一、课程基本信息

二、课程性质、作用和教学目标

本课程是高等学校测控技术与仪器专业的专业选修课之一。它是一门理论性和实践性都较强的一门专业方向课。本课程的教学目的是使学生掌握以32位微处理器为核心的嵌入式系统开发技术。使学生对嵌入式系统的组成结构、工作原理、应用场合及嵌入式操作系统等形成感性认识，通过相关实验的锻炼，能够把所学的理论充分灵活地运用到实际工作中去。本课程在培养高级工程技术人才的全局中，具有增强学生对嵌入式技术工作的适应能力和产品开发创新能力的作用。

本课程与“嵌入式系统设计实验”构成配套教学环节，共同实现如下教学目标：

1．树立正确的设计思想，了解现代嵌入式系统设计技术，具备基本设计能力、开发创造性思维和创新能力，应对经济全球化和知识经济的挑战。

2．掌握嵌入式系统设计的基础知识，初步具备一般嵌入式系统方案设计和分析的能力。

3．掌握ARM技术、了解ARM和Thumb指令集，掌握嵌入式C语言程序设计基础，掌握基于S3C2410的嵌入式系统开发，了解嵌入式操作系统的基本知识，了解传统编程与操作系统编程的异同，了解WinCE与MFC编程的异同。

4．具有运用标准、规范、手册、图册及网络信息等技术资料的能力。

5．初步掌握基本嵌入式系统实验技术。

三、课程知识体系

嵌入式系统及应用设计课程是一门研究嵌入式系统理论和设计技术的课程。本课程研究的对象是嵌入式系统，课程的知识体系由以下“四大模块”组成：

1.         嵌入式系统基础知识

1)      嵌入式系统硬件知识，如数字电路和逻辑电路基础，嵌入式微处理器基础，嵌入式系统的存储体系，嵌入式系统I/O接口，嵌入系统通信及网络接口，嵌入式系统电源分类及电源原理，电子电路设计基础

2)      嵌入式系统软件知识，如嵌入式软件基础知识，嵌入式操作系统基础知识，嵌入式系统程序设计

3)      嵌入式系统的开发与维护知识，如系统开发过程及其项目管理，系统分析基础知识，系统设计知识，系统实施知识，系统维护知识

2.         嵌入式系统设计应用技术

1)      嵌入式系统开发过程及开发技术，包括系统需求分析方法与步骤，系统设计，软硬件协同设计，系统测试，系统评估，系统开发环境，实时系统的分析技术，硬件设计环境，协同设计，嵌入式系统低功耗设计技术，分布式嵌入系统设计

2)      嵌入式系统硬件设计，包括嵌入式系统硬件基本结构，输入/输出接口设计，外围设备接口应用技术，可靠性与安全性设计技术

3)      嵌入式系统软件设计，包括嵌入式系统软件结构设计，嵌入式操作系统应用技术，嵌入式软件设计技术，系统级软件设计技术，

4)      嵌入式系统应用，包括嵌入式系统在控制领域中的应用，嵌入式系统在手持设备中的应用等

四、课程教学理念与学生能力培养

1．以嵌入式系统设计为主线，统一和完善基本控制器应用设计知识，在介绍常用控制器系统设计和通用控制器应用设计的基础上，辅以嵌入式系统方案设计，以提高学生嵌入式系统仪器设计的观念和能力。

2．在简述创新思维及法则的基础上，结合具体章节介绍嵌入式系统创新设计的方法，由此培养学生的创新意识，提高创新设计能力。

3．对于常用仪器的嵌入式系统方案设计，按照“工作原理®方案设计®硬件设计®软件设计®软硬件协同设计”的原则组织教学内容，以统一和完善常用嵌入式系统设计的系统知识。

4．介绍电源，晶振、可靠性等其他系统设计的内容，以充实通用嵌入式系统设计的基本知识，提高学生综合设计能力。

在本课程教学中，注重知识学习与应用的实时结合和实践训练的常态化，使学生工程意识和学为所用能力的培养贯穿于课程教学的整个过程。可选择的综合实践项目形式如下：

1．专题讨论  预先给出一些来自工程实际的问题，要求学生自由组队，就一个或多个主题，通过分工合作，利用课余时间进行现场察看、资料收集和问题分析，提出一种或多种解决方案，然后在课堂上开展讨论，每个人都要发言，充分展示个人及团队观点。最后教师加以点评、总结。

2．专题研究  对某些知识单元、知识点的学习，给出一些深层次的专题研究提示与引导，要求学生在检索、阅读有关文献资料的基础上，进行自主学习与研究，撰写研究报告。由此培养：资料检索、总结与综合能力；课程知识的综合应用能力；研究探索能力；研究报告整理撰写能力等。

3．专题设计  布置若干综合型专题设计项目，实现关联课程教学内容的进一步渗透和体现理论与实践的融会贯通，训练学生的以下实践能力：基于功能原理和创新技法的嵌入式系统方案创新设计能力；基于嵌入式系统的硬件电路器件选型与分析能力；信息技术及现代设计方法与有关软件的应用能力。

4．专题讲座  结合教学内容的扩展与提高、现代设计技术与方法的工程应用、学生课外创新实践项目、典型工程设计案例分析等，开设若干专题讲座，以开阔学生自主学习、研究、实践的思路，提高应用实践能力。

五、课程教学内容（知识单元和知识点）、基本要求和学时安排

5.1理论课程安排

1、嵌入式系统开发基础：了解嵌入式系统基本概念、组成结构、硬件组成、操作系统、应用软件开发、开发流程和发展趋势。（2学时）

2、ARM技术概述：全面了解ARM技术，建立起以ARM技术为基础的嵌入式系统应用技术框架。（2学时）

3、嵌入式系统应用程序设计：了解ARM和Thumb指令集，掌握嵌入式C语言程序设计基础。（2学时）

4、基于S3C2410的嵌入式系统开发：了解S3C2410处理器及存储器空间划分，了解片上基本功能模块及应用开发方法。掌握开发工具使用方法，熟悉软件开发流程。（6学时）

5、嵌入式操作系统：了解嵌入式操作系统的基本知识，了解μC/OS-Ⅱ移植条件和内核基本结构，掌握将μC/OS-Ⅱ内核移植到ARM7处理器上的方法和步骤。了解μClinux的结构和设计特征，掌握μClinux配置、编译过程，掌握Boot Loader的基本功能程序设计，了解μClinux的内核调试方法。（4学时）

5.2上机实习要求

上机实验一：汇编指令实验

熟悉开发环境的使用，掌握汇编指令的使用方法，完成基本数学/逻辑运算及分支程序设计。

上机实验二：C语言程序实验

掌握工程的建立方法，了解启动过程，掌握链接脚本的作用，学会编写C语言程序和汇编启动代码，并进行调试。

上机实验三：存储器及I/O接口实验

熟悉ARM的内部存储空间分配及用寄存器配置存储空间的方法，掌握对存储器进行访问的方法。熟悉ARM芯片I/O口编程配置方法。

上机实验四：串口通信和中断实验

了解串行口的结构、串行通信的原理，掌握串行通信的编程方法。了解ARM的中断方式和原理，熟悉中断的编程方法。

上机实验五：实时时钟实验

了解实时时钟的硬件控制原理及设计方法，掌握S3C44B0X处理器的RTC模块程序设计方法，掌握LED的显示控制方法。

上机实验六：液晶显示实验

掌握液晶显示屏的使用及其电路设计方法，掌握S3C44B0X处理器的LCD控制器的使用，掌握液晶显示文本和图形的方法以及程序设计的方法。

上机实验七：键盘控制实验

掌握中断式键盘控制与设计方法，掌握中断式键盘检测程序的设计思路，熟练编写ARM核处理器的中断处理程序。

上机实验八：触摸屏控制实验

掌握触摸屏的设计与控制方法，掌握S3C44B0X处理器的A/D转换功能。

上机实验九：I²C串行通信实验

掌握I²C串行通信协议的使用，掌握EEPROM器件的读/写方法，掌握S3C44B0X处理器的I²C控制器的使用。

上机实验十：以太网通信实验

了解以太网通信原理和驱动程序开发方法，掌握IP网络协议和网络应用程序开发方法。

上机实验十一：USB接口实验

了解USB接口基本原理，掌握USB接口与PC通信的编程技术。

上机实验十二：嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ实验

了解μC/OS-Ⅱ移植条件和内核基本结构，掌握将μC/OS-Ⅱ内核移植到ARM7处理器上的方法和步骤，学习使用μC/OS-Ⅱ系统提供的任务间通信、同步和存储管理等功能。

上机实验十三：嵌入式操作系统μClinux实验

掌握μClinux配置、编译过程，掌握Boot Loader的基本功能程序设计，了解μClinux的内核调试方法。

六、考核方式及成绩构成

课程考核作为现行教学质量评价的重要手段，对学生的学和教师的教都具有重要的导向作用。本课程考核重在培养学生的能力，激发学生的学习自主性，鼓励学生的个性发展以及培养其创新意识和实践能力，避免学生处于被动学习状况。

本课程的考核方面包括：平时作业考核、综合实践项目考核。综合实践项目（如专题讨论、专题研究和专题设计等）要求每位学生每学期至少完成1个，根据提交报告进行考核。

课程总评成绩构成如下表：

七、教材及参考资料

主教材：

[1]         徐英慧编。ARM9嵌入式系统设计:基于S3C2410与Linux(第2版)，北京：北京航空航天大学出版社

[2]         周立功编。ARM&WinCE实验与实践-基于基于S3C2410。北京：北京航空航天大学出版社

参考教材及教学资源：

[3]         李岩 荣盘祥编．基于S3C44B0X嵌入式uCLinux系统原理及应用．北京：清华大学出版社，2005年1月