《嵌入式系统开发》课程教学大纲

《嵌入式系统开发》教学大纲一、课程基本信息课程名称嵌入式系统开发EmbeddedSystemDevelopment课程编码CST410321030开课院部计算机科学与技术学院课程团队硬件技术基础课程教学团队学分3.0课内学时56讲授32实验24上机0实践0课外学时0适用专业物联网工程授课语言中文先修课程程序设计（C/C++）、数据结构与算法、计算机操作系统、数字逻辑电路课程简介（限选）《嵌入式系统开发》是物联网工程专业的一门专业技术课程，该课程具有实用性强、软硬件结合的特点。课程基于32位ARM处理器和开源的嵌入式LINUX、国产LiteOS操作系统，着重介绍了嵌入式系统的应用开发过程以及嵌入式系统软件设计开发方法；具体内容包括三大部分：嵌入式基础与平台构建、驱动与应用软件开发、综合应用案例与解决方案剖析。课程讲述国产LiteOS、Linux下软件开发和调试的一般方法，系统应用软件设计、分析和实现方法及过程；其中以内核驱动开发方法、GUI开发、网络开发和视频监控综合案例剖析为重点，强化学生嵌入式平台软件与常规软件开发的工程思维，并通过相关的实验，为后续课程如《嵌入式系统实习》，培养扎实的软件实现能力，同时为真正的嵌入式产品开发提供一定的工程思考与解决问题的能力。通过本课程的学习，学生应掌握嵌入式系统体系结构以及嵌入式系统软硬件开发方法和常见应用软件的开发与调试能力，培养精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使用担当。"EmbeddedSystemDevelopment"isaprofessionalandtechnicalcourseforInternetofThingsengineeringspecialty,whichhasthecharacteristicsofstrongpracticabilityandcombinationofsoftwareandhardware.Thecourseisbasedon32-bitARMprocessor,opensourceembeddedLINUXanddomesticLiteOSOperatingsystem,andfocusesontheapplicationdevelopmentprocessofembeddedsystemandthedesignanddevelopmentmethodofembeddedsystemsoftware.Thespecificcontentincludesthreeparts:embeddedFoundationandplatformconstruction,driverandapplicationsoftwaredevelopment,comprehensiveapplicationcasesandsolutionanalysis.ThecoursedescribesthegeneralmethodsofsoftwaredevelopmentanddebuggingunderdomesticLiteOSandLinux,andthemethodsandprocessesofsystemapplicationsoftwaredesign,analysisandimplementation.Amongthem,thedevelopmentmethodofinternalcoreDrive,GUIdevelopment,focusonnetworkdevelopmentandvideosurveillancecomprehensivecaseanalysis,strengthenstudents'engineeringthinkingofembeddedplatformsoftwareandconventionalsoftwaredevelopment,andthroughrelevantexperiments,forsubsequentcoursessuchas"embeddedsystemPractice",cultivatesolidsoftwareimplementationability,andatthesametimeprovidecertainengineeringthinkingandproblemsolvingabilityforrealembeddedproductdevelopment.Throughthestudyofthiscourse,studentsshouldmastertheembeddedsystemarchitecture,thedevelopmentmethodofembeddedsystemsoftwareandhardwareandthedevelopmentanddebuggingabilityofcommonapplicationsoftware,andcultivatethespiritofgreatpowercraftsmenwhokeepimproving,tostimulatestudents'senseoffamilyandcountryandtheiruseofscienceandtechnology.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：掌握嵌入式系统平台的构建与设计能力是2M2目标2：嵌入式应用软件的设计分析和实现能力是3M3目标3：内核与驱动编程，软件移植，GUI与通信应用开发是4M4目标4：掌握嵌入式综合案例的模块剖析与验证能力是三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章嵌入式基础本章重点难点：1.嵌入式系统的概念和特点2.嵌入式系统硬件设计开发基础3.嵌入式系统软件设计开发基础4.嵌入式系统开发设计的流程与方法论。////21.11.1嵌入式系统的概念与特点嵌入式系统的概念与特点；软硬件可定制；嵌入式系统与PC、单片机的联系与区别。M11讲授//31.21.2嵌入式系统硬件设计开发基础CPU选型；ARM外围接口设计，嵌入式系统的硬件组成要素；硬件设计的开发步骤与注意点。M11讲授、讨论//41.31.3嵌入式系统软件设计开发基础嵌入式系统的操作系统选型；基于ARM的最小系统；嵌入式Linux系统开发环境的架构与构建。M10.5讲授//51.41.4嵌入式系统开发设计的流程与方法论嵌入式系统的抽象架构；实时软件分析设计方法DARTS；嵌入式系统的开发流程和内容，嵌入式性能与设计模式；嵌入式Linux系统的程序调试与部署。M10.5讲授//6第二章第二章ARM与Linux基础本章重点难点：1.ARM概述，包括ARM的历史和现状，以及体系结构和指令集；2.Linux系统使用，即Linux的相关基础知识；3.LinuxC程序设计基础与多线程编程。////72.12.1ARM概述ARM的历史与现状、体系结构和指令集。M10讲授//82.22.2Linux系统使用Linux的使用基础、Vi、LinuxShell编程。M10讲授、讨论//92.32.3LinuxC程序设计基础与多线程库LinuxC程序设计基础、静态动态库、多线程库、生产者消费者协议。M21讲授//10第三章第三章嵌入式linux内核、文件系统与存储本章重点难点：1.Linux操作系统内核定制、裁剪和添加；2.嵌入式BootLoader技术；3.文件系统的构建。////113.13.1linux内核定制、裁剪和添加内核概述、配置文件与工具、编译命令与定制过程、版本异同点。M2,M32讲授//123.23.2嵌入式BootLoader技术BootLoader概述、uboot、uboot的移植与启动。M31讲授//133.33.3文件系统的构建文件系统概述、BusyBox的移植与启动。M31讲授、讨论//14第四章第四章嵌入式Linux的接口设计与驱动程序本章重点与难点：虚拟驱动程序的框架基础上，阐述了AD、LED、触摸屏、FrameBuffer、视频设备和音频设备多个硬件的驱动程序和相关测试程序。////154.14.1驱动程序设计基础Linux驱动程序框架、开发驱动程序的方法、静态与动态设备号、设备文件系统、等待队列、锁、中断、阻塞型IO。M32讲授//164.24.2AD接口驱动程序AD转换器有关参数、AD转换装置、控制与数据寄存器。M31讲授//174.34.3键盘驱动程序键盘的工作原理、相关寄存器、程序实现。M31讲授//184.44.4触摸屏接口设计与驱动触摸屏的工作原理、触摸屏驱动芯片ADS7843、S3C2410芯片的触摸屏相关配置寄存器。M31讲授、讨论//194.54.5显示接口与Linux帧缓冲FrameBuffer机制、主要接口函数、五子棋和彩虹桥的实现。M30.5讲授//204.64.6V4L与OSS程序设计V4L设备的体系结构、OSS设备的体系结构、驱动分析、相关程序案例。M30.5讲授//21第五章第五章嵌入式软件移植本章重点与难点：嵌入式Web服务器goahead、嵌入式数据库sqlite、嵌入式媒体播放器mplayer、JVMphoneme、Web服务gsoap、Web浏览器konqueror的移植与应用过程。////225.15.1嵌入式WebServerGoAhead的移植与应用嵌入式Web服务器、GoAhead在ARM上的移植、操作流程。M30讲授//235.25.2嵌入式WebServicegSOAP的移植与应用gSOAP裁剪、gSOAP应用流程与案例。M30.5讲授//245.35.3嵌入式数据库SQLite的移植与使用嵌入式数据库、SQLite的移植与使用。M30.5讲授、讨论//255.45.4播放器Mplayer的移植Mplayer的移植与使用。M30讲授、讨论//265.55.5J2ME——phoneMe的移植phoneME的移植与使用。M30.5讲授//275.65.6音视频编码FFmpeg移植FFmpeg的移植与使用。M30.5讲授、讨论//285.75.7开源软件移植的一般过程软件移植的概念、软件移植一般流程与注意点、opencv与tinyxml移植与应用。M31讲授、讨论//29第六章第六章嵌入式Linux图形用户接口本章重点与难点：首先简单介绍了嵌入式GUI的相关内容；之后以Qt4为例详细介绍了有关其移植和编程操作；最后详细介绍了基于Qt4为基础的Qt/E4平台的有关移植和编程操作。////306.16.1嵌入式GUI嵌入式GUI特点与种类M31讲授//316.26.2嵌入式GUI——Qt4Qt与Qt/Embedded、Qt执行过程与插槽机制、QtDesigner。M31讲授//326.36.3Qt/E4Qt/E4的功能、Qt/E4编程流程与实例。M32讲授、讨论//33第七章第七章嵌入式linux通信应用本章重点与难点：串口通信、网络通信、蓝牙通信、CAN总线通信以及GPS和GPRS通信。////347.17.1嵌入式Linux下的串口通信串口编程流程与应用实例。M30.5讲授//357.27.2嵌入式Linux网络编程网络通信、Socket、网络编程实例。M30.5讲授//367.37.3嵌入式蓝牙技术的实现蓝牙体系结构、蓝牙通信网络、LinuxBluetooth软件层、BLE4协议介绍。M30讲授//377.47.4CAN总线实验CAN硬件特征、CAN控制器驱动、应用与举例。M30.5讲授//387.57.5GPS和GPRS的应用GPS与GPRS原理、GPS与GPRS的应用实例。M30.5讲授//39第八章第八章LiteOS开发与综合案例本章重点与难点：LiteOS内核开发，综合应用案例。////408.18.1LiteOS内核与外设LiteOS内核应用开发、LiteOS外设驱动移植与操作M30.5讲授//418.28.2Lite0S端到云开发LiteOSIoTlink与AT框架、LiteOSSocket与数据通信M30.5讲授、讨论//428.38.3多协议环境智能检测控制系统Oceanconnect、LPWAM30.5讲授//438.48.4以数字资产模型为核心驱动的智慧楼宇系统智慧楼宇、数字资产M3,M40.5讲授//44第九章第九章实时MobileLinux与基于通用树莓派嵌入式应用本章重点与难点：MobileLinux系统的构建要素和Limo。////459.19.1MobileLinux系统的构建要素与过程PXA310、构建流程与注意事项、Limo软件体系结构。M3,M41讲授//469.29.2通用树莓派嵌入式应用解决方案树莓派软硬件资源、应用场景与解决方案。M3,M41讲授、讨论//479.39.3嵌入式应用程序设计与优化软硬件选型对性能的影响、软硬件协同设计方法。M3,M42讲授//48第十章第十章综合案例本章重点与难点：提供一个设计思路，让学生理解与掌握如何根据现有的嵌入式环境开发实际项目，从而提升嵌入式linux系统应用设计与开发能力。////4910.110.1系统概述系统结构与功能、软硬件环境。M41讲授、讨论//5010.210.2系统设计总体方案、无线传感器节点、远程测控终端RTU。M41讲授//5110.310.3系统实现节点硬件设计、RTU软件设计、监控中心软件设计M41讲授//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置2-3道题目，平均每次课1道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对嵌入式系统开发基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。15%2实验1.本课程24个学时实验，共七次实验。2.成绩采用百分制，根据实验完成情况评分。3.考核学生嵌入式系统开发能力，能对相关实验进行验证，在此基础上能独立分析和设计实际嵌入式系统。15%3课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况5%4期末设计报告1.考试采用大作业形式，由3-4名同学选择一个课题，自己设计，自己编程、调试。既测试学生对本门课程基础知识的掌握情况，又测试学生的实际动手能力与团队合作精神。2.评分依据通过小组最后提交的报告和代码体现，具体标准包括（1）选定题目的功能划分与实现情况（2）报告每一部分的内容完整性和特色（3）学生在本组中的工作量。65%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业50%A-按时提交作业，对嵌入式系统平台的构建与设计能力知识点理解无误。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2M1实验50%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。C-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成实验，实验报告不规范。3M2平时作业40%A-按时提交作业，对嵌入式系统应用中的软硬件知识理解无误，系统设计合理可行，总结报告完整规范。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误，系统设计基本合理可行，总结报告比较完整规范。C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误，系统设计不甚合理，总结报告不够完整规范。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误，系统设计不合理，总结报告不完整规范。4M2实验60%A-按时提交实验报告，程序设计分析正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。C-按时提交实验报告，程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成实验，实验报告不规范。5M3平时作业50%A-按时提交作业，对内核与驱动编程，软件移植，GUI与通信应用开发知识理解无误，系统设计合理可行，总结报告完整规范。B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误，系统设计基本合理可行，总结报告比较完整规范。C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误，系统设计不甚合理，总结报告不够完整规范。D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误，系统设计不合理，总结报告不完整规范。6M3实验50%A-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，电路图及程序设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。C-按时提交实验报告，电路图及程序设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，电路图及程序设计错误，实验过程不熟练，不能独立完成实验，实验报告不规范。7M4实验20%A-按时提交实验报告，案例程序模块设计分析正确，实验过程熟练，实验结论无误，实验报告规范。B-按时提交实验报告，案例程序模块设计正确，实验过程基本熟练，实验结论无误，实验报告基本规范。C-按时提交实验报告，案例程序模块设计有少量错误，实验过程不太熟练，不能全部完成实验，实验报告不太规范。D-发生安全事故，或不能按时提交实验报告，案例程序模块