《嵌入式系统》课程教学大纲
课程名称： 嵌入式系统
课程编码：51610209 学
时： 44
学
分：2.5 开课学期：7 课程类别：专业平台课程 课程性质：必修
适用专业：电子信息科学与技术 电子信息工程
先修课程：数字电子技术、汇编语言程序设计、微机原理与接口技术、单片机原理及应用、C语言程序设计
教学方式：课堂讲授为主，穿插课堂主题讨论和专题汇报
教学手段：以多媒体教学手段及仿真软件为主，主要采用PPT电子板书形式，辅助手写板书
一、课程的性质、目的与任务
《嵌入式系统》是一门专业技术课，设置本课程的目的是让学生学习和掌握嵌入式系统的系统结构、指令系统、程序设计方法、系统扩展方法、应用技术和发展现状。使学生对嵌入式系统中单片机的各部件的工作原理和软件编程方法有全面的了解，掌握单片机应用系统的开发和设计方法，为进一步的学习嵌入式系统打下良好的基础。
二、教学内容及基本要求
单元1 嵌入式系统概述
1.教学目的和要求：
掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式系统的硬件构架；了解嵌入式软件构成。 2．知识点
（1）嵌入式系统简介
嵌入式系统定义；嵌入式系统的发展历程与现状；嵌入式系统的特点。 （2）嵌入式系统硬件
嵌入式处理器；存储器；外部I/O。 （3） 嵌入式系统软件
引导加载程序；操作系统；应用程序。 3．建议课时：2课时。
4.教学重点和难点：嵌入式系统的硬件构架。
5.复习与作业要求：课下搜集一些有关嵌入式系统结构的资料
6.考核知识点：嵌入式系统的基本构架和工作原理，嵌入式系统的软件分类。 7.辅助教学活动：上网查看嵌入式系统的应用情况。通过图片讲解嵌入式系统的基本构架，举例说明嵌入式系统的软件组成。
单元2 ARM处理器基础
1.教学目的和要求：
掌握ARM的基本架构；掌握ARM存储器组织结构；了解ARM硬件启动过程。 2．知识点 （1） ARM概述
ARM简介；ARM微处理器的应用领域；ARM微处理器的特点；ARM微处理器系列；ARM体系结构的版本。
（2）数据类型和存储器组织 数据类型；存储器组织。 （3）ARM内核的数据模型 （4）ARM处理器运行模式 （5）寄存器组织
ARM状态下的寄存器组织；Thumb状态下的寄存器组织；程序状态寄存器； （6）流水线
（7）异常、中断及向量表
异常的种类；异常向量表和优先级；异常的进入和返回。 （8）ARM内核与SoC
ARM处理器内核；ARM处理器核；ARM SoC。 （9）ARM硬件启动过程
电源；时钟；系统复位。 （10）ARM JTAG调试接口。 3．建议课时：4课时。
4.教学重点和难点：ARM的基本架构；ARM存储器组织结构。
5.复习与作业要求：写出ARM的结构组成，画出ARM存储器结构和启动过程。
6.考核知识点：ARM的结构组成，ARM存储器结构和启动过程。 7.辅助教学活动：
熟悉ARM的启动过程。通过PPT讲解ARM的基本构架，存储器组织结构，举例说明ARM的启动过程。
单元3 ARM指令系统与汇编程序设计
1.教学目的和要求：
掌握ARM的指令系统；掌握ARM指令基本寻址方式；了解ARM指令功能说明及Thumb指令集。
2．知识点
（1） ARM指令系统概述
ARM指令系统特点；ARM指令格式；指令的条件域。 （2） ARM指令基本寻址方式 （3） ARM指令功能说明
3ARM分支指令；ARM数据处理指令；ARM访存指令；ARM程序状态寄存器访问指令；ARM协处理器指令；ARM异常产生指令；XScale增加的指令。
（4） Thumb指令集
ARM与Thumb性能比较；Thumb指令寄存器的使用；Thumb指令说明；Thumb指令示例。
（5） ARM汇编器所支持的伪指令
指示符性质的伪指令；符号定义伪指令；数据定义伪指令；汇编控制伪指令；其他常用伪指令。
（6） ARM汇编语言程序设计
汇编语言的语句格式；汇编语言的程序结构；汇编程序举例。 3．建议课时：4课时。
4.教学重点和难点：ARM指令功能；ARM汇编语言程序设计。
5.复习与作业要求：写出ARM的指令组成，画出ARM编程流程。
6.考核知识点：ARM的指令系统、指令基本寻址方式、ARM指令功能说明。 7.辅助教学活动：熟悉ARM的编程过程。通过PPT讲解ARM指令功能说明，基本寻址方式，举例说明ARM的编程过程。
单元4 Intel PXA270处理器的结构与开发平台
1.教学目的和要求：
掌握PXA270处理器的系统结构与特性；掌握PXA270处理器接口及开发平台设计；了解时钟与电源管理。
2．知识点
（1）PXA270处理器的系统结构与特性
总体结构；特性；封装与引脚。 （2）时钟与电源管理
低功耗与时钟和电源管理；复位管理；时钟管理；功耗管理；电压管理。 （3）PXA270处理器接口及开发平台设计
PXA270处理器开发评估系统；外部存储器接口；显示接口；USB接口；多媒体接口概述；快速捕获接口。
3．建议课时：4课时。 4.教学重点和难点：
PXA270处理器的系统结构与特性；PXA270处理器接口及开发平台设计。
5.复习与作业要求：
写出PXA270处理器的系统结构与特性，画出PXA270处理器接口情况。
6.考核知识点：
PXA270处理器的系统结构与特性；PXA270处理器接口及开发平台设计。 7.教学活动：
熟悉PXA270处理器接口设计过程。通过PPT讲解PXA270处理器的系统结构与特性，举例说明PXA270处理器接口及开发平台设计。
单元5 嵌入式软件设计
1.教学目的和要求：
掌握交叉编译器及交叉编译环境的组成；掌握引导加载程序Bootloader；了解Linux内核移植及文件系统。
2．知识点 （1）交叉编译
交叉编译器及交叉编译环境的组成；交叉编译环境的建立。 （2）引导加载程序Bootloader
Bootloader原理；Bootloader的操作模式；Bootloader与主机之间的文件传输；Bootloader的启动流程；ARM Linux常用Bootloader介绍；BLOB下载。
（3）Linux内核移植
Linux内核源码的修改；Linux内核的裁减；Linux内核的编译；Linux内核的烧录。 （4）文件系统
文件系统基本概念；嵌入式文件系统基本内容；常见的嵌入式文件系统。
3．建议课时：4课时。 4.教学重点和难点：
交叉编译器及交叉编译环境的组成；引导加载程序Bootloader。
5.复习与作业要求：
写出交叉编译器特点及交叉编译环境的组成，掌握引导加载程序Bootloader。
6.考核知识点：
交叉编译环境的组成，掌握引导加载程序Bootloader。 7.辅助教学活动：
熟悉PXA270处理器如何加载Bootloader。通过PPT讲解交叉编译器及交叉编译环境的组成，举例说明引导加载程序Bootloader。
单元6 Linux操作系统概述
1.教学目的和要求：
掌握Linux内核源代码的结构；掌握ARM Linux存储管理；了解 Linux启动和初始化过程分析。
2．知识点
（1） Linux的诞生和发展 （2） Linux内核概述 （3） 系统核心数据结构 （4） Linux内核源代码的结构 （5） ARM Linux存储管理
ARM 存储管理机制；ARM Linux存储管理。 *（6）进程管理
Linux进程；Linux进程状态；Linux进程的调度；Linux进程的创建；Linux进程的执行； Linux进程的终止。
（7） Linux启动和初始化过程分析。 3．建议课时：4课时。 4.教学重点和难点：
Linux内核源代码的结构；掌握ARM Linux存储管理。 5.复习与作业要求：
画出Linux内核源代码的结构；做出ARM Linux存储管理情况分析；了解 Linux启动和初始化过程分析。
6.考核知识点：
Linux内核源代码的结构；ARM Linux存储管理情况分析；Linux启动和初始化过程。 7.辅助教学活动：
熟悉Linux内核源代码的结构，运行Linux启动和初始化过程。通过PPT讲解Linux内核源代码的结构，举例说明ARM Linux存储管理。
单元7 Linux驱动程序设计
1.教学目的和要求：
掌握Linux驱动程序编写规则；掌握Linux字符设备驱动程序结构及Linux块设备驱动程序编写；了解 Linux按键驱动程序及Linux网络设备驱动程序。
2．知识点
（1）Linux驱动程序
用户态与内核态；Linux驱动程序结构；设备文件与设备文件系统。 （2）Linux字符设备驱动程序结构。 （3）嵌入式平台上LED的Linux驱动程序
系统硬件平台组成原理；Linux LED驱动程序的实现；双色LED驱动程序的测试。 （4）Linux按键驱动程序
系统硬件平台组成原理；Linux系统中断分析；Linux按键驱动程序的实现；Linux按键驱动程序的测试。
（5）Linux块设备驱动程序
系统硬件平台组成原理；Linux MTD驱动程序体系结构；TECHPXA270开发平台上的NAND Flash驱动程序。
（6） Linux网络设备驱动程序简介
网络驱动程序的层次；网络设备的初始化；网络数据包的发送和接收；网络设备的内核加载； 网络设备的模块加载。
3．建议课时：4课时。 4.教学重点和难点：
Linux驱动程序编写规则；Linux字符设备驱动程序结构及Linux块设备驱动程序编写。 5.复习与作业要求：写出Linux驱动程序编写规则；评价Linux字符设备驱动程序结构及Linux块设备驱动程序编写的异同；了解 Linux按键驱动程序及Linux网络设备驱动程序。
6.考核知识点：
Linux驱动程序编写；Linux字符设备驱动程序结构及Linux块设备驱动程序编写。 7.辅助教学活动：
熟悉Linux驱动程序编写，运行Linux按键驱动程序。通过PPT讲解驱动程序编写过程，举例说明Linux按键驱动程序编程。
单元8 嵌入式图形界面设计
1.教学目的和要求：
掌握Linux GUI基础；掌握Qt/Embedded应用程序基础；了解 Qt/Embedded的安装及编译环境的建立。
2．知识点
（1）嵌入式GUI简介
GUI历史；GUI现状 （2）Linux GUI基础
X Window结构；Framebuffer。 （3）Qt/Embedded的主要特征
（4）Qt/Embedded的安装及编译环境的建立 （5）Qt/Embedded应用程序基础
Qt/Embedded应用程序的运行；Qt/Embedded应用程序的显示；Hello，Qt/Embedded！应用程序；Qt/Embedded应用程序的中文化。
（6） 信号与插槽机制。
*（7） Qt Designer简介及部件布局管理。 *（8） 实战练习。
*（9） Qt/Embedded应用程序开发快速索引。 3．建议课时：2课时。 4.教学重点和难点：
Linux GUI基础；Qt/Embedded应用程序基础。
5.复习与作业要求：写出Linux GUI基本特征；画出Qt/Embedded应用程序编写流程。 6.考核知识点：Linux GUI基本特征；Qt/Embedded应用程序编写流程。
7.辅助教学活动：熟悉Qt/Embedded应用程序编写流程，运行Linux GUI程序。通过PPT讲解Qt/Embedded及 Qt/Embedded的安装及编译环境的建立。
注：带*号的为学生自学内容或者选学内容。
三、实验大纲
本课程总学时中包含实验教学环节，形式为学生在实验室完成实验内容。
1、实验目的和内容
结合课程教学重点和学生能力培养要求，规划四个基本实验： （1）实验一： ADS的按装与使用。
实验目的：学习ADS的安装步骤和配置方法，掌握应用技巧。
实验内容：学生安装ADS编译软件，按照步骤配置运行环境，并建立工程编制程序，完成编辑、编译、仿真及结论说明。
（2）实验二：PGIO口的输入\\输出
实验目的：学习ARM内部PGIO的初始化设置和输出输入的驱动方法。 实验内容 掌握端口的配置、定义、功能分配，完成键盘的输入和方波的输出。 （3）实验三： LED数码管的驱动实验
实验目的：学会相关端口的配置，学习LED点亮的方式及驱动程序编写。
实验内容：掌握端口的配置、定义、功能分配，完成LED灯的跑马灯实验，依次点亮各个发光管。
（4）实验四：定时器的应用
实验目的：学会定时器的配置过程和方法，学习定时器的编程及使用方法。
实验内容：掌握定时器的配置、功能特点，通过定时器编程，完成定时程序编写和对输入脉冲的计数统计。
（5）实验五：linux下shell编程
实验目的：学习SHELL下的常用命令及编程方式。
实验内容：学会SHELL下各个常用命令，编程规则和特点，完成VI编辑和程序的编写，并实现编译仿真。
（6）实验六：Linux下hello实验
实验目的：学习SHELL下的常用命令及hello 输出指令的编写。
实验内容：掌握SHELL下的编程规则和方法，编写hello程序，并在显示屏上显示hello字母。
2、实验要求
（1）课前准备：学生仔细研读实验指导书，规划准备实验内容，设计实验数据记录表，对相关知识进行预习和准备。 （2）实验过程：按照实验指导书要求，分组或独立设计并完整实验内容，对于分组合作完成的内容，需要小组成员配合进行环境配置并协调验证。
（3）实验报告：每个实验按照实验指导书要求，撰写实验报告，实验报告应该包括实验目的、实验内容、实验方法、实验数据及分析，以及实验总结等内容。
四、课程教学的特色说明
可对下述有关情况做出说明： 1．本课程自学内容及要求 自学内容：显示接口，USB接口，多媒体接口概述，快速捕获接口，进程管理，Qt Designer简介及部件布局管理，实战练习，Qt/Embedded应用程序开发快速索引。 2．课内习题课的安排及学时
课内安排适当的习题课及时对所学知识进行复习: 4个学时。 3．利用现代化教学手段内容及学时
经常利用多媒体技术，结合本课特点，对所学内容进行编程实战及电路仿真，使教学效果更好。
4．对学生能力培养的要求
要求学生达到学以致用，理论结合实践。增强实际操作能力，注重创新性能力的培养。
五、考核大纲
1．考试的目的与作用
《嵌入式系统》课程是电子信息科学与技术系电子电气类专业的一门面向应用的专业技术课。嵌入式系统介绍了ARM的基本知识和嵌入式技术的应用，其内容与工程实际紧密联系，实用性很强，是一门在理论指导下, 偏重于实际应用的课程。本课程具有实用性强、理论和实践结合、软硬件结合等特点。本课程围绕使用较为广泛的ARM 32位系列为例进行学习。本课程已成为理、工科电子类专业的一门专业课程，它体现了电子系统设计的方法和硬件结构的变化。通过该课程的学习，要求学生掌握ARM的工作原理、编程技术，掌握ARM应用系统的扩展方法和实际应用。
2．考核内容与考核目标
考核的重点：ARM的结构和工作原理，嵌入式的寻址方式、指令系统和汇编语言程序设计，嵌入式操作系统、中断系统的结构、工作原理和应用，定时器串行口的结构、工作原理和应用。嵌入式的扩展等。要求学生掌握。其它作为了解。
3．主要参考书
《嵌入式系统设计》．(美）瓦伊德, (美）吉瓦尔吉斯著.骆丽 译．电子工业出版社, 2004年
《嵌入式系统设计与应用开发》．郑灵翔等编写．北京航空航天大学出版社,2006年 《嵌入式系统原理、设计与应用》．张大波编写．机械工业出版社.2004年 《嵌入式LINUX实训教材》．徐成等编写.人民邮电出版社.2010年 4．课程考试内容与教材的关系
考试内容紧扣教材的知识点，考试试题根据教学大纲，其范围和难度按照本方案中制订的考试考核内容和要求确定。适当加有应用、设计及分析题。
分章节的考核知识点 参见：教学内容及基本要求。 6．课程考核
考核方式：平时考核（含实验考核、作业、课堂提问及考勤等）与期末考试（闭卷考试）相结合。 作业考核：教师评判作业并根据作业内容的正确性、作业完成得认真及规范性给出评定成绩。
课堂考核：教师随堂提问，根据课堂提问及学生回答问题情况对学生给出评定成绩。 考勤考核：教师对学生到课通过点名等方式进行考核，根据学生到课情况给出评定成绩。 期末考试：期末考试题目基本类型包括：论文、大作业等灵活的考试形式。每次考试可以根据实际需求选择考试题目类型。考试时间为课程结束后的第二周考试。
综合成绩评定：期末考试成绩占综合成绩70%、实验成绩占10%，平时成绩（作业、考勤和课堂考核等）占20%。
六、课程教材和主要参考资料
1.嵌入式系统原理与应用---基于XScale与Linux．石秀民．北京: 北京航空航天大学出版社, 2007.2．ARM嵌入式系统入门．三恒星科技编著．北京: 中国电力出版社.2008.3．ARM嵌入式Linux系统开发技术详解．杨水清等编著．北京: 电子工业出版社.2008.4.孙秋野.ARM嵌入式系统开发典型模块, 北京: 人民邮电出版社.2007.
制定（修订）人：金广锋
审核人： 杨卫东
批准人：张浩军 制定（修订）时间：2012.12
审核时间： 2013.02
批准时间：2013.02
