电子信息工程专业嵌入式教学改革尝试

1、电子信息工程专业嵌入式教学改革尝试分类号： G420 文献标识码： B1 引言 嵌入式系统是指以嵌入式处理器和嵌入式操作系统为核心 组成的专用计算机系统，通常具有高性能、低功耗、可移动、软 硬件可裁减等特征。 电子信息工程专业是一个电子和信息工程方 面的较宽口径专业， 专业主干学科为电子科学与技术、 信息与通 信工程和计算机科学与技术。 该专业涉及的各学科一直保持快速 发展的势头， 并在一定程度上出现了相互融合的趋势， 最有代表 性的是通信与网络技术、嵌入式技术、信号处理技术、微电子技 术的快速发展和相互渗透，以嵌入式系统作为上述技术的载体。 从计算机科学与技术的角度看，嵌入式技术是后PC时代

2、计算机技术发展的一个重要方向， 嵌入式系统作为重要的计算机软硬件 平台，将应用到越来越广泛的领域； 从信息与通信工程的角度看， 以嵌入式系统平台来实现信号处理、 网络通信、 移动计算等是一 个非常有前途的技术应用方向； 从电子科学与技术的角度看， 嵌 入式系统综合运用了电子技术， 还集成了软件技术， 并向可编程 片上系统（SoPC）和片上系统（SoC）方向发展。总之，将嵌入式系 统作为电子信息技术的综合载体是信息技术发展的趋势之一， 因 此在电子信息工程专业进行嵌入式教学改革是十分必要的。2 专业培养计划修订按照教育部本科专业目录和专业介绍， 电子信息工程专业学 生主要学习信号的获取与处理、

3、电子设备与信息系统等方面的专 业知识，受到电子与信息工程实践的基本训练， 具备设计、 开发、 应用和集成电子设备和信息系统的基本能力 1 。由于电子信息 工程专业具有宽口径的特征， 各高校结合自身的办学条件和办学 经验，在基本要求是相同的前提下，形成了各自的专业特色，如 有的侧重现代电子技术， 有的侧重通信技术， 也有侧重信号处理 等。笔者所在学院电子信息工程专业定位如下： 以电子技术基本 理论和基本技能为基础， 以信号和信息处理理论为指导， 以计算 机硬件和软件系统为平台， 以通信、 网络及多媒体信号处理为应 用领域， 既强调基本理论和基本知识的学习， 又注重锻炼实践和 创新能力， 同时要了

4、解技术和应用的新动向。 具体设计专业培养 计划过程中，根据培养目标及特色定位， 确定本专业的知识架构， 并以此为线索设计整个课程体系， 使各门课程之间相互衔接， 具 有系统性和连贯性， 在强调基础理论的同时， 要求课程内容不断 与技术发展和社会应用需求相适应。嵌入式技术与电子信息工程专业主干学科密切相关， 国内不 少高校纷纷在本专业开设嵌入式相关课程， 也有人提出了一些具 体想法 2 。按照上述电子信息工程专业特色定位，其专业培养 计划只需做较少的修改， 即可满足嵌入式教学需要， 主要是适当 加强软件课程教学，并增加以嵌入式系统为载体的专业综合课 程。具体方案是， 将开设的“计算机软件基础”课

5、程分解为“数 据结构与算法”和“操作系统”两门专业基础课， 将“计算机软 件基础”课程中涉及到的数据库知识通过增设选修课程“数据 库原理与应用”供部分对数据库感兴趣的同学选修；然后在第 7 学期增设“嵌入式信息系统”课程及课程设计， 主要目标是综合 运用嵌入式系统、网络通信、信号处理知识，软硬件一体化，理 论与算法相结合。经修改后本专业主要课程可分为以下几类：(1) 公共基础课，包括两课、数学、英语、体育等；(2) 电子技术基础课程，包括电路分析、模拟电子技术、数 字电路与逻辑设计；(3) 通信与网络技术课程， 包括电磁场与电磁波、 高频电子 线路、通信原理、计算机通信网络；(4) 信号与信息

6、处理课程， 包括信号与系统、 信息论与编码、 数字信号处理、数字图像处理；(5) 计算机硬件技术课程， 包括微机原理与接口技术、 单片 机原理与应用；(6) 计算机软件技术课程，包括C语言程序设计、数据结构 与算法、操作系统；(7) 专业综合课程，包括信息系统集成、嵌入式信息系统。3 实验室和课程建设 嵌入式技术适用于多个本科专业教学，如计算机科学与技术、电子科学与技术、通信工程、电子信息工程、自动化等电气信息类专业。 由于专业培养目标不同， 相应的实验室建设思路也 不一样， 例如对自动化专业而言， 就应考虑以嵌入式处理器加上 实时操作系统(RTOS)为重点来建设实验室。对于电子信息工程专 业

7、来说， 首先依据专业培养计划要求， 确定实验室的技术方向和 远期发展目标， 进而确定具体建设方案。 实际工作中结合自身办 学条件和专业特色， 建设了“嵌入式网络系统实验室”， 其技术 定位是将嵌入式技术和计算机网络技术相结合， 以信号与信息处 理理论为支撑，以网络、通信和多媒体信号处理为应用领域，通 过实践培养综合运用电子信息技术的人才。构成嵌入式系统的核心是嵌入式处理器和嵌入式操作系统。可以作为嵌入式处理器的通常有微处理器(MPU)微控制器(MCU)数字信号处理器(DSP)和片上系统芯片等；而嵌入式操作 系统可选范围也很大，主要包括众多的实时操作系统、 Windows CE系列和Linux系

8、列操作系统等。对于强调网络和多媒体信号 处理应用的电子信息工程专业来说，通常应选择具有DSP加速功能的嵌入式处理器， 同时要求嵌入式操作系统充分支持各种网络 协议和应用。实际选择了开放的高性能 32 位精简指令集处理器 ARM(Advaneed RISC Machines)为硬件平台，以开放源代码的 Linux 为操作系统平台。ARM处理器具有高性能、低功耗、低成本的特征，ARM公司自己不生产芯片， 而将其设计的芯片知识产权授权给包括 Intel 、 Motorola 、 Philips 、 TI 等著名公司在内的众多半导体厂家生产 基于ARM的芯片，现在ARMS经成为移动通信、手持计算、多媒

9、体数字消费等嵌入式应用的 RISC标准。另外ARM的E变种具有DSP增强功能，可以加速移动媒体处理性能，适用于多媒体信号 处理应用。同时，其它一些厂家也相继推出了片内集成DSP功能的ARM处理器，女口 Intel公司的PXA270处理器和TI公司的 DaVi nci处理器。PXA270是 In tel公司的Xscale系列处理器之 一，基于 ARMv5T设计。在DSP功能扩展方面，ARMv5TEH入了 16 位有符号数乘累加指令、饱和运算指令、零计数指令等。为 了进一步强化媒体处理功能，PXA270集成了无线MMX(WirelessMMXWMMX)元，具有In tel桌面处理器MMX技术全部功能和流 SIMD扩展(Stream SIMDExtensions，SSE)技术的整数部分功能， 通过WMM指令提供高性能、低功耗的多媒体加速功能。而Davinci处理器，即 TMS320DM644X片内集成了 ARM