《嵌入式系统概论》教学大纲

课程名称：	嵌入式系统概论
课程编号：	420306
适用专业：	网络工程
课程类别：	物联网工程方向限选课
课程学分：	3
总学时：	54
其中：理论学时	38
实验学时	16
先修课程：	数字电路、模拟电路、操作系统，C语言，汇编语言

一、课程的性质、目的与任务

本课程使用于计算机类专业，是网络工程专业的物联网方向的限先课。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式处理器Arm体系结构，包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块、掌握ARM指令集和Thumb指令集；掌握ARM汇编语言和C语言编程方法；了解基于ARM的开发调试方法，以及在嵌入式Linux下的开发应用方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。

通过本课程的学习，要求学生达到:

1．使学生理解嵌入式系统的基本概念、基本原理和基本应用方法；

2、掌握嵌入式系统涉及开发的全过程，包括：嵌入式系统与单片机，嵌入式的操作系统，主流的嵌入式芯片ARM9的基本结构，嵌入式系统开发的一般方法，嵌入式的ARM汇编。

3、掌握嵌入式linux操作系统的开发方法，嵌入式系统与外部设备接口控制的方法。

4．训练学生运用所学基础知识解决实际问题的能力，同时要求拓宽专业知识面。

二、课程教学基本内容与要求

第一章 嵌入式系统概述

（一）基本教学内容

1.1 嵌入式系统的概念

1.2 嵌入式系统的发展现状与发展趋势

1.3 需要注意的行业标准与相关学科

1.4 嵌入式系统基本要素

（二）基本要求

教学目的：了解嵌入式系统的相关概念，嵌入式系统的分类，区别嵌入式系统与PC系统的区别与联系，掌握嵌入式系统设计模式。

教学重点：不同嵌入式处理器的性能和使用差别。

教学难点：不同嵌入式处理器的性能和使用差别。

第二章 ARM处理器基础

（一）基本教学内容

2.1 ARM处理器的特点和应用领域

2.2 数据类型和存储器组织

2.3 ARM寄存器的组织

2.4 ARM内核和SoC

2.5 ARM硬件的启动过程

2.6 ARM JTAG调试接口

（二）基本要求

教学目的：了解ARM的数据类型和基本存储器构造，理解ARM内核的数据模型和处理器运行模式及其相关概念。深入理解ARM各个处理器模式的使用和异同，掌握流水设计对芯片性能提升和影响。

教学重点：ARM各个处理器模式的使用，ARM体系结构。

教学难点：流水和标量设计。

第三章 ARM汇编程序设计

（一）基本教学内容

3.1 ARM的各种常用指令及其功能

3.2 ARM汇编器支持的各个伪指令

3.3 ARM汇编语言的语句格式

3.4 程序结构和基本的ARM汇编程序设计

（二）基本要求

教学目的：掌握ARM常用指令的使用，掌握ARM汇编程序。

教学重点：ARM指令的使用

教学难点：C和ARM的相互嵌入使用

第四章 ARM处理器的结构和特性

（一）基本教学内容

4.1 封转与引脚

4.2 低功耗与时钟电源管理

4.3 复位管理和电压管理

4.4 外部存储器接口，显示接口，USB接口，多媒体接口，快速捕获接口

（二）基本要求

教学目的：熟练掌握时钟与电源管理。

教学重点：各个I/O接口的原理和使用，接口电路和编写程序使用接口完成数据传输功能。

教学难点：各个I/O接口的原理和使用。

第五章 嵌入式软件设计

（一）基本教学内容

5.1 交叉编译的概念

5.2 引导加载程序

5.3 Linux内核移植

5.4 文件系统

（二）基本要求

教学目的：掌握如何建立交叉编译环境，如何裁剪内核和移植Linux操作系统。理解Bootloader原理和启动流程，文件系统基本概念。能独立实现一个基本内核移植和引导加载程序的移植。

教学重点：交叉编译的概念和使用；嵌入式系统环境的搭建。

教学难点：交叉编译的概念和使用。

第六章 实时操作系统

（一）基本教学内容

6.1 实时系统概念

6.2 实时系统可重入性

6.3 任务调度

6.4 任务优先级

（二）基本要求

教学目的：熟练掌握前后台系统原理，理解代码的临界段，资源，共享资源。掌握任务优先级和任务的调度算法。

教学重点：优先级位图调度。

教学难点：抢占式内核和抢占式调度。

第七章 嵌入式Linux驱动程序设计

（一）基本教学内容

7.1 Linux驱动程序结构

7.2 设备文件和设备文件系统

7.3 LED的驱动程序设计

7.4 Linux块设备驱动程序

7.5 Linux网络设备驱动程序

（二）基本要求

教学目的：熟练掌握Linux设备驱动程序的结构和各种常用驱动程序函数的使用。掌握设备驱动程序的设计实现。理解Linux下面文件概念和设备驱动程序的层次结构。

教学重点：驱动程序的编写和实现。

教学难点：驱动程序的编写和实现。

第八章 UCOS内核分析

（一）基本教学内容

8.1 UCOS任务管理功能

8.2 系统时间管理的功能

8.3 任务之间的通讯与同步

8.4 内存管理

（二）基本要求

教学目的：熟练掌握任务与进程、线程的区别、时间管理的功能、数据共享和任务通讯的方法。掌握UCOS如何实现多任务调度、与时钟节拍有关的系统服务、内存控制块、建立一个内存分区。

教学重点：存储管理机制。

教学难点：存储管理机制。

第九章 嵌入式图形界面编程

（一）基本教学内容

8.1 QT/E程序设计方法

8.2 常用的嵌入式GUI程序设计工具和使用

8.3 信号槽

（二）基本要求

教学目的：掌握信号和槽机制，QT基本的类和对象，使用Qt Designer设计部件布局和管理。理解QT程序如何移植到目标板，环境变量设置。能独立设计一个嵌入式GUI程序并移植到开发板上。

教学重点：信号槽机制，嵌入式GUI程序。

教学难点：信号槽机制。

三、课程各章节学时分配

四、本课程课外学习与修学指导

由于该课程涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容复杂，难度较大，且具有很强的实践性，所以要学好本课程，必须做到理论与实践紧密结合，才能达到较好的学习效果。要求学生多参阅相关书籍，多做练习，多上机实验，掌握操作系统的基本原理、主要算法及其实现过程。

五、本课程考核方式及成绩评定标准

考核方式：闭卷考试

成绩评定方法：本课程的考核是平时成绩、实验成绩和期终考试成绩相结合。具体比例为：上课出勤、作业占20%，实验占20%，期末考试成绩占60%。

其中期未考试总分100分，基础题占50%，中等难度题占40%，较难题占10%。考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、算法题、分析题、综合应用题等。

六、教材及参考书

教材：《ARM9嵌入式系统设计与开发教程》，于明.电子工业出版社.2006年

主要参考书：

[1]《ARM嵌入式处理器结构与应用基础》，马忠梅，马广云著航天大学出版社，2008年

[2]《ARM嵌入式技术及Linux高级实践教程》，秦贵和，徐华中，王磊著，陈向群、马洪兵译，北航出版社，2005年

[3] 《嵌入式开发圣经》（第二版），探矽工作室者，中国铁道出版杜

大纲撰写人：李 芳

大纲审阅人：罗如为

教学副主任：易叶青

编写日期：2012.6