的開發(fā)模式為交叉開發(fā)模式。交叉開發(fā)指嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)由宿主機和目標機共同完成。如圖1所示。

宿主機(Host)：是用于開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的計算機。一般為PC機(或工作站)，具備豐富的軟硬件資源，為嵌入式軟件的開發(fā)提供全過程支持。

目標機(Target)：即所開發(fā)的嵌入式軟件系統(tǒng)，是嵌入式軟件的運行環(huán)境，包括嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式應用軟件，其軟件是為特定應用而定制的。

通過交叉開發(fā)工具進行交叉編譯和調(diào)試，做過調(diào)試和測試的最終程序通過工具“固化”到目標機上，從此該程序就永久運行于目標機了。

5.2基于µC/OS-II的實驗系統(tǒng)設計

嵌入式系統(tǒng)及應用課程的教學內(nèi)容與實驗密不可分，由于嵌入式軟件開發(fā)方式的特殊性，實驗的開設有一定難度，需要特殊的軟硬件環(huán)境。結合課程內(nèi)容，我們設計了軟、硬件兩種平臺搭建實驗和7個綜合軟件開發(fā)實驗，覆蓋了課程所講述的主要章節(jié)。實驗系統(tǒng)采用開放源代碼的嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II。

5.2.1 實驗內(nèi)容

第一部分：平臺搭建實驗

(1) 軟件平臺的搭建。實驗使用的嵌入式軟件開發(fā)工具是科銀京成公司的LambdaTOOL嵌入式集成開發(fā)工具。本部分實驗要求學生自己動手安裝并熟悉此工具，同時搭建基于此工具的交叉開發(fā)環(huán)境。本實驗使學生對嵌入式開發(fā)工具及交叉開發(fā)模式進行更為深入的認知和學習。

(2) 三個硬件平臺的搭建。為加強學生對當今流行的嵌入式處理器的學習以適應社會需要，本實驗系統(tǒng)采用三種實驗平臺：基于×86系列的PC虛擬實驗平臺，基于ARM7-TDMI處理器的W90P710開發(fā)板實驗平臺，基于SH3-7709S 微處理器的清華YU-SH3-VER2開發(fā)板實驗平臺。通過這部分實驗使學生對嵌入式系統(tǒng)的硬件知識有更深入和直觀的認識。

第二部分：軟件開發(fā)實驗

本部分實驗考查各章節(jié)知識的學習情況，并將各章節(jié)所學知識進行實踐開發(fā)；鍛煉學生的綜合應用能力和嵌入式軟件開發(fā)能力。本部分實驗根據(jù)各章節(jié)內(nèi)容共設計了7個實驗題目。

5.2.2 實驗環(huán)境介紹

(1) 硬件環(huán)境

實驗硬件環(huán)境分為宿主機、目標機兩種硬件平臺。

(1) 宿主機：為X86系列的PC機，主頻2.5G，內(nèi)存512M

(2) 開發(fā)板：

l 基于X86系列PC虛擬平臺

l 基于ARM7TDMI處理器的W90P710開發(fā)板

l 基于SH3-7709S 微處理器的清華YU-SH3-VER2開發(fā)板

(2) 軟件環(huán)境

(1) 宿主機操作系統(tǒng)：Windows XP/2000

(2) 目標機操作系統(tǒng)：嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II

(3) 開發(fā)工具

本實驗系統(tǒng)所采用的嵌入式開發(fā)工具是科銀京成公司自主研發(fā)的LambdaTOOL集成開發(fā)環(huán)境的教學免費版本。LambdaTOOL是一個通用、統(tǒng)一、開放的新一代32位嵌入式軟件集成開發(fā)環(huán)境，支持多種嵌入式操作系統(tǒng)和32位嵌入式處理器，具備先進的新一代交叉開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)配置工具。該教學版本具備支持嵌入式軟件仿真開發(fā)的完整功能，包括：編輯環(huán)境、系統(tǒng)配置、編譯環(huán)境、目標機管理和調(diào)試環(huán)境。

5.3軟件開發(fā)實驗

為培養(yǎng)學生的綜合應用能力和嵌入式軟件開發(fā)能力，同時鍛煉學生的團隊協(xié)作能力和管理能力，本部分實驗提供了7個綜合實驗題目。學生以3個人為一個小團隊，為鍛煉同學們的團隊管理能力，每個小團隊推舉一位負責人，負責安排每個人的分工和進度管理，并及時向老師匯報實驗進展情況和存在的問題。綜合實驗題目的設計緊扣教材，進一步鞏固所學知識，7個實驗的內(nèi)容為：

1. 任務管理實驗

實驗目的：理解任務管理的基本原理，了解任務的各個基本狀態(tài)及其變遷過程；掌握µC/OS-II中任務管理的基本方法(創(chuàng)建、啟動、掛起、解掛任務)；熟練使用µC/OS-II任務管理的基本系統(tǒng)調(diào)用。

2. 優(yōu)先級反轉實驗

實驗目的：掌握在基于優(yōu)先級的可搶占嵌入式實時操作系統(tǒng)的應用中，出現(xiàn)優(yōu)先反轉現(xiàn)象的原理。

3. 優(yōu)先級繼承實驗

實驗目的：掌握嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II解決優(yōu)先級反轉的策略――優(yōu)先級繼承的原理。

4. 哲學家就餐實驗

實驗目的：掌握在基于嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II的應用中，如何使用信號量資源。通過經(jīng)典的哲學家就餐實驗，了解如何利用信號量來對共享資源進行互斥訪問。

5. 內(nèi)存管理實驗

實驗目的：掌握嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II內(nèi)存管理中內(nèi)存分配和回收的功能。

6. 時鐘中斷實驗

實驗目的：掌握嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II。

7. 消息隊列實驗

實驗目的：掌握嵌入式實時操作系統(tǒng)µC/OS-II中消息隊列機制的基本原理和使方法。本文僅以實驗2為例講述綜合實驗的設計內(nèi)容。

5.4優(yōu)先級反轉實驗的設計內(nèi)容

1)．優(yōu)先級反轉原理

在本實驗中，要體現(xiàn)嵌入式實時內(nèi)核的優(yōu)先級搶占調(diào)度的策略，并顯現(xiàn)由于共享資源的互斥訪問而出現(xiàn)的優(yōu)先級反轉現(xiàn)象。

優(yōu)先級反轉發(fā)生在有多個任務需要使用共享資源的情況下，可能會出現(xiàn)高優(yōu)先級任務被低優(yōu)先級任務阻塞，并等待低優(yōu)先級任務執(zhí)行的現(xiàn)象。高優(yōu)先級任務需要等待低優(yōu)先級任務釋放資源，而低優(yōu)先級任務又正在等待中等優(yōu)先級任務，這種現(xiàn)象就被稱為優(yōu)先級反轉。

2)．設計要點

1) 設計了3個應用任務TA0～TA2，其優(yōu)先級逐漸降低，任務TA0的優(yōu)先級最高。

2) 除任務TA1外，其他應用任務都要使用同一種資源，該資源必須被互斥使用。為此，創(chuàng)建一個二值信號量mutex來模擬該資源。雖然μC/OS-II在創(chuàng)建信號量時可以選擇采用防止優(yōu)先級反轉的策略，但在本實驗中我們不使用這種策略。

3) 應用任務的執(zhí)行情況如圖2所示：

圖2 應用任務執(zhí)行情況

注意：圖中的柵格并不代表嚴格的時間刻度，而僅僅表現(xiàn)各個任務啟動和執(zhí)行的相對先后關系。

3)．本實驗中所涉及的µC/OS-II相關資源和知識

本實驗涉及到µC/OS-II的任務和信號量兩種內(nèi)核資源的使用，并充分體現(xiàn)了基于優(yōu)先級可搶占式的調(diào)度方式和資源互斥訪問的重要性。這些知識都是進行嵌入式軟件開發(fā)最常用的基礎知識，通過本實驗的學習，鍛煉了學生的嵌入式軟件開發(fā)能力。

6組織學生積極參與嵌入式設計大賽

本課程組組織并指導學生積極參加嵌入式相關的各類比賽。自2003年起，本課題組組織學生分別參加了兩次“全國大學生嵌入式專題競賽”和“全國大學生電子設計競賽”，并分別獲得了兩次國家二等獎和一次國家一等獎、一次四川賽區(qū)一等獎的優(yōu)異成績。不僅為學校取得了榮譽，還充分鍛煉了學生的大賽能力、學習能力和創(chuàng)新能力。

Research and Practice on Teaching Embedded System and Applications

Abstract: This paper summarized the futures and teaching methods and experiences of the course of Embedded System and Applications. We analyze the mode of embedded software development, and mostly explain the design and development of the experimentation system, which will improve the practice ability of embedded application.

Keywords: embedded system, elicitation teaching, embedded software development, the design of experimentation systems

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第4篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；嵌入式微控制器；理論教學；實踐教學；教學模式

隨著科技發(fā)展和社會需求的推動，信息技術進入到以嵌入式系統(tǒng)為代表的后PC時代，嵌入式技術已經(jīng)成為21世紀最有生命力的高新技術之一，培養(yǎng)精通嵌入式技術的人才成為世界各國計算機教育工作的重點。

嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)的核心控制單元，開展嵌入式微控制器教學是嵌入式系統(tǒng)教育的關鍵組成部分。美國IEEE和ACM兩大學術組織于2004年的計算機工程教學計劃（Computer Engineering 2004，簡稱CE2004），明確規(guī)定了嵌入式系統(tǒng)課程中應包含的嵌入式微控制器的具體教學內(nèi)容Ⅲ。事實上，從早期的單片機類課程，到如今基于32位ARM嵌入式處理器系統(tǒng)的相關課程，都是圍繞嵌入式微控制器開展教學工作的，在世界各大高校都受到高度重視。

工程管理與信息技術學院是中科院研究生院的二級學院，主要培養(yǎng)軟件工程、計算機技術、電子與通信工程、控制工程等領域的工程碩士研究生。學院從2003年開始開設嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè)，經(jīng)過幾年的努力，逐步建立起系統(tǒng)的嵌入式方向課程體系。嵌入式微控制器原理與應用作為其中一門核心課程，在該課程體系中占有重要的地位。下面從教學目標、教學模式、教學內(nèi)容、實踐教學、考核方式等幾方面對該課程進行詳細闡述，并在最后討論課程的實施效果和改進方向。

1 課程教學目標和教學模式

1.1教學目標的制訂

嵌入式微控制器原理與應用課程主要教學對象是軟件工程、計算機技術、電子與通信工程、控制工程等專業(yè)的工程碩士。與傳統(tǒng)的工學碩士相比，工程碩士培養(yǎng)更加注重鍛煉其工程實踐和解決實際工程問題的能力，這要求教師既要講解基礎理論知識，又要將理論與實踐結合，圍繞具體工程問題開展教學內(nèi)容。此外，中科院工程碩士的學生生源具有本科專業(yè)跨度大、工作經(jīng)歷和素質(zhì)能力差異大等特點。為適應這一特點，我們在制訂課程教學目標時要統(tǒng)籌兼顧，對于基礎較差的同學和經(jīng)驗豐富的同學要差別對待，制訂差異化的教學目標。

在充分考慮上述因素的基礎上，嵌入式微控制器原理與應用課程的教學目標制訂為：學生通過本課程的學習，掌握一種嵌入式處理器體系結構，精通1-2種基于該體系結構的嵌入式微控制器及其接口設計技術，深刻理解嵌入式軟件開發(fā)流程，能夠熟練地選擇、使用嵌入式軟件和工具完成嵌入式硬件系統(tǒng)的驅(qū)動和應用軟件設計。

教師在實施上述教學目標時，對于基礎較差的學生要求精通一種嵌入式微控制器即可；對經(jīng)驗豐富的學生則要求在課程學習的基礎上，用對比學習的方法自主學習另外一種嵌入式微控制器。該教學目標體現(xiàn)了對學生的區(qū)別對待，能滿足不同層次學生的需求。教學目標沒有對硬件電路設計作太多要求，符合中科院嵌入式系統(tǒng)方向工程碩士研究生的生源特點和實際需求。教學目標中“能夠熟練選擇、使用嵌入式軟件和工具完成嵌入式硬件系統(tǒng)的驅(qū)動和應用軟件設計”是一種能力要求，體現(xiàn)了對工程設計能力的重視，符合工程碩士培養(yǎng)目標。

1.2教學模式的設計

國內(nèi)各大高校在嵌入式系統(tǒng)相關課程的教學工作上已經(jīng)進行了大量有益的探索和實踐，在教學模式上也已經(jīng)基本達成共識，即嵌入式系統(tǒng)教學應該采取理論教學和實踐教學相結合的教學模式。

我們在開展嵌入式微控制器原理與應用課程的教學工作時，采取了“課堂理論講解、課堂實驗練習、綜合實驗設計、工程項目設計和多層次考核”的教學模式。與大多數(shù)高校課堂實驗采取觀察性和驗證性實驗不同，本課程課堂實驗則采取設計性實驗，每一個實驗都是一個小型的開發(fā)項目，需要學生靈活運用從課堂上學到的理論知識分析實驗要求，編程完成實驗項目。綜合實驗設計要求學生在完成所有基礎課堂實驗后，按照需求分析、軟件設計、實現(xiàn)和測試等軟件開發(fā)流程，在開發(fā)板上完成一個小型嵌入式軟件的開發(fā)。工程項目設計則是讓學生選擇一種微控制器，完成一個實際工業(yè)嵌入式產(chǎn)品的分析和設計報告。這3種層次的實踐環(huán)節(jié)相互結合，充分鍛煉和提高了學生的實踐能力。

2 基礎理論教學

CE2004首次將嵌入式系統(tǒng)作為一個知識領域納入到計算機工程知識體系中，并詳細規(guī)定嵌入式系統(tǒng)包含的10個知識單元以及每個知識單元包含的知識點。參考CE2004的規(guī)定，并結合本課程制定的教學目標，嵌入式微控制器原理和應用課程的理論教學內(nèi)容共包括5個知識單元。

知識單元1是嵌入式系統(tǒng)歷史和概述。知識點包括嵌入式系統(tǒng)歷史、定義、組成、開發(fā)特點、設計過程、應用領域和發(fā)展趨勢等。知識單元1主要目的是使學生建立對于嵌入式系統(tǒng)的全方位認識，了解嵌入式系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和未來。

知識單元2是嵌入式處理器。知識點包括嵌入式處理器的組成、嵌入式處理器的類型（從集成程度、處理器位數(shù)、體系結構和生產(chǎn)公司等4個不同分類標準分別講解）、ARM處理器的發(fā)展（歷史、分類和應用）。知識單元2主要目的是使學生掌握嵌入式處理器的組成原理，充分認識嵌入式系統(tǒng)領域中應用處理器的多樣性，避免“只見樹木、不見森林”。

知識單元3是典型的嵌入式處理器體系結構，我們選擇ARM體系結構進行講解。主要知識點包括ARM處理器寄存器模型、ARM處理器編程模型、ARM處理器異常中斷處理、ARM處理器存儲模型、ARM處理器指令編碼和指令系統(tǒng)、ARM匯編語言編程、ARM匯編與C混合編程、ARM開發(fā)工具（匯編器、編譯器、連接器和調(diào)試器）。知識單元3囊括了CC2004里嵌入式微控制器、嵌入式編程和嵌入式工具等3個知識單元的多個知識點。

知識單元4是嵌入式微控制器組成及接口，我們以三星S3C2440微控制器為例進行講解。知識點包括微控制器結構、內(nèi)存控制器、中斷控制器、時鐘體系、電源管理、DMA控制器以及各種外設控制器。在這些知識點中，內(nèi)存控制器、中斷控制器、時鐘體系、電源管理、DMA控制器是重點講解內(nèi)容，對于其他各種外設控制器主要講解基本原理和應用思路，而具體使用細節(jié)則要求學生課下通過學習芯片手冊掌握。熟練閱讀芯片手冊是掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)特別是底層編程的基礎，因此這個學習單元的教材就是芯片手冊。對于學有余力的同學，我們要求其在學習S3C2440微控制器的同時，在課下自行學習ATMEL AT91SAM9G45微控制器，并比較其與$3C2440的異同之處。這樣做的目的是滿足不同層次學生需求，實現(xiàn)差異化教學。

知識單元5是嵌入式應用編程，知識點包括嵌入式軟件體系結構、應用程序映像文件組成、系統(tǒng)啟動加載代碼等。通過這個知識單元的學習，學生能夠了解嵌入應用程序的匯編、編譯、連接過程，理解應用程序映像的具體組成以及加載啟動的方式，培養(yǎng)為一個裸硬件系統(tǒng)開發(fā)完整嵌入式應用軟件的能力。

3 實踐教學設計

3.1實驗平臺介紹

目前嵌入式系統(tǒng)的教學實驗平臺主要有3種類型：基于ARM微控制器的教學平臺、基于DSP處理芯片的教學平臺和基于FPGA的教學平臺。鑒于基于ARM的微控制器在32位嵌入式系統(tǒng)處理器市場中的占有率極高，以ARM微控制器為例講解嵌入式微控制器的基礎理論和應用技術，更能滿足市場對于嵌入式工程技術人才的需求，我們選擇基于三星$3C2440微控制器（采用ARM920T內(nèi)核）的嵌入式教學平臺。該平臺的系統(tǒng)組成結構如圖1所示。

在此教學平臺結構圖中，S3C2440是一款基于ARM920T處理器的嵌入式微控制芯片，內(nèi)部集成了AHB和APB兩條總線，以及連接在總線上的內(nèi)存控制器、中斷控制器、時鐘電源管理單元、USB主從控制器、看門狗、定時器、PWM控制器、GPIO控制器、SD/MMC控制器等多種外設控制器。存儲器包括64M SDRAM、4M NOR FLASH和64M NAND FLASH；人機接口設備包括640×480像素6寸TFT液晶顯示模塊、觸摸屏、4×5小鍵盤模塊和4個GPIO連接LED顯示燈；通信接口及設備包括串口、USB主接口、USB從接口、兩個以太網(wǎng)接口、音頻輸入輸出接口和Camera接口等。該實驗設備支持多種層次的實驗，嵌入式微控制器原理與應用課程的所有實驗均在該實驗平臺上完成。

3.2課堂實驗設計

實驗在計算機類學科中的作用十分重要，是教學活動的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)實驗性質(zhì)區(qū)分，我們可以把課堂實驗劃分為觀察性實驗、驗證性實驗和設計性實驗等類型。設計性實驗要求學生根據(jù)實驗要求自行設計實驗過程，相對于前2種實驗更能鍛煉學生的設計能力和獨立工作能力，因此我們的課堂實驗均采用設計性實驗類型。

根據(jù)理論教學內(nèi)容，我們共設計了16個課堂實驗，這些課堂實驗與知識點的對應關系如表1所示。

表1中的16個實驗除實驗1外，均為設計I生實驗。其中，實驗4和實驗5分別用匯編和c語言驅(qū)動GPIO管腳連接的LED燈，學生通過對比掌握匯編和C語言訪問外設寄存器的異同；實驗6使用查詢方式實現(xiàn)定時功能，實驗8采用中斷方式實現(xiàn)同樣功能，學生通過對比掌握IO兩種訪問方式的異同；實驗9主要練習32位微控制器各個模塊所需不同時鐘頻率的產(chǎn)生，以及處理器時鐘頻率的編程調(diào)節(jié)，使學生熟練掌握微控制器的時鐘體系；實驗10～實驗16則練習微控制器的主要外設I/O控制器的接口編程技術。

限于課程的課時長度，課堂實驗無法包含所有外設控制器，但通過這些典型外設控制器的學習，學生很容易就能觸類旁通地掌握其他模塊使用方法。

3.3綜合實驗設計

綜合實驗要求學生分組合作，綜合運用所學知識，利用課下時間設計一個小規(guī)模的嵌入式應用軟件并在實驗平臺上完成調(diào)試運行。為了吸引學生興趣，綜合實驗均采用游戲項目的形式。我們設計了幾個游戲項目供學生選擇，分別是世界時鐘、五子棋、電子菜單、科學計算器、漢諾塔、交通信號控制器、俄羅斯方塊等。教師也鼓勵學生選擇一些常見的其他娛樂游戲作為綜合實驗設計項目。

學生在完成綜合實驗項目時，要按照實驗項目說明書的要求完成實驗設計，撰寫的項目文檔至少要包含需求分析、軟件設計、軟件測試、使用說明、運行結果、項目分工、總結討論等幾個方面的內(nèi)容。通過綜合性實驗，學生既鍛煉了綜合設計能力和動手能力，又提高了溝通能力和團隊合作能力。

3.4工程項目設計

課堂實驗和綜合實驗相結合的實驗方式，很好地鍛煉了學生對于特定嵌入式微控制器的實踐動手能力。但若要靈活運用所學嵌入式微控制器設計工程項目，學生還需通過具體工程設計實踐進行鍛煉。嵌入式微控制器原理與應用課程和工程管理與信息技術學院課程體系中的另外一門課程“嵌入式系統(tǒng)分析與設計”相配合（同一學期開設），教師在2門課程結束后布置一個共同的工程項目設計作業(yè)，要求學生圍繞一個典型的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，在盡量采用嵌入式微控制器課程所學微控制器的前提下，給出該產(chǎn)品的詳細設計方案。我們在每一學年都給出不同的設計項目，例如近幾年的題目分別是IC卡公民身份證系統(tǒng)、稅控收款機系統(tǒng)、數(shù)字水印技術的應用系統(tǒng)等。

需要指出的是，工程項目設計僅供學有余力、希望在工程項目設計能力上有所提高的學生完成。根據(jù)近幾年的實際情況來看，約有1/2的學生提交了項目設計說明書，平均長度達到30多頁。其中一些非常新穎和有價值的設計方案，可以直接用于工業(yè)生產(chǎn)實踐。

4 考核方式

為了使考核方式既起到檢驗學生的知識掌握程度，又能在平時督促學生認真學習的效果，我們采取分段考核和最終考核相結合的方式。具體來說，嵌入式微控制器原理與應用課程一共有4次課堂實驗，包含15項設計性實驗，每個實驗分值在0～2分之間。每次課堂實驗結束時，教師檢查學生的實驗完成情況并打分，這種方式起到了有效督促學生平時認真學習的效果。課程結束后有一次綜合理論考試，總分是40分，該考試用于檢查學生對嵌入式微控制器基本原理的掌握程度。綜合實驗要求學生自由組合，在課程理論考試完成后的一個月時間內(nèi)完成。綜合實驗提交內(nèi)容由項目文檔和項目程序組成，其中項目文檔占15分，項目程序完成情況占15分。學生完成綜合實驗后與教師約定時間，由教師進行現(xiàn)場檢查并打分。工程項目設計作為附加要求，并不統(tǒng)計到最后成績中，只供有興趣的同學選擇完成，在學生設計過程中，教師給予一定指導。

上述考核方式中，課堂實驗、理論考試、綜合實驗在總成績中分別占30%、40%、30%。課堂實驗和理論考試對每一個學生的考核比較客觀直接；綜合實驗由學生合作完成，打分時教師先給出每一組的分數(shù)，組內(nèi)每個學生的分數(shù)根據(jù)其具體負責內(nèi)容和完成情況在組分數(shù)基礎上微調(diào)得到，盡量使分數(shù)反映出學生的實際水平。

5 課程評估與分析

中科院研究生院建立了課程網(wǎng)站評估系統(tǒng)，鼓勵學生在課程結束后從網(wǎng)上對課程進行評估。評估內(nèi)容涵蓋教學態(tài)度、教學內(nèi)容、教學方式和教學效果等方面，共包含4項7條，每一條評估分值為1～5分。

根據(jù)近3年的統(tǒng)計結果來看，每年約有90%的同學參與網(wǎng)上評估，課程評估結果均為優(yōu)秀（平均分均超過4.6分）。評估結果顯示，學生認為課程內(nèi)容符合嵌入式方向工程碩士培養(yǎng)目標（4.8分）；課程對他們的工作具有較大幫助（4.7分）；課程理論與實踐相結合的教學方式得當（4.6分）；課程的考核方式靈活，能從理論和實踐2個角度恰當?shù)乜己藢W生對于課程的掌握程度（4.4分）。部分學生認為實驗課時較短，應該從16課時提高到20課時；還有一部分學生認為嵌入式微控制器原理與應用課程的課時數(shù)偏少，建議從40課時提高到60課時；學生對于實驗課內(nèi)容的安排比較滿意（4.6分）。

從學生的評估結果來看，學生對于課程的教學內(nèi)容選擇、教學方式、考核方式等非常滿意，課程達到了教學目標的要求。

第5篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；流媒體；網(wǎng)絡視頻監(jiān)控

一、引言

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種防范能力較強的綜合系統(tǒng)，屬于安全防范系統(tǒng)組成部分。目前，視頻監(jiān)控廣泛應用于多種場合。網(wǎng)絡視頻監(jiān)控是集計算機、通信、網(wǎng)絡及視頻編解碼等高新技術的整合產(chǎn)品。并且隨著寬帶網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡視頻監(jiān)控勢必成為監(jiān)控領域的新發(fā)展方向。隨著技術不斷創(chuàng)新發(fā)展，基于寬帶技術的網(wǎng)絡圖像在網(wǎng)絡視頻監(jiān)控中的運用越來越廣泛。網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向是基于嵌入式技術的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該技術以嵌入式處理器與操作系統(tǒng)為基礎，把視頻的采集、壓縮、傳輸集成到設備內(nèi)，作為網(wǎng)絡節(jié)點，連接到網(wǎng)絡上，達到即插即看的效果。

二、視頻編碼技術標準

視頻壓縮是視頻監(jiān)控的核心技術，如視頻數(shù)據(jù)不壓縮，會占用網(wǎng)絡帶寬與存儲空間。視頻壓縮通過去除信號時間和空間冗余度實現(xiàn)。目前，視頻編碼技術標準包括：1、JPEG標準，即靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)壓縮標準，主要用于靜態(tài)圖像保存；2、MPEG標準，主要用于視頻存儲、視頻廣播與視頻流媒體。該系列標準屬于多媒體技術標準，其中MPEG-1、MPEG-2屬于第一代技術，基于像素圖像編碼方法；MPEG-4屬于第二代技術，基于對象視頻編碼方法；3、H.26X標準。H.264由 ITU-T與ISO/IEC提出，用于支持網(wǎng)絡視頻會議與可視電話。

三、流媒體傳輸技術

1、流媒體技術原理。作為新興的網(wǎng)絡傳輸技術，流媒體技術基本原理：首先采用高效壓縮算法對多媒體文件預處理，然后用流媒體傳輸協(xié)議進行傳輸。接收端通過解壓設備對數(shù)據(jù)解壓后，音視頻數(shù)據(jù)就會顯示出來。流媒體的關鍵技術是流式傳輸技術，實現(xiàn)方法有兩種：順序流式傳輸與實時流式傳輸。

2、流媒體技術協(xié)議。流式傳輸協(xié)議包括兩類：（1）實時傳輸協(xié)議RTP。RTP由組織IETFInternet工程任務組作為RFC1889提出并標準化的，是為支持多媒體通信而定義的協(xié)議。RTP不能獨立傳輸數(shù)據(jù)，須和底層的網(wǎng)絡協(xié)議結合才能完成數(shù)據(jù)傳輸。RTP是專門為交互式語音、視頻等實時數(shù)據(jù)設計的傳輸協(xié)議；（2）實時傳輸控制協(xié)議RTCP。RTCP是RTP的伴生協(xié)議。RTCP包中包括的統(tǒng)計資料包括：己發(fā)送與丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)量，服務器可利用信息動態(tài)地改變傳輸速率或有效載荷類型。在RTP會話期間，RTCP允許發(fā)送方與接收方周期性傳輸包含有關正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及網(wǎng)絡性能的額外信息報告。在實時傳輸中，RTP與RTCP配合使用具有其自有的適用性：（1）協(xié)議簡單靈活，傳輸效率高；（2）可擴展性；（3）協(xié)議的自適應性。

四、嵌入式系統(tǒng)低功耗設計技術

1、硬件低功耗設計技術。硬件低功耗設計方法包括：（1）低功耗電路形式。在實現(xiàn)系統(tǒng)功能前提下，從降低系統(tǒng)功耗的角度設計電路；（2）分區(qū)分時供電技術。利用開關裝置控制電源供電模塊，當電路處于休眠狀態(tài)時，關閉其供電電源，避免電源浪費；（3）動態(tài)電源調(diào)節(jié)技術。從調(diào)整處理器的電壓和頻率出發(fā)，處理器根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，當處理任務時，適當提高電壓與頻率；當待機狀態(tài)時，降低電壓與頻率，避免產(chǎn)生多余功耗。

2、軟件低功耗設計技術。軟件低功耗設計方法包括：（1）軟件代碼優(yōu)化。通過縮短代碼長度、改寫代碼與減少指令執(zhí)行時間等途徑優(yōu)化代碼執(zhí)行時間。如對代碼進行時間評估，用線性匯編重新寫對性能影響較大的代碼段；（2）以效果換取效率。在圖像數(shù)據(jù)處理時，通過降低視頻數(shù)據(jù)采樣率的方法減少處理時間，如由原先采集高分辨率圖像D1(720×576)改為CIF(352×288)，降低數(shù)據(jù)處理量，縮短處理器處理數(shù)據(jù)時間；（3）視頻編碼算法。盡管編碼器配置越高，視頻編碼效果越好，但會引起嵌入式處理器負荷加重，因此可采取低層次配置的視頻編碼器。

五、基于低功耗的系統(tǒng)總體設計

基于視頻編碼技術、流媒體網(wǎng)絡傳輸技術及低功耗設計技術，嵌入式網(wǎng)絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體構成見圖1。嵌入式平臺前端攝像頭進行視頻采集，后端與網(wǎng)絡連接，中間嵌入式處理器負責視頻處理及網(wǎng)絡傳輸，而視頻的壓縮處理及網(wǎng)絡傳輸由軟件完成。

圖1系統(tǒng)總體結構圖

在硬件選擇上，低功耗嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)選擇低功耗器件。硬件系統(tǒng)的核心是嵌入式處理器。系統(tǒng)采用的處理器是基于Intel XScale架構內(nèi)核的PXA270，其時鐘頻率為104MHz-624MHz。視頻采集模塊中的視頻數(shù)據(jù)可采用內(nèi)存映射技術先把設備文件映射到內(nèi)存中，直接從內(nèi)存讀取視頻數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)了低功耗；視頻壓縮模塊是資源開銷最大部分，MPEG-4算法復雜度低，最適合基于嵌入式系統(tǒng)的視頻編碼開發(fā)。

參考文獻：

第6篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關鍵詞： 嵌入式應用 教學體系 實驗教學

嵌入式技術是21世紀計算機技術發(fā)展的一個重要方向。嵌入式技術的發(fā)展，是當今新型技術時代的一個重大標志。

在當前數(shù)字信息技術和網(wǎng)絡技術高速發(fā)展的后PC時代，技術的飛速進步及市場對高端智能產(chǎn)品需求的日趨增長，8/16位微處理器已無法滿足高端智能產(chǎn)品對微處理器性能的最低要求。而32位嵌入式微處理器因其高主頻、低功耗、高性價比、可運行嵌入式操作系統(tǒng)等特點，已經(jīng)在高端智能產(chǎn)品、工業(yè)控制、信息家電等領域已取得了廣泛應用[1，2]。

近年來，在電子信息學科單片機原理及應用課程、16位及32位微機原理及接口電路等課程的教學中，仍以匯編語言、接口編程等作為主要知識點進行講授，現(xiàn)有課程內(nèi)容、教學設施和教學手段與現(xiàn)今嵌入式技術的飛速發(fā)展嚴重脫節(jié)，技術差距在不斷加大，傳統(tǒng)的課程體系和教學方法已經(jīng)無法滿足應用型人才培養(yǎng)的要求。為此，更新嵌入式應用相關課程教學內(nèi)容，進行課程改革和實驗建設迫在眉睫。

1.循序漸進，構建三位一體的課程群體系

目前嵌入式應用的實現(xiàn)主要有三種形式：面向?qū)崟r性要求較低、無需多線程的簡單系統(tǒng)，一般選用單片機等8位或16位處理器的解決方案，適用于低端應用場合；面向處理速度較快、需要操作系統(tǒng)支持的場合，可選用基于FPGA或ARM的片上系統(tǒng)（SOC）的解決方案，適用于高端應用場合；而在如汽車電子、航空航天等工業(yè)級應用場合，一般自主開發(fā)專用數(shù)字集成電路實現(xiàn)嵌入式應用[3]。

圖1 嵌入式應用的實現(xiàn)形式

嵌入式應用課程群針對這三個方向開設三門主干課程：單片機原理與應用、片上系統(tǒng)與嵌入式應用和數(shù)字集成電路設計，《單片機原理與應用》以8051為代表，主要講授8位微處理器的結構和工作原理，讓學生對嵌入式系統(tǒng)形成基本概念，學習一般微處理器的指令集、工作原理、硬件配置和軟件開發(fā)?！镀舷到y(tǒng)與嵌入式應用》以FPGA為平臺，著重講授SOPC系統(tǒng)設計方法，在先修課程的基礎上逐步深入，讓學生從這門課程的講授中既能學習到實用性較強的簡單數(shù)字系統(tǒng)開發(fā)，又能接觸到如底層驅(qū)動程序、實時操作系統(tǒng)等嵌入式應用的前沿技術。最后，特別針對本專業(yè)微電子的專業(yè)特點，開設《數(shù)字集成電路設計》，專門講授嵌入式處理器數(shù)字IC的開發(fā)和使用，培養(yǎng)學生具有設計具有自主系統(tǒng)架構嵌入式專用IC芯片的能力，形成本專業(yè)特色鮮明的培養(yǎng)模式。

圖2 嵌入式應用課程群體系

2.教學科研并重，不斷更新教學內(nèi)容和教學方法

嵌入式領域的技術更新?lián)Q代速度十分的快，因此，要求教師在教學過程中不斷跟蹤新技術，更新教學內(nèi)容和教學方法。在“嵌入式應用”課程群建設的過程中，我們將課程的教學內(nèi)容和教師所承擔各級科研項目中所獲得的工程實踐經(jīng)驗緊密結合起來，在每個輪次的教學中，都會根據(jù)目前最新的前沿技術，加入一部分新的教學內(nèi)容，以達到更好地提升學生知識水平的效果。我們編寫了適合我校辦學特色的嵌入式系統(tǒng)實驗（實訓）指導書、PPT教學課件、AVI視頻教學動畫等教學資料。目前，課程群中三門課程在教學內(nèi)容和方法方面都進行了有益的探索。

（1）《單片機原理與應用》課程采用目前工程實踐廣泛采用的C程序設計語言進行描述，改變了以往使用匯編語言講授枯燥、乏味的特點，更易于學生理解和實際應用。同時，我們還在課堂教學中引入了Proteus單片機仿真軟件進行案例教學。在講授完單片機的基本原理之后，教師以講授實際案例為手段訓練學生對于各知識點的理解和應用能力[4]。在此過程中，學生與教師同步在課堂中用自己的計算機完成案例的復現(xiàn)，并用Proteus仿真軟件驗證程序運行的實際效果。應用案例教學法，學生的學習不再是一味地聽，而轉變?yōu)閷嶋H動手實踐，在實踐中嘗試、總結和提升，學生學習效果顯著強化。

（2）《片上系統(tǒng)與嵌入式應用》是一門新開課程，主要講授Nios II軟核處理器的體系結構、設備和SOPC系統(tǒng)的開發(fā)流程。在課程內(nèi)容上，側重嵌入式處理器的應用而非原理，避免與單片機課程重復。在上一學期學生學習過單片機課程的基礎上，重點講授SDRAM存儲器、Flash存儲器、UART接口等低端單片機系統(tǒng)不涉及的內(nèi)容和應用實例。在教學方法上，采用任務驅(qū)動法來激發(fā)學生的學習興趣，以一個簡單的設計實例為主體，介紹軟硬件的開發(fā)流程，開發(fā)環(huán)境的使用和編程思想，使學生循序漸進，逐步深入[5]。例如：設計一個點陣顯示屏控制器，圍繞這個任務讓學生熟悉構建SOPC系統(tǒng)所要用到的外部RAM接口、外部Flash接口、Avalon三態(tài)橋、定時器、鎖相環(huán)、自定義點陣等外設的特點和編程方法。這種教學方法將學習的難點分散到各個任務中，能使學生在完成任務的同時深刻理解所學內(nèi)容。

（3）《數(shù)字集成電路設計》課程以Verilog語言設計為切入點，從最簡單的邏輯電路設計開始，逐步深入復雜的微處理器電路設計。在教學內(nèi)容上，針對嵌入式應用課程群的特點，圍繞微處理器的主要結構如ALU、ROM、寄存器組、RISC模型機等電路的原理和設計方法進行講授，學生在經(jīng)過這門課程的學習后，可以掌握自己動手開發(fā)一塊具有自主知識產(chǎn)權的專用嵌入式處理器芯片的能力。

3.開設綜合性、設計性實驗，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

應用型本科人才并不是“狹窄于技術”的工匠，應具有開放的辯證思維和創(chuàng)新精神。在嵌入式課程群實踐體系的建設過程中，除了開設常規(guī)的基礎性實驗以外，在《片上系統(tǒng)與嵌入式應用》和《數(shù)字集成電路設計》課程設計中開設了一系列的綜合性和創(chuàng)新性實驗，這些課題來源于實際的工程設計和科研項目，由學生自行提出可行的設計方案，與指導老師共同討論后實施，整個過程由學生主導，充分發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造力。我們將實驗內(nèi)容分為以下三類。

（1）基礎性實驗。主要是讓學生在實驗指導書的指導下將理論課上所掌握的知識和概念通過實驗的方式進行鞏固，通過直觀、具體的實驗結果驗證理論結果，熟悉軟件使用方法和設計流程。包括PWM直流電機控制、標準輸入輸出設備字符串流控制、PIO控制流水燈、自定義外設點陣控制等實驗。

（2）綜合性實驗。這部分實驗區(qū)別于基礎性實驗，并不給出具體的實驗過程，只給出基本原理和大致方案，要求學生綜合運用所學專業(yè)知識，周全考慮，自行確定具體的實驗步驟和方法。這部分實驗往往涉及多門知識點甚至是多門課程，包括無線溫度數(shù)據(jù)采集、μC-OS多任務操作系統(tǒng)、觸摸屏人機交互等實驗。

（3）創(chuàng)新性實驗。這部分實驗主要面向部分基礎知識過硬、動手能力強的優(yōu)秀學生，利用課外時間提高他們在嵌入式應用方面的實際能力。這類實驗以省、校兩級大學生實踐創(chuàng)新項目為載體，不拘泥于理論和實驗課程的范圍，由學生自主選題，形成創(chuàng)新團隊，由團隊指導老師負責。我們成立了開放的嵌入式創(chuàng)新實驗室，實驗室由老師、實驗員和高年級學生共同值班，學生可以隨時申請使用實驗設備，完成相應的實驗。通過這種形式的鍛煉，嵌入式創(chuàng)新實驗室的同學在省大學生電子設計競賽、全國電子專業(yè)人才設計與技能大賽中都取得了優(yōu)異成績。

4.結語

嵌入式應用課程群經(jīng)過以上所述課程體系的調(diào)整、教學內(nèi)容的豐富及實驗教學的改革，不斷增加新知識，改進教學手段和教學方法，通過課堂教學、實驗教學和教學科研的結合，在學生創(chuàng)新意識和實踐動手能力培養(yǎng)方面進行了有益嘗試和探索。未來我們將在深化教學改革的過程中不斷探索，不斷完善，探索出一套適合應用型人才培養(yǎng)的嵌入式應用教學培養(yǎng)模式。

參考文獻：

[1]周立功.SOPC嵌入式系統(tǒng)基礎教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.

[2]宋彩利，康磊.數(shù)字系統(tǒng)設計與SOPC技術[M].西安：西安交通大學出版社，2012.

[3]李蘭英，崔永利，李妍等.基于FPGA技術的嵌入式應用型人才培養(yǎng)教學體系[J].計算機教育，2011（16）：18-21.

[4]陳林，魏淑桃，石林祥等.應用型本科“SOPC設計與應用”課程教學改革探索[J].計算機教育，2012（19）：82-85.

第7篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)教學 實踐教學改革 競賽與創(chuàng)新

文章編號：1672-5913(2011)18-0046-03 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

近年來，與我國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的迅猛發(fā)展和巨大的產(chǎn)業(yè)需求相比，嵌入式系統(tǒng)工程人才培養(yǎng)相對落后[1]。在這種背景下，許多高校為軟件、計算機以及微電子、電子信息工程、自動化等相關專業(yè)增設了嵌入式系統(tǒng)課程。目前，北大、清華、北航等學校已經(jīng)把嵌入式作為一個專業(yè)方向，并建立了完整的嵌入式系統(tǒng)課程體系[2]。由于受傳統(tǒng)的專業(yè)課程設置、師資、實驗設備等條件的限制，蘇州大學計算機科學與技術學院(以下簡稱“我院”)尚未成立嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，目前的嵌入式系統(tǒng)課程為選修課，每年開設一學期(18周)，每周6學時，選修對象僅為高年級計算機專業(yè)本科生。下面結合近幾年的教學實踐經(jīng)驗，對嵌入式系統(tǒng)選修課程的教學方法和特點進行探討，以便具有相同情況的院校教師借鑒。

1 自主編寫教材，自主開發(fā)實驗平臺

目前，嵌入式系統(tǒng)相關教材琳瑯滿目，具體選擇哪一本作為教科用書至關重要。由于各個學校的特點、生源的質(zhì)量以及專業(yè)的課程體系不同，嵌入式系統(tǒng)課程的教學計劃和教學目標也不盡相同。在Freescale(飛思卡爾)大學計劃的支持下，結合我院具體情況，我們自主編寫了教材并研發(fā)了實驗平臺。

1.1 自主編寫教材

由于我院的計算機專業(yè)本科一、二年級，數(shù)字邏輯、C/C++語言、操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡等是各個專業(yè)方向的公共基礎課，在本科三、四年級開設嵌入式系統(tǒng)選修課程的目的，旨在為對嵌入式系統(tǒng)應用感興趣的同學提供一個學習的機會，為他們?nèi)蘸箝_發(fā)測控領域的嵌入式應用產(chǎn)品奠定堅實的基礎。據(jù)此，我院組織了一批骨干教師自主編寫了《基于32位ColdFire構建嵌入式系統(tǒng)》一書，作為嵌入式系統(tǒng)選修課程的教材。該教材以Freescale半導體公司的32位ColdFire系列微控制器MCF52233(含以太網(wǎng)接口)、MCF52235(含CAN總線接口)、MCF52223(含USB2.0接口)三個型號為藍本，闡述嵌入式系統(tǒng)的軟件與硬件設計。內(nèi)容包括：嵌入式系統(tǒng)的知識體系、學習誤區(qū)和學習建議；ColdFire系列微處理器特點；MCF52233硬件最小系統(tǒng)；UART、鍵盤、LED、LCD、AD、QSPI、I2C等模塊的應用；Flash存儲器在線編程；CAN總線、嵌入式以太網(wǎng)、USB 2.0通信機理；µC/OS-Ⅱ在ColdFire上的移植與應用等。

1.2 自主研發(fā)實驗平臺

為提高嵌入式系統(tǒng)課程的教學質(zhì)量，我院建立了嵌入式系統(tǒng)實驗室，為學生提供了良好的實踐學習條件。學生實驗所用儀器為自主研發(fā)的“SD嵌入式系統(tǒng)實驗箱”。每臺實驗箱內(nèi)配有電源適配器、擴展板、核心板、通信線(網(wǎng)線、串行口線、USB線)等。根據(jù)實驗目的和要求不同，將相關核心板插入到擴展板上即可。例如，做網(wǎng)絡通信實驗時需插上MCF52233核心板；做USB2.0通信實驗時需插上MCF52223核心板。實驗箱提供的對外接口包括串行口、USB、SPI、網(wǎng)絡、AD采集、鍵盤、液晶、數(shù)碼管等。這種“擴展板+核心板”的實驗箱組成方式為以后學習新的微處理提供了便利。

由于教材與實驗箱均為自主編寫和開發(fā)，教材中的每個實驗均可在實驗箱上實踐，避免了教材與實驗設備不統(tǒng)一的問題。

2 強調(diào)教學手段靈活多變

由于我院的嵌入式系統(tǒng)選修課程面向全院各專業(yè)學生，學生的前期課程設置不盡相同，水平參差不齊。起初嵌入式系統(tǒng)課程的教學模式是，教師每周利用3節(jié)課時間在多媒體教室講課；再利用3節(jié)課時間安排學生在嵌入式系統(tǒng)實驗室完成老師布置的實驗任務。實踐證明，這種方法的教學效果比較差，由于理論課和實驗課時間安排不連貫，學生在課堂上學到的知識得不到及時鞏固、理解和加深，實驗課上總是出現(xiàn)學生無從下手、一臉茫然的情況。后來，我們改變了這種授課模式，教學活動直接移到嵌入式系統(tǒng)實驗室進行，并靈活選擇各種教學手段，效果不錯。

2.1 合理安排理論課與實踐課

對于某些通用知識或理論性比較強的內(nèi)容(例如微處理器的體系結構、SPI/CAN/USB/IIC通信機理等)，可采用“先上課后實驗”方式。在教師講解的過程中，學生不做實驗。只有讓學生在透徹理解基本原理的基礎上，學生才能讀懂范例程序，進而在范例程序的基礎上能夠完成其他實驗。

對于有些內(nèi)容，可采用“先實驗后上課”方式，即先由學生將范例程序?qū)懭隖lash運行并觀察。當學生看到實驗現(xiàn)象后，會產(chǎn)生好奇的心理，從而激發(fā)出他們的學習興趣和求知欲望。例如，對于四聯(lián)排數(shù)碼管實驗，寫入范例程序后，數(shù)碼管上會顯示“1234”。教師可讓學生帶著下面兩個問題聽課：①四個數(shù)字是如何同時顯示的？②如果要滾動顯示“1234”應該如何修改范例程序？在這種“尋根究底”的教學模式下，學生的聽課注意力會更加集中。

2.2 分層設計嵌入式系統(tǒng)實驗

嵌入式系統(tǒng)是一門實踐性很強的課程。因此，在嵌入式系統(tǒng)教學中，實驗是最重要的環(huán)節(jié)之一，是學生掌握嵌入式系統(tǒng)設計技術的關鍵。我們將嵌入式系統(tǒng)實驗分為三個層次：驗證型、改進型和綜合型，并且要求學生獨立完成每個實驗。

驗證型實驗是最基本的實驗，實驗所用的范例程序由教師編寫，嚴格遵循模塊化設計規(guī)則，并附有詳盡的使用說明，包括注意事項、需要的硬件連線等。這種實驗的目的是使所有學生都能夠順利完成實驗內(nèi)容規(guī)定的操作并得到正確的實驗結果，培養(yǎng)他們獨立完成實驗的自信心，同時要求學生看懂范例程序的執(zhí)行流程，掌握程序的編寫規(guī)范。如果不提供范例程序，而由學生從零開始編寫，事實證明，將會有一半的學生因為長時間調(diào)試不成功而心灰意冷，失去了繼續(xù)實驗的勇氣。該層次實驗要求所有學生必須完成。

改進型實驗是要求學生在驗證型實驗的基礎上進行軟件和硬件的改進，以完成更加復雜的功能。例如，在串行口通信的驗證型實驗中，實現(xiàn)了微處理器一次僅接收PC機發(fā)送的一個字符；而在改進型實驗中，要求學生實現(xiàn)微處理器一次能夠接收PC機發(fā)送的一串字符。通過改進型實驗可檢查學生對所學知識的掌握程度，同時也讓學生體會到自己動手的樂趣和實驗成功的喜悅。該層次實驗也要求所有學生必須完成。

在學生積累了一定的嵌入式知識后，教師可布置綜合型實驗作業(yè)。例如講解完LED、LCD、鍵盤以及UART之后，可要求學生實現(xiàn)：按下鍵盤上的某個鍵，將此鍵的自定義鍵符分別顯示在LED和LCD上，同時通過串行口發(fā)送到PC機。綜合型實驗的目的是提高學生綜合運用知識、分析問題以及解決問題的能力，發(fā)揮學生的主觀能動性，達到將所學知識融會貫通的效果。根據(jù)綜合型實驗難度的不同，有時要求所有學生完成，有時僅要求部分學生完成。

2.3 充分利用現(xiàn)代化教學手段

作為傳統(tǒng)板書教學的補充，因便于插入圖片和動畫，多媒體教學對提高學生學習興趣、增加授課生動性大有裨益[3]。例如，若在課堂上通過板書形式繪制硬件電路圖，勢必要花費很長時間，而且與多媒體屏幕展示的電路圖相比，在清晰度和美觀性上都相對欠缺；而對于一些生動的教學圖片或教學動畫，板書形式根本無法表達。此外，多媒體教學所用的電子資料(如教學課件、教學影片等)可供教師重復利用和更新，也便于學生復制和閱讀。

目前，各大高校都建立了校園網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的出現(xiàn)同時影響著教學方式和學習方式的改進。為了方便師生之間的交流溝通和資源共享，我們精心設計并創(chuàng)辦了嵌入式系統(tǒng)輔助教學平臺，作為對傳統(tǒng)教學方式的補充。教學平臺提供了學生在線、教師在線、模擬測試、資料下載、師生交流等模塊。學生可在線查看或下載各種嵌入式學習資料，如教學課件和實驗要求、實驗箱內(nèi)擴展板和各種核心板的原理圖以及元件布局圖、繪制原理圖和布線圖的規(guī)范、底層軟件編程規(guī)范、芯片手冊以及應用筆記等，同時，可把每次實驗的程序代碼和實驗報告上傳，供任課教師檢查評閱。教師通過該平臺可查看學生作業(yè)，編輯題庫，組織試卷以及公告等。教學平臺還開辟了嵌入式學習討論區(qū)和答疑區(qū)，及時解決學生在學習過程中遇到的疑難問題。

3 培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，提高教師自身素養(yǎng)

嵌入式系統(tǒng)課程的教與學是一個“合作”的過程，衡量這種“合作”是否成功的標準是看學生能否將所學的知識應用到具體的嵌入式應用產(chǎn)品開發(fā)中[4]。在教學中我們發(fā)現(xiàn)，雖然我院的嵌入式系統(tǒng)課程為選修課，但有些同學對該課程興趣濃厚，思維開闊。因此，我們每學期采用“雙向選擇”的方式選拔一些同學，由專職教師帶隊指導，積極參加各種嵌入式設計大賽，并取得了較好成績。2009年11月，我院組成的兩支隊伍在長三角地區(qū)的“IEEE標準電腦鼠走迷宮”競賽中獲得1個一等獎和1個三等獎，最終在北京航空航天大學舉辦的全國總決賽中獲得三等獎。為了拓寬學生的知識視野，促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，增長相關行業(yè)背景知識，我們也會選拔一批有潛質(zhì)的學生投入到教師的科研項目開發(fā)中，更好地實現(xiàn)“教師為主、學生參與”的教學結構。截至目前為止，學生參與的項目有校園機動車管理系統(tǒng)、城市照明智能控制系統(tǒng)、小區(qū)電動車管理系統(tǒng)、基于二代身份證的考勤系統(tǒng)等。實踐表明，參加過競賽和科研項目的學生基礎知識更加扎實，自學能力和動手能力大幅提高。

此外，為了緊跟時代的步伐，時刻引領新知識、新技術，避免知識的陳舊性，教師應充分利用寒暑假時間參加各種嵌入式系統(tǒng)師資培訓，與兄弟院校的同行交流教學經(jīng)驗。在教學工作之余，積極主動與企業(yè)洽談合作科研項目，提高自身的科研能力。

4 結語

最適合的方法才是最好的方法[5]。由于我院的計算機專業(yè)本科生側重于高端應用程序的開發(fā)，嵌入式系統(tǒng)課程僅為高年級的選修課程，完善的課程體系尚未建立，因此，在教學中，我們沒有照搬照抄其他院校的教學模式，而是根據(jù)我院學生的具體特點，合理安排教學內(nèi)容、側重于培養(yǎng)學生開發(fā)硬件驅(qū)動程序的能力。經(jīng)過幾年的努力，我們自己摸索出來的嵌入式系統(tǒng)課程教學方法越來越得到同行和學生的認可，每年選修該課程的學生人數(shù)急劇增加就是最好的印證。

參考文獻：

[1] 徐遠超,張聰霞,關永. 嵌入式系統(tǒng)專業(yè)課程教學存在的問題與思考[J]. 計算機教育,2009(18):85-86.

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[4] 王平. 嵌入式系統(tǒng)教學及實驗研究[J]. 高等教育研究,2008(3):39-40.

[5] 徐慧,金敏.“三點一線”教學方法在“嵌入式系統(tǒng)”課程中的應用[J]. 教育與教學研究,2009(10):39-41.

Teaching Discussion on Embedded System Course for Computer Professional

JIANG Yinzhen, WANG Yihuai

(Department of Computer Science and Technology, Soochow University, Suzhou 215006, China)

第8篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

隨著微控制器性能的不斷提高，嵌入式應用越來越廣泛。但是目前市場上的大型商用嵌入式實時系統(tǒng)，價格昂貴，而且都針對特定的硬件平臺。對于中小型系統(tǒng)開發(fā)，購買商用實時系統(tǒng)并不劃算。

目前我們正著手將嵌入式系統(tǒng)軟件應用于汽車衛(wèi)星導航儀系統(tǒng)的一步開發(fā)。傳統(tǒng)的嵌入式應用并不包括文件系統(tǒng)，而我們要實現(xiàn)的文件系統(tǒng)需要在車輛導航系統(tǒng)中實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)文件的讀寫。因此它既要支持與MS-DOS兼容的文件系統(tǒng)也要支持其它類型的文件系統(tǒng)。

    另一方面，從數(shù)碼相機到MP3播放機，從掌上電腦到數(shù)碼攝像機，CF（CompactFlash）卡由于具有體積小、兼容性強、價格相對低廉等諸多優(yōu)點，在數(shù)碼設備上的應用越來越廣泛。但若想在CF卡與PC之間傳遞數(shù)據(jù)，通常不得不借助于專門的讀卡器，這給PC的用戶帶來了不小的麻煩。CompactFlash卡全稱為“標準閃存卡”，簡稱“CF卡”。CF卡的應用空間比較廣，最常見的是在數(shù)碼照相機中用于照片的存儲。由于CF卡內(nèi)部采用模擬硬盤控制器的設計，使得CF卡可以比較容易地通過IDE接口實現(xiàn)與電腦的連接，一定程度上可以起到移動存儲的作用。

一般的嵌入式系統(tǒng)不會提供讀寫CF卡的接口，所以需要在文件系統(tǒng)中專門設計一個驅(qū)動程序。

1 基本原理

圖1所示的CF卡中，主機系統(tǒng)的控制器接口允許數(shù)據(jù)從Flash介質(zhì)讀寫。CF卡的存取方式有三種：Memory方式、I/O方式以及True IDE方式。我們選擇的是True IDE方式。需要注意的是，當主機電源一直接通時，拔插CF卡將會使其從原來的True IDE方式重新配置成PC Card ATA方式。所以要讓CF卡一直工作在True IDE，需要在電源加電啟動時將OE輸入信號接地。此方式也支持8位存取，但我們選擇了16位存取。一次最多存取的扇區(qū)數(shù)可由命令碼Ech中的第47參數(shù)字決定。

CF卡跟硬盤的結構相同，如圖2所示。在引導區(qū)中裝有用于啟動系統(tǒng)的代碼，以及有關文件系統(tǒng)的重要信息，隨后是記錄所有磁盤空間的表，再下來就是根目錄，然后是所有其它的東西。引導扇區(qū)在其末尾處包含有分區(qū)表。此表包含了用以標示每個分區(qū)開始和結束的表項，最多可以有四個分區(qū)，每個分區(qū)可包含不同的文件系統(tǒng)。緊隨引導區(qū)之后的是FAT（文件分配表），用來記錄設備中所有的磁盤空間的信息（此表與UNIX中的I-node表和空閑表具有相同的功能）。

設計軟件時，同時考慮了通用性及可擴展性，目的在于使該文件系統(tǒng)無需分別修改便能夠?qū)F卡、IDE硬盤、RAM Disk、電子盤、SD等不同的存儲介質(zhì)進行操作；讀出這些存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，并且可以將數(shù)據(jù)輸送到不同存儲設備上。

為了達到這些目的，我們針對不同CPU的不同處理方法，對硬件操作程序進行分離，將設備有關的底層程序變成與設備無關的上層操作。這樣，當系統(tǒng)新增功能之后，不必更改每個子程序，只需要在某些接口文件的數(shù)據(jù)結構中添加或者更改數(shù)據(jù)項即可；又考慮到用戶對上層操作的透明性，我們采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ蠈咏Y構中存取操作的driver結構（含read、write數(shù)據(jù)項）是虛擬的，在底層才將它具體化為CF卡的讀寫扇區(qū)命令（操作碼為：20h、30h）。

軟件程序的主要流程如圖3所示。

2 系統(tǒng)設計實現(xiàn)

根據(jù)上述原理，可完成軟件設計，其基本框架如圖4所示，分為六個主要部分。

其中，CF卡驅(qū)動程序設計的關鍵是CF卡的存取操作函數(shù)所采用的命令碼有些不同。另外，我們使用驅(qū)動程序?qū)ο髞泶鞢F卡設備驅(qū)動程序。該驅(qū)動程序?qū)ο髮τ谟脩羰遣糠植煌该鞯模瑪?shù)據(jù)項包括讀寫函數(shù)的指針，這些函數(shù)由文件系統(tǒng)程序輸出（包括兩部分函數(shù)，用戶可見API函數(shù)調(diào)用和用戶不見驅(qū)動存取函數(shù)）。此對象的數(shù)據(jù)結構聲明如下：

typedef struct CF_XFILE_DRIVER{

BYTE driver_name; /*介質(zhì)標示；CF卡、IDE硬盤、Flash卡、RAMDISK等，刪除驅(qū)動的話，需要重新記錄DRIVER號*/

…… /*IRP處理函數(shù)*/

}CF_XFILE_DRIVER；

如果有多個CF卡，需要用另外一個特定的數(shù)據(jù)結構Next_Driver來把它們水平連接在一起。然后，用鏈表來管理這些數(shù)據(jù)結構，管理方式類似于WDM（Windows Driver Model）。

第9篇：嵌入式系統(tǒng)的基本原理范文

【關鍵詞】計算機技術 自動化儀器儀表 相互融合

儀器儀表的基本性能在于測量數(shù)據(jù)，通過特定的測量流程獲得相關信息。從目前來看，很多儀器儀表都在逐步得到更新，這個過程不能缺少自動化技術作為輔助；與此同時，計算機技術也能為其提供所需的支持。與傳統(tǒng)類型的儀器儀表相比，自動化儀表本身具備更顯著的數(shù)字化以及智能化特征，因此更適合運用于現(xiàn)階段的工業(yè)測量中。為了構建多層次的自動化系統(tǒng)，對于現(xiàn)階段的儀器儀表應當加以全方位的改進，在此過程中確保融入新型的自動化技術，提升儀器儀表本身的精確度。

1 基本技術原理

目前的狀態(tài)下，計算機系統(tǒng)多數(shù)都屬于嵌入式的，此類系統(tǒng)應當建立于計算機技術的前提下，對于現(xiàn)階段的通信系統(tǒng)也進行了全方位的完善。針對運行中的各項設備而言，嵌入式系統(tǒng)都能予以實r性的監(jiān)控。相比于傳統(tǒng)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)表現(xiàn)為更快的執(zhí)行速度與更強的實時性特征。在軟件的輔助下，嵌入式系統(tǒng)有助于縮短整個流程的處理速度，同時也設置了明確的處理代碼。在任務調(diào)度的配合下，軟件系統(tǒng)就能精確分配各項處理流程，以此來提升整個流程的實效性。除此以外，嵌入式的處理器本身具備了更強的穩(wěn)定性，因此也在較大程度上完善了通信協(xié)議與網(wǎng)絡接口，確保獲得科學性更強的計算性能。

面對信息化的新背景，儀器儀表技術逐漸與網(wǎng)絡化技術密切結合在一起，通過這種措施提升了測量速度與分辨度。在模擬手段的支持下，儀器儀表就可以具備更強的自動化性能，同時也密切結合了數(shù)據(jù)處理、在線分析、在線計算、輸出控制等各項基本性能。新時期的儀器儀表行業(yè)正在逐步走向自動化，在這其中的典型技術涉及到智能操控技術、實時性的傳感技術與人機界面等。例如：人機界面建立于自動化控制的前提下，運用這種措施來提供更友好的操控界面，因此有利于響應實時性的用戶需要并且給出特定的操作處理。

2 自動化儀表與計算機技術實現(xiàn)融合的具體途徑

新時期的儀器儀表應當建立于自動化技術的前提下，通過運用計算機技術來組合各個模塊。從基本特征來講，自動化的儀表儀器技術可以劃分軟件與硬件的模塊。具體而言，自動化儀表與計算機技術相互融合的措施應當包含如下：

2.1 集成式的微電子技術

經(jīng)過較長時期的演變，現(xiàn)階段的各種儀器儀表都可以運用新型的集成芯片作為支持。在自動化技術的輔助下，對于儀器儀表可以設置集成芯片，通過這種措施來消除強度較高的外在干擾，同時也簡化了的微控制電路。由此可見，微電子技術有助于簡化整個的操作流程，進而突顯了儀表與儀器運用于自動化測量的實效性?，F(xiàn)階段的技術人員有必要推行技術創(chuàng)新，以此來提升微電子技術具備的綜合水平。

2.2 構建嵌入式系統(tǒng)

在整個的應用軟件中，嵌入式系統(tǒng)都應當構成其中的核心與關鍵，在此過程中不能缺少微處理器。從現(xiàn)狀來看，很多微處理器都設計為嵌入式的基本形狀，此種類型的微處理器具備相對更小的功耗與更強的穩(wěn)定性，同時也消除了過高的處理成本。依照自動化技術的基本原理，嵌入式處理器可以提升整個流程的處理速度，與此同時表現(xiàn)為更好的可靠度與智能性程度。例如近些年來，很多微處理器都設有16位或者8位的單片機，借助上述操作技術就能簡化儀表儀器的基本構造，在此前提下確保實現(xiàn)多層次的智能化儀表操控技術。

2.3 密切結合網(wǎng)絡

自動化儀表如果要發(fā)揮效能，基本前提就在于結合網(wǎng)絡，其中的關鍵為設置通信接口與網(wǎng)絡協(xié)議。隨著技術改進，新形勢下的網(wǎng)絡技術表現(xiàn)為更廣的運用范圍，而與之相應的網(wǎng)絡需求也逐漸變得更多。在網(wǎng)絡化手段的輔助下，自動化儀表就能體現(xiàn)更好的綜合效能。因此可以得知，自動化的儀器儀表客觀上需要融入整個網(wǎng)絡，運用網(wǎng)絡化措施來確保實時性的操控。

3 結語

從行業(yè)整體趨勢的角度來講，儀器儀表與自動化技術應當實現(xiàn)密切結合，在二者相互融合的基礎上拓寬了自動化的適用范圍。為了實現(xiàn)自動化儀表與計算機技術的相互融合，作為技術人員有必要致力于轉變認識，因地制宜選擇適合企業(yè)本身的自動化技術模式。截至目前，與自動化儀表相關的各項技術并沒有真正實現(xiàn)成熟，對此仍然有待加以改進。未來在實踐中，企業(yè)及其相關人員還需要不斷探究，進而從全方位的角度入手來轉變技術模式，服務于儀器儀表測量精確度的全面提高。

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作者簡介

王曉東（1961-）。大學專科學歷?，F(xiàn)為黑龍江省電視大學工程師。