《嵌入式系统原理及应用》(教案大纲)

《嵌入式系统原理与应用》课程教学大纲课程基本信息课程编码：03210438课程类别：专业方向限选课学分/学时：2.5学分/48学时（理论40+实验8）课程性质：必修开课学期：第六学期适用专业：电子信息工程开课单位：电子与电气工程学院先修课程：《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《C语言程序设计》、《单片微机原理及接口技术》等二、课程性质与目标（一）课程性质本课程是电子信息工程专业的专业必修课，是一门实践性强，软、硬件综合知识多的课程，主要培养学生的动手实践操作能力。本课程主要学习嵌入式Linux开发环境搭建和工具使用，嵌入式Linux环境下API函数的应用程序编写,嵌入式Linux硬件平台（Cortex-A53）构建和使用，系统内核的裁剪和移植、图形用户界面编程，为应用型本科学生今后从事Linux系统开发、应用程序开发相关方面的工作奠定坚实的理论基础。（二）课程目标课程目标1：理解Linux文件系统结构、make工程管理器的构成与应用、Linux系统移植、Linux文件系统制作、Qt图形编程。掌握Linux操作系统及配置、常用命令、编辑器、gcc编译器、gdb调试器的使用、文件I/O编程、进程控制及进程通信编程、嵌入式硬件平台使用，能够运用嵌入式Linux系统编程相关理论，对电子产品开发过程中关键参数分析判断，提出有效解决方案。课程目标2：掌握嵌入式Linux编程开发流程和方法，具备解决实际工程问题的实践能力、分析解决问题能力和创新能力。课程目标3：掌握Linux操作系统软件的使用，具备根据用户需求，针对信息系统有关实际问题，制定系统方案，通过查阅相关技术资料，运用Linux编程相关理论实现系统开发、调试与应用的能力。课程思政目标：引发学生对未来职业的愿景，激发学生对社会主义核心价值观的认同；培养学生的系统设计的工匠精神；树立正确的技能观，努力提高自己的专业技能，为社会和人民造福；提高学生自我学习和持续学习的意识和能力；培养学生诚实、守信、坚韧不拔的性格；提高学生在沟通表达、自我学习和团队协作等方面的能力。三、课程目标与专业毕业要求分指标点的对应关系课程目标对毕业要求分指标点的支撑序号课程目标毕业要求分指标点支撑度1课程目标12.1：能够应用数学、自然科学和通信的基本原理，识别和判断电子产品开发、生产和信息系统维护中有关的实际工程问题的解决方案。H2课程目标23-1：掌握信息处理、应用实施和集成电子设备及信息系统维护的设计原则、方法和流程，了解影响设计目标和技术方案的各种因素，能够设计针对电子技术领域实际工程问题的解决方案，并能够在设计中体现创新意识。L3课程目标35-2：能够选择与使用恰当的仪器、信息资源、工程工具和专业模拟软件，对信息处理、应用实施和集成电子设备及信息系统维护中有关的实际工程问题进行分析、计算与设计。H四、教学核心内容和学时分配（一）理论教学内容理论教学内容与学时分配表序号模块、单元或项目教学主要内容与要求教学方法学时支撑课程目标1绪论教学主要内容嵌入式系统的基本概念、发展历程和应用领域；嵌入式系统开发平台的搭建和软件安装。教学要求了解嵌入式系统的基本概念、发展历程和应用领域；掌握嵌入式系统开发平台的搭建和软件安装。重点与难点嵌入式系统开发平台的搭建和软件安装课程思政元素在讲解嵌入式系统发展历程时候，强调嵌入式技术在国家发展和国防中的重要作用，培养学生的爱国主义精神。强调在做嵌入式项目的时候，需要培养严谨细致、精益求精的工匠精神。讲授法、演示法、讨论法212Linux系统的基本操作教学主要内容嵌入式Linux系统结构目录、文件类型、Linux常用命令、vi编辑器的基本操作、gcc编译器的原理和使用方法、gdb调试器的使用方法、Make工具的原理和makefile文件的编写。教学要求了解Linux目录结构、文件类型；熟练使用Linux系统的常用命令；熟练使用vi的基本操作；熟悉gcc编译器的基本原理，熟练使用gcc编译器的常用选项；熟练使用gdb的调试技术；熟悉并学会配置Linux系统下的开发环境；熟悉Makefile基本原理及语法规范。重点与难点重点：Linux常用命令的使用和vi编辑器的使用，gdb调试器的使用。难点：gcc编译器的使用和makefile文件的编写。课程思政元素讲解命令时，可以结合实际案例，强调命令的安全性和规范性，培养学生的规则意识和安全意识。讲解Make工具时，可以强调自动化和效率的重要性，培养学生的效率意识和团队合作精神。讲授法、演示法、讨论法81、23文件I/O编程教学主要内容Linux操作系统中的文件I/O编程，包括系统调用文件I/O操作和标准I/O操作两种方式。编程内容包含文件打开、读写、关闭等操作，以及文件锁、多路复用等高级文件I/O技术。教学要求掌握系统调用基本概念；掌握文件描述符的概念；掌握系统I/O函数的使用；掌握标准文件I/O函数的使用；S5P6818相关的文件I/O操作应用。重点与难点重点：系统调用和标准文件I/O的理解难点：掌握系统调用和标准文件I/O编程操作。课程思政元素在讲解文件I/O操作时，强调数据安全的重要性，教育学生要保护用户隐私和数据安全，遵守相关法律法规，培养学生的法律意识和职业道德。讲授法、演示法、案例法41、2、34进程与线程教学主要内容Linux操作系统中的进程控制开发，包括进程的创建、调度、通信和同步等。进程间通信（IPC），包括管道、消息队列、共享内存和信号等IPC机制，以及信号量、条件变量和互斥锁等。多线程编程，包括线程的创建、同步、互斥和共享等多线程技术。网络编程，包括TCP/IP协议栈的基本概念和协议族的使用方法，以及socket编程接口的使用方法和网络编程的高级技术等教学要求了解进程、线程、网络编程的基本概念。掌握Linux下进程创建、掌握进程控制编程；掌握进程间通信编程（包括管道通信、消息队列、共享内存、信号等）；掌握线程的创建及使用；掌握TCP、UDP网络编程。重点与难点重点：进程的创建、线程的创建、网络编程的基本概念。难点：不同方式的进程间通信、独立编写网络基础编程程序课程思政元素强调进程、线程、网络编程中的系统性和整体性，引导学生从宏观角度分析问题，培养他们的系统思维和全局观念，在学习进程与线程过程中，学生可能会遇到各种预料之外的问题，可以鼓励学生主动解决问题，培养他们的自我驱动和问题解决能力。讲授法、演示法、案例法101、2、35基于Cortex-A53处理器的硬件平台教学主要内容嵌入式系统GEC6818硬件平台的介绍；S5P6818芯片的GPIO控制器及其应用；S5P6818芯片的UART控制器的使用方法;S5P6818中断体系结构和服务程序。教学要求了解GEC6818硬件平台；掌握S5P6818芯片的GPIO控制器及其应用；掌握S5P6818芯片的UART控制器的使用方法。熟悉GEC6818硬件平台；掌握S5P6818芯片的GPIO控制器及其应用；掌握S5P6818芯片的UART控制器的使用方法；了解S5P6818中断体系结构；掌握S5P6818芯片的中断服务程序编写。重点与难点S5P6818芯片的GPIO控制器及其应用、UART控制器的使用方法、S5P6818芯片的中断服务程序编写。课程思政元素讲解嵌入式系统的时候，结合我国自主研发的嵌入式操作系统，如银河麒麟、凝思磐石等，强调自主研发的重要性，培养学生的国家荣誉感和科技创新意识。讲授法、演示法、案例法61、26Linux系统移植教学主要内容U-Boot移植方法、S5P6818平台的Linux内核移植、构建根文件系统、移植busybox、制作文件系统的方法教学要求掌握S5P6818下的U-Boot移植方法；掌握S5P6818平台的Linux内核移植；掌握构建根文件系统、移植busybox、制作文件系统的方法。重点与难点U-Boot移植方法和Linux内核移植课程思政元素Linux操作系统是开源软件的典范，其发展离不开全球开发者的共同贡献。课程过程中可以引导学生理解开源精神，培养他们参与开源社区、贡献代码的良好习惯。讲授法、演示法61、27QT图形编程基础教学主要内容QT图形编程的基本概念、环境和工具。包括QT的安装、开发环境的搭建、基本控件的使用、绘图和事件处理。教学要求掌握Qt的安装；掌握Qt中的信号与槽机制；理解Qt工程中的文件的作用；掌握Qt/Embedded应用程序开发的基本流程。重点与难点信号与槽的机制、各个控件的使用；根据需要独立思考创建对应工程。课程思政元素图形编程的最终目的是为用户提供易于使用、直观的界面。在授课过程中可以引导学生关注用户需求，培养他们的人文关怀和用户导向思维。讲授法、演示法、案例法42、3合计（40学时）40（二）实践（实验）教学内容序号实践（实验）项目项目内容要求类型学时支撑课程目标1Linux开发环境使用在Ubuntu上，在/home/python目录下，新建名为姓名学号（xxx101）的目录，在这个目录下新建一个名为（xxx201.c）文件，文件实现将自己姓名学号打印输出（printf）；编译xxx201.c文件为xxx201；执行可执行文件xxx201验证程序是否正确；删除xxx201；使用交叉编译工具编译xxx201.c文件，下载到实验箱，执行可执行文件，验证实验箱打印输出自己的名字加学号。必修验证性212文件I/O编程编程实现显示屏显示控制。编写两个程序，一个是颜色显示程序，实现显示纯颜色（比如黄色）；再编写一个程序显示一个写有自己学号的图片，图片格式为bmp格式图片，大小为1024*600。编译程序，下载到实验箱上验证显示屏的显示结果。必修设计性233网络编程利用socket网络编程相关函数编写两个程序文件。一个是网络服务器程序，在ubuntu上执行网络服务器程序。再编写一个网络客服端程序，在实验箱上执行网络客服端程序。并且程序要能完成实验箱向ubuntu传送文件。必修综合性234GPIO编程（裸机流水灯）实现LED灯的流水控制，编写控制LED灯的程序，实现学号最后两位%4==1→控制D7闪烁；==2→控制D8闪烁；==3→控制D9闪烁；==0→控制D10闪烁；编写对应的Makefile文件。编译程序得到可执行程序led_xx.bin文件，下载到实验箱，验证是否对应的灯有闪烁。必修设计性22五、课程考核与成绩评定（一）课程考核与成绩评定办法本课程采用过程性评价与终结性评价相结合的评价方法，学期总评成绩使用百分制评定。根据课程目标达成要求，考核方式一般可有：学习表现、作业、阶段性考核和终结性考核等多个形式，考核方式具体说明：（1）过程性考核：包括但不限于学习表现、作业、实验、阶段性考核等。（2）终结性考核：期末考试，闭卷。（3）考核比例构成：过程性考核50%，终结性考核50％。（4）课程思政目标达成融入过程性考核项目中。考核方式与课程目标评价依据考核方式评价依据课程目标1课程目标2课程目标3观测点分值过程性考核学习表现1046作业/作品作业122作业222作业322作业422作业522实验实验12.52.5实验22.52.5实验32.52.5实验42.52.5阶段性考核课程目标1相关考题88课程目标2相关考题44课程目标3相关考题88终结性考核课程目标1相关考题2020课程目标2相关考题1010课程目标3相关考题2020合计10038.520.541考核方式评分标准1.学习表现评分标准学习表现根据学生平常在课堂提问、互动以及线上平台上讨论等课前、课中、课后的学习表现给成绩。评分标准为：学习表现评分（采用100分制），折算10分计入总成绩90-100分80-89分70-79分60-69分<60分全勤，积极回答问题、提出问题与教师互动，起到学风带头作用。少量迟到请假；能配合课堂提问回答问题，主动参与课堂互动。少量旷课、迟到早退；遵守课堂纪律，能配合课堂互动。少量旷课、迟到早退；基本能回答出问题，但分析问题不全面。旷课、迟到早退，不遵守课堂纪律，不参与互动。2.作业/作品评分标准结合工程实际案例设计5个作业，评分标准为：学习表现评分（采用100分制），折算10分计入总成绩90-100分80-89分70-79分60-69分<60分按时完成作业，分析计算过程完整，结果正确，代码编写规范。按时完成作业，分析计算过程基本完整，结果正确，代码编写规范。按时完成作业，分析计算过程基本完整，结果基本正确，代码编写基本规范。按时完成作业，分析计算过程基本完整，结果存在少部分错误，代码编写基本规范。不能按时提交作业，分析计算过程不完整，结果存在较多错误，代码编不规范。3.实践（实验）评分标准结合重要知识点设计4个实验项目，根据实验表现和实验报告，评分标准为：实践（实验）评分（采用100分制），折算10分计入总成绩90-100分80-89分70-79分60-69分<60分能够自行熟练搭建试验箱平台，能够熟练编写并编译程序，能够熟练下载到试验箱，并测试结果正确，实验报告内容充实，编写规范。能够自行正确搭建试验箱平台，能够正确编写并编译程序，能够正确下载到试验箱，并测试结果正确，实验报告内容充实，编写规范。能够自行正确搭建试验箱平台，能够正确编写并编译程序，能够正确下载到试验箱，测试结果基本正确，实验报告基本充实，编写基本规范。能够在实验教师指导下正确搭建实验环境并正确编译程序，测试结果存在少部分错误，实验报告内容基本充实，编写基本规范。不能够正确搭建实验电路，测试结果存在较多错误，实验报告内容不够充实，编写不规范。4.阶段性考核评分标准期中考试考核方式有两种，分别是案例设计或卷面考试进行，可根据实际情况任选一种进行考核。如果采用案例设计进行考核，按案例设计考核评分进行评分，采用百分制评分，折算20分计入总成绩。如果采用卷面考试，考核按照期中考试的参考答案、评分标准进行评分，卷面分采用百分制评分，折算20分计入总成绩。案例设计结合课程内容（包括Linux基本操作、Cortex-A53处理器的硬件平台、进程）进行案例设计考核，根据案例题目进行编程、调试及下载执行。评分标准为：案例设计考核评分（采用100分制），折算20分计入总成绩90-100分80-89分70-79分60-69分<60分对Linux系统操作熟练，能够熟练地对案例任务设计程序实现功能，设计思路清晰，结果正确。调试过程有条不紊，代码编写规范，答辩思路清晰，沟通和协作能力强，表达能力强，回答问题准确。对Linux系统操作较熟练，能够对案例任务设计程序实现功能，设计思路较清晰，结果正确。代码编写规范。思路比较清晰，表达能力尚可，回答问题正确。对Linux系统操作基本熟练，基本能够对案例任务设计程序实现功能，设计思路基本清晰，结果基本正确。调试过程基本顺利，代码编写规范，自述思路基本清晰，回答问题基本正确对Linux系统