嵌入式Linux系统原理与应用 教案全套-教学设计（含课程思政） 第1-9章 嵌入式系统概述-嵌入式Linux高级编程

PAGE11PAGE授课教案课程名称：嵌入式Linux系统原理与应用总学时：总学分：课程类别：任课教师：单位：职称：授课专业：授课班级：学年第学期

课题第1章.嵌入式系统概述学时4教学目标与要求掌握嵌入式系统的发展与组成、特点与应用掌握嵌入式微处理器的特点、分类和常见嵌入式微处理器的基本参数。掌握嵌入式操作系统的定义、特点和常见嵌入式操作系统的基本特点。了解对嵌入式系统的应用领域和发展趋势。重点掌握嵌入式微处理器的特点、分类和常见嵌入式微处理器的基本参数。掌握嵌入式操作系统的定义、特点和常见嵌入式操作系统的基本特点。难点嵌入式微处理器的分类常见嵌入式操作系统的基本特点教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第2章.ARM处理器体系结构学时8教学目标与要求1、掌握ARM处理器的组成；2、掌握ARM处理器的系列体系结构；3、了解ARM处理器的主要产品4、掌握ARM处理器的数据类型和数据宽度。5、掌握ARM处理器的寄存器组织6、掌握ARM处理器的运行状态和处理器模式7、掌握ARM处理器的存储器管理体系8、掌握ARM处理器的异常处理方法和流程重点掌握ARM处理器的系列体系结构；掌握ARM处理器的寄存器组织；掌握ARM处理器的运行状态和处理器模式掌握ARM处理器的存储器管理体系掌握ARM处理器的异常处理方法和流程难点1、掌握ARM处理器的存储器管理体系2、掌握ARM处理器的异常处理方法和流程教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、详细说明ARM处理器的系列体系结构；3、课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第3章Linux基础学时4教学目标与要求1、掌握Linux的基本概念、功能与分类；2、掌握Linux的发行版本知识；3、掌握Linux文件管理的基本知识和使用方法4、掌握Linux目录的概念和使用方法。5、掌握Linux文件权限概念和使用方法；6、掌握Linux环境变量基本概念；7、掌握Linuxapt和yum命令；重点1、掌握Linux文件管理的基本知识和使用方法2、掌握Linux目录的概念和使用方法。3、掌握Linux文件权限概念和使用方法；4、掌握Linux环境变量基本概念；难点1、掌握Linux文件管理的基本知识和使用方法2、掌握Linux目录的概念和使用方法。3、掌握Linux文件权限概念和使用方法；4、掌握Linux环境变量基本概念；教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况3、课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第4章嵌入式Linux开发环境搭建学时4教学目标与要求1、掌握vi编辑器的使用方法；2、掌握超级终端或者minicom的使用方法；3、掌握虚拟机的配置与使用方法重点1、掌握vi编辑器的使用方法；2、掌握超级终端或者minicom的使用方法；难点1、掌握vi编辑器的使用方法；2、掌握超级终端或者minicom的使用方法；教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况3、课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第5章ARM-Linux内核学时8教学目标与要求1．掌握内核的基本概念2．熟练掌握ARM-Linux内核的概念、特点、版本定义、功能和组成3．掌握ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法4．掌握ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法5．掌握ARM-Linux内核的模块机制6．掌握ARM-Linux内核的中断管理机制重点1.ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法2．ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法3．ARM-Linux内核的模块机制4．ARM-Linux内核的中断管理机制难点1.ARM-Linux内核的进程管理体系结构和功能方法2．ARM-Linux内核的内存管理体系结构和功能方法3．ARM-Linux内核的模块机制4．ARM-Linux内核的中断管理机制教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1．幻灯片讲解基本概念与现场操作演示相结合2．课堂提问题，并记录回答问题情况思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第6章Linux文件系统学时6教学目标与要求1、掌握Linux文件系统的基本概念与主要功能；2、掌握Linux文件系统的组成与分类；3、掌握Linux文件系统的发展状况与工作原理；4、掌握EXT文件系统的概念、组成结构和体系特点。5、掌握EXT2文件系统的概念、组成结构和体系特点；6、掌握JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；7、掌握根文件系统的概念和结构；8、掌握根文件系统的制作方法。重点1、Linux文件系统的基本概念与主要功能；2、JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；3、根文件系统的概念和结构；4、根文件系统的制作方法。难点JFFS2文件系统的体系结构及主要功能；根文件系统的制作方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课；2、详细说明linux文件系统的概念、组成与分类，根文件系统的制作方法；3、课堂提问题，并记录回答问题情况。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第7章Linux系统移植及调试学时6教学目标与要求（1）使学生掌握BootLoader基本概念与典型结构。（2）使学生了解U-boot。（3）使学生掌握Linux系统移植过程。（4）使学生掌握交叉编译工具链。（5）使学生掌握gdb调试器的基本概念和使用方法。（6）使学生了解远程调试方法。（7）使学生了解内核调试方法。重点（1）BootLoader基本概念与典型结构（2）Linux系统移植过程（3）交叉编译工具链难点（1）Linux系统移植过程（2）远程调试方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；实验体会一个简单实例的操作。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第8章设备和驱动程序设计学时8教学目标与要求（1）使学生基本掌握设备驱动程序基本概念与功能。（2）使学生掌握设备驱动程序的开发框架。（3）使学生掌握字符设备驱动程序的设计框架。（4）使学生掌握设备树的概念。（5）使学生掌握网络设备驱动程序的开发框架。（6）使学生了解网络设备驱动程序的设计方法。重点（1）设备驱动程序的基本概念与典型结构（2）字符设备驱动程序的设计框架（3）网络设备驱动程序的设计框架难点（1）设备树的概念（2）网络设备驱动程序的设计框架教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；实验体会一个简单实例的操作。思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年

课题第9章嵌入式Linux高级编程学时4教学目标与要求使学生掌握嵌入式Linux下的Socket编程方法。使学生掌握Linux多线程应用程序设计（2）使学生掌握Linux下一种简单设备驱动程序的开发方法（3）使学生了解通过YoctoProject构建Linux的方法。（4）使学生了解嵌入式人工智能TensorFlowLite概念（5）使学生了解基于“ARM-Linux”的嵌入式WEB服务器设计方法（6）使学生掌握嵌入式linux中的SQLite应用方法重点使学生掌握嵌入式Linux下的Socket编程方法。使学生掌握Linux多线程应用程序设计（2）使学生掌握Linux下一种简单设备驱动程序的开发方法难点使学生掌握嵌入式Linux下的Socket编程方法。使学生掌握Linux多线程应用程序设计（2）使学生掌握Linux下一种简单设备驱动程序的开发方法教学方法与手段知识点：主要采用多媒体讲述，制作PPT课件予以说明，多采用提问等互动教学方式调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。1、多媒体使用幻灯片讲解讲稿授课2、课堂提问题，并记录回答问题情况；3、案例化教学方法思政教学：思政教学过程兼用多种教学方法，即采用隐性渗透式、课堂讨论式、启发式等教学方法，也在讲授知识的同时将德育元素和知识点渗透融合，寓德于教。同时，课程结合现代教学技术和手段，在微信、qq群等线上线下教学中施行课程思政的教学。思政教学案例请见本文档附录部分。参考资料［［1］王剑等.嵌入式系统设计与应用（第二版）（微课视频版）.北京：清华大学出版社，2020年．［2］陈文智等.嵌入式系统原理与设计［M］.北京：清华大学出版社，2019年．［3］马忠梅.ARM嵌入式微处理器体系结构［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理与系统设计机械工业出版社2018年[5]刘洪涛、邹南等ARM处理器开发详解--基于ARMCortex-A8处理器的开发设计电子工业出版社2018年[6]温淑鸿嵌入式Linux系统原理北京航空航天出版社2018年附录：思政案例分析第一章思政案例：系统观系统观是指以系统的观点看自然界。系统是自然界物质的普遍存在形式，提出了系统和要素，结构与功能等新的范畴，揭示了自然界物质系统的整体性、关联性、层次性、开放性和动态性、自组织性。系统的一般定义为：由相互联系、相互制约的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机整体。可以从以下三方面理解系统的概念。（1)系统是由若干要素（部分)组成的。这些要素可能是一些个体、元件、零件，也可能其本身就是一个系统（或称为子系统）。（2）系统有一定的结构。一个系统是其构成要素的集合，这些要素相互联系、相互制约。系统内部各要素之间相对稳定的联系方式、组织秩序及失控关系的内在表现形式，就是系统的结构。（3）系统有一定的功能。系统的功能是指系统在与外部环境的相互联系和相互作用中表现出来的性质和能力。系统观是马克思主义基本原理的重要内容，强调系统是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的、具有特定功能的有机体；要从事物的总体与全局上、从要素的联系与结合上研究事物的运动与发展，找出规律、建立秩序，实现整个系统的优化；要用开放的复杂系统的观点、用从定性到定量的综合集成方法研究问题。嵌入式系统现在已经广泛应用于各个领域的控制和自动化系统中，例如电子仪器、医疗设备、军事工业等行业。在这些领域中，嵌入式系统和软件通常发挥着关键的作用。本小节将从系统观的角度探讨嵌入式系统的设计和实现。首先，嵌入式系统的设计始终贯穿于实际应用的需求。这意味着系统设计人员必须对应用场景充分了解，从而确定系统的功能和性能需求。例如，许多嵌入式系统在设计之初就需要考虑功耗、温度、噪声等因素。另外，嵌入式系统通常需要具备实时性能，即必须在硬实时或软实时的时间限制内对传感器数据、运动控制等进行处理。因此，嵌入式系统的设计必须严格遵循这些实时性能的需求。其次，嵌入式系统需要面向硬件平台和软件平台的协同设计。嵌入式系统通常是基于特定的硬件平台构建的，因此其具体开发方法和技术也有很大不同。这些技术可以极大地提高硬件平台和软件平台的效率和稳定性，从而带来更高的系统性能和可靠性。第三，嵌入式系统的设计需要兼顾系统的可维护性。随着嵌入式系统设计的不断发展，系统规模不断增大，软件版本也不断迭代。这就要求设计人员必须在系统的调试、测试和维护方面做好充分准备，使得系统的问题能够及时进行排查和解决。在这个过程中，设计人员必须采用一些现代化的维修方法，如远程监控、升级和修复程序，以提高系统的可靠性和使用寿命。最后，嵌入式系统的设计需要注重安全性和保密性。由于嵌入式系统往往控制着重要的系统组件，例如交通、能源等等，因此这些系统的安全性和保密性至关重要。在设计过程中必须考虑系统在不可靠环境下的部署问题，确保系统能够抵御外部攻击，同时保护重要数据的安全性和保密性。综上所述，嵌入式系统设计必须遵循系统观的原则，注重实际应用需求、硬件平台和软件平台的协同设计、系统的可维护性和稳定性、安全性和保密性等方面的实际问题，从而为工程实践提供更高效、稳定、安全和可靠的技术支持。第二章思政案例：原理精神科学是发现规律，揭示事物最本质、最普遍的原理。科学不仅要回答是什么，还要回答为什么。同时，普遍性是规律的基本特征，不具有普遍性的不是规律。科学就是根据事物的普遍性去处理事物的特殊性。在理性社会，人类的行为模式已经从生产-技术-科学转向科学-技术-生产，也就是先通过科学研究，弄清事物的原理，再以科学理论指导自己的行为，这是理性社会的重要特性。通过RISC和CISC的分类即可以发现针对不同的“通用计算”和“专用计算”的目标必须采用不同的客观的原理去分析。按指令系统进行分类，嵌入式微处理器可分为精简指令集系统RISC（ReducedInstructionSetComputer）和复杂指令集系统CISC（ComplexInstructionSetComputer）两大类。精简指令集系统RISC，是计算机中央处理器的一种设计模式。这种设计思路对指令数目和寻址方式都做了精简，使其更容易实现，指令并行执行程度更好，编译器的效率更高。常用的精简指令集微处理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、、RISC-V和SPARC等。RISC结构一般具有如下特点：（1）单周期的执行。它统一用单周期指令，从根本上克服了CISC指令周期的数目有长有短造成的运行中偶发性不确定，运行失常的问题。（2）采用高效的流水线操作。指令在流水线中并行地操作，提高了处理数据和指令的速度。（3）无微代码的硬连线控制。微代码的使用会增加复杂性和每条指令的执行周期。（4）指令格式的规格化和简单化。为与流水线结构相适应且提高流水线的效率，指令的格式必须趋于简单和固定的规式。此外，尽量减少寻址方式，从而使硬件逻辑部件简化且缩短译码时间，同时也提高了机器执行效率和可靠性。（5）采用面向寄存器组的指令。RISC结构采用大量的寄存器—寄存器操作指令，使指令系统更为精简。控制部件更为简化，指令执行速度大大提高。（6）采用Load/Store（装载/存储）指令结构。在CISC结构中。大量设置存储器操作指令，频繁地访问内存，将会使执行速度降低。RISC结构的指令系统中，只有装载/存储指令可以访问内存，而其他指令均在寄存器之间对数据进行处理。（7）注重编译的优化，力求有效地支撑高级语言程序。综上所述，要更好的掌握嵌入式系统的知识，必须从原理出发，结合实践，与时俱进，实事求是，这样才能秉持科学精神的核心价值，不断进步。第三章思政案例：工匠精神在过去的20年里，Linux系统主要被应用于服务器端、嵌入式开发和PC桌面3大领域。例如大型、超大型互联网企业（百度、腾讯、阿里等）都在使用Linux系统作为其服务器端的程序运行平台，全球及国内排名前1000的90%以上的网站使用的主流系统都是Linux系统。由于Linux开放源代码、易于移植、资源丰富、免费等优点，使得它除了在服务器和PC桌面端之外的嵌入式领域越来越流行。更重要的一点，由于嵌入式Linux与PCLinux源于同一套内核代码，只是裁剪的程度不一样，这使得很多为PC开发的软件再次编译之后，可以直接在嵌入式设备上运行。Linux这种设计理念是工匠精神的深刻体现。工匠精神主要包括全新的敬业精神、严谨的工作态度、超强的工作能力、大胆的创新意识。工匠精神不仅是一种优秀的职业道德文化，也是一种内在的精神品质。针对不同的操作系统和具体化的场景应用，嵌入式数据库采用了有针对性的模块化构成方案，也正是设计者具备了这种严谨的设计态度和精益求精的工匠精神，这才使得嵌入式数据库在碎片化、异构严重的嵌入式系统中发展的越来越好。第四章思政案例：创新精神科学精神是科学研究者进行科学研究、获得真理所需用的精神素质的总和。它具有丰富的内涵和多方面的特征。概言之，主要表现为求实精神、实证精神、探索精神、理性精神、创新精神、怀疑精神、独立精神和原理精神。嵌入式Linux开发环境是为开发者进行基于Linux的嵌入式系统开发工作搭建的工作平台。该平台从硬件上分析包括主机端（也叫宿主机端）和目标机（也叫目标开发板）。从软件角度来看，它首先是在主机端通常采用PC结合“虚拟机+Linux”的开发模式，在目标机端采用基于有较强计算能力和具有MMU（内存管理单元）的硬件平台（比如当前最主流的ARM架构）的开发环境，然后完成对于该目标机平台的嵌入式Linux内核移植、文件系统制作工作，以确保目标机平台具有合适的工作环境。在此基础上，开发者可在主机端进行应用程序编辑，构建交叉编译工具链，程序下载及调试等重要工作。创新精神充分体现了人类特有的主观能动性。科学精神倡导创新思维和开拓精神，鼓励人们在尊重事实和规律的前提下，敢于标新立异，科学精神的本质要求是开拓创新。嵌入式GUI领域之所以不断有新发现、新技术、新创意，之所以充满着生机和活力，就在于不断更新观念，大胆改革创新。第五章思政案例：科学精神自从ARM架构成为全球各种智能设备的主流处理器之一，ARM-Linux内核的开发就变得愈加重要。在ARM-Linux内核的开发过程中，科学精神起着至关重要的作用。科学精神是人们在长期的科学实践活动中形成的共同信念、价值标准和行为规范的总称，是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念。它一方面约束科学家的行为，是科学家在科学领域内取得成功的保证；另一方面，又逐渐地渗入大众的意识深层。首先，科学精神是科学本质特征的重要体现。科学精神是贯穿于整个科学发展历史过程中以及全部科学活动过程中具有普遍意义的思想意识。科学精神的内涵非常深广，其内容是随着社会实践的变化而不断地发展变化的。其次，科学精神是一种人类社会中带有共通性价值的精神。对科学精神的理解要从多视角、多元化的角度去认识，对其内涵的界定必须考虑其广泛的适应性。科学精神是科学的灵魂，以求实和创新为核心诉求，是现实可能性和主观能动性的结合。其中，现实可能性来自对客观性的追求，主观能动性则体现为强烈的创新意识。科学精神强调的是理性、求真和严谨的态度，这也是软件开发所需的必要素质。科学精神不仅意味着对事实和证据的真正关注，而且意味着经验性知识和假设性想法是不断受到挑战和改进的，随着时间的推移，知识总量会增长。在ARM-Linux内核的开发过程中，科学精神是推动技术前沿发展的关键力量。首先，在ARM-Linux内核开发中，开发者需要以一种开放思维的方式来处理问题，提高自己对于计算机体系结构和底层硬件运行的了解。ARM-Linux内核的开发需要进行严谨的探索和实验。通过实践和试验，不断寻求改进和优化的方法，从而充分发挥硬件的性能优势，并为用户带来更好的体验。为了创建一个高质量、高度优化的硬件和操作系统集成，内核开发人员需要深入了解所有与ARMCPU和Linux操作系统相关的信息，并将其转化为可验证和测试的代码。例如，他们会测试内核的无符号数缩放算法，用来满足需要灵活查找的文件索引查找过程中的高效性；或验证内核的标准结构体中每个字段的大小、强制对齐大小和其他特性是否符合ARM架构的规范。其次，在开发时充分遵循科学原则和规律，是确保代码质量和操作系统性能的必要条件。妥善处理计算机中多并发进程之间的共享资源问题，优化内存管理、CPU调度等，都需要经过严密的测试和实验。为了保证内核稳定性和安全性，内核开发人员还应该严格遵循开发流程的规定，包括设计、编写可重用的代码组件、进行版本控制、录制历史记录等。最后，在ARM-Linux内核的开发中，开发者需要不断学习和改进，要时刻保持理性和客观的态度，不能因为个人喜好或偏见而影响决策。尽管ARM-Linux已经是一个成熟的操作系统，但内核开发人员仍然需要持续了解现代CPU的技术迭代，以及如何更好地利用硬件进行高效的数据处理。因此，教育和训练在这里扮演重要角色。开发人员还应该与同行交互，并共享他们所学习到的设备和开发技巧。总之，ARM-Linux内核的开发展示出了科学精神的核心价值，并为软件开发领域树立了榜样，它透过以实践为基础的探索，不断追求改进并为我们带来更多价值。第六章思政案例：实证精神嵌入式Linux文件系统是一种可以运行于嵌入式系统中的文件系统，它与嵌入式操作系统紧密结合，为嵌入式系统提供了稳定可靠的数据管理服务。嵌入式Linux文件系统的应用环境非常复杂多样，需要设计者具备严谨的设计态度和精益求精的实证精神，才能够保证系统的可靠性和稳定性。实证精神要求一切科学认识必须建立在充分可靠的经验基础上，以可检验的科学事堂为出发点，运用公认为正确的研究方法完成科学理论的构建。实证精神是一种客观的态度要求在思考和研究中尽力地排除主观因素的影响，尽可能精确地揭示出事物的本来面目同时，这种客观性又必须满足普遍性的要求，即客观知识必须是能够重复检验的公共知识.而不是个体的体验。实证精神，就是尊重事实、诚实正直，并进行符合逻辑的思维，是科学的重要品质。以存储介质为例，在文件系统框架底层，Flash和RAM都在嵌入式系统中得到广泛应用。由于具有高可靠性、高存储密度、低价格、非易失、擦写方便等优点，Flash存储器取代了传统的EPROM和EEPROM，在嵌入式系统中得到了广泛的应用。根据所采用的制造技术不同，Flash存储器主要分为NorFlash和NandFlash两种。NorFlash通常容量较小，其主要特点是程序代码可以直接在Flash内运行。NorFlash具有RAM接口，易于访问，缺点是擦除电路复杂，写速度和擦除速度都比较慢，最大擦写次数约10万次，典型的块大小是128k字节。NandFlash通常容量较大，具有很高的存储密度，从而降低了单位价格。NandFlash的块尺寸较小，典型大小为8k字节，擦除速度快，使用寿命也更长，最大擦写次数可以达到100万次，但是其访问接口是复杂的I/O口，并且坏块和位反转现象较多，对驱动程序的要求较高。由于NorFlash和NandFlash各具特色，因此它们的用途也各不相同，NorFlash一般用来存储体积较小的代码，而NandFlash则用来存放大体积的数据。综上所述，只有通过反复的实验证明和严谨的科学构建，才能选择正确的存储介质。第七章思政案例：求实精神科学认为世界是不以人们主观意志为转移的客观存在，科学活动要求人们从事各种物质创造活动时应该遵循实事求是的态度，要求正确认识客观世界的运动，因此，客观唯实、追求真理是科学精神的首要要求。科学精神就是彻底的唯物主义精神，也即实事求是精神解放思想，客观唯实，追求真理是科学精神的实质。科学要追求真理，不盲从潮流，不迷信机威，不把偶然性当必然性，不把局部看作全体。嵌入式系统发的移植工作必须要有求实精神的指导。移植就是把程序从一个运行环境转移到另一个运行环境。在主机-开发机的交叉模式下，即是把主机上的程序下载到目标机上运行。嵌入式Linux系统的移植主要针对BootLoader（最常用的是U-Boot）、Linux内核、文件系统这三部分展开工作。U-Boot是在系统上电时开始执行，初始化硬件设备，准备好软件环境，然后才调用Linux操作系统内核。文件系统是Linux操作系统中用来管理用户文件的内核软件层。文件系统包括根文件系统和建立于Flash内存设备之上文件系统。根文件系统包括系统使用的软件和库，以及所有用来为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为存储数据读/写结果的区域。嵌入式Linux系统移植的一般流程是：首先构建嵌入式Linux开发环境，包括硬件环境和软件环境；。其次，移植引导加载程序B