嵌入式系统设计与开发教程 教学大纲

《嵌入式系统设计》教学大纲一、课程基础信息课程编号20203227课程性质专业课课程名称嵌入式系统设计双语课程□是■否学时/学分50/3其中：实验（上机）学时8英文名称EmbeddedSystemDesign考核方式期末考试，作业，课程实验先修课程《数字电子技术》、《高级语言程序设计》、《单片机原理及应用》、《面向对象程序设计》、《嵌入式操作系统》后续课程《嵌入式应用系统课程设计》适用专业电子信息工程专业及相近专业大纲制定时间2021年6月2日大纲执笔人潘可贤核准人高丽贞二、课程目标[1]理解嵌入式系统的基本概念，了解ARM微处理器结构，了解ARM处理模式和状态，了解ARM存储器组织。[2]了解Linux操作系统的组织方法，了解文件系统的基本结构和目录功能，掌握基本的操作命令：能够切换目录，复制剪切文件，修改文件的权限，压缩和解压缩文件等；能够使用vim编辑和修改文件。[3]掌握Linux中应用程序的编写方法，掌握编译器的使用方法，掌握makefile的写法，能够编写和调试完成具有文件存储、多线程，图形用户界面等功能的程序，能编写脚本将程序编译为PC机和开发板上可运行的程序。[4]掌握嵌入式系统模块的基本知识，能够根据硬件原理图和数据手册，具有编写和调试驱动程序的能力，并在设计过程中考虑程序健壮性等因素。[5]掌握嵌入式系统的组成，能够完成简单的系统移植，BOOTLOADER移植和文件系统移植，能够结合实验操作步骤，完成系统的下载和更新。三、课程目标与毕业要求的对应关系课程目标对应的毕业要求指标点（对应培养方案的毕业要求指标点）支撑的毕业要求（对应培养方案的毕业要求）[3][4][5]3.4能够在分析现有问题的基础上，综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素，设计针对这些问题的解决方案和满足特定需求的电路与系统，并能通过设计性实践环节检验设计的合理性。同时，能够在设计环节中掌握基本的创新方法，体现创新意识。能够用图纸、设计报告等方式呈现设计成果，评价设计方案的优点与不足。3、设计/开发解决方案[1][2]4.3、能够在分析现有问题、提出解决方案的基础上，基于科学原理并采用科学方法，对电子信息领域新的复杂工程问题进行提炼、归并处理和拓展，开展有针对性的建模、仿真与优化研究，设计创新性实验获取、分析处理与解释数据，探索付诸工程实施与检验，并通过对各种研究手段获取的信息进行综合，得到合理有效的结论。能够在分析建模的基础上设计实验并获取数据。4、问题研究四、课程教学内容及课时安排1、课堂教学章节教学内容学时教学方法课程目标达成评价方式第一章绪论知识点：嵌入式计算机的特点性，嵌入式系统设计所面临的问题，嵌入式系统的设计过程，以及嵌入式系统的新发展。重点:嵌入式系统定义、组成及特点。要求学生：了解什么是嵌入式系统，了解嵌入式计算机的特点性，了解嵌入式系统的要求，为什么以微处理器为核心、嵌入式系统设计所面临的问题，了解嵌入式系统的设计过程。2学时课堂授课视频播放[1]期末考试第二章ARM微处理器概述知识点:ARM微处理器结构，系列，ARM处理模式和状态，ARM存储器组织，字节序。重点:ARM微处理器结构，系列，字节序。难点:虚ARM微处理器结构。要求学生：掌握ARM微处理器结构，了解ARM处理模式和状态，ARM存储器组织，掌握字节序。2学时课堂授课视频播放[1]期末考试第三章嵌入式内部可编程模块知识点:GPIO、中断系统、PWM等硬件电路及相应的寄存器设计重点：实验电路板上的线管的硬件电路设计，相应的微处理器中寄存器的使用等。难点:微处理器中寄存器的使用。要求学生：能够分析硬件电路的相应模块电路设计，并根据分析结果查阅芯片datasheet，将其应用于程序编写中。4学时课堂授课视频播放[4]期末考试,实验，作业第四章Linux的基本知识知识点:虚拟机的创建和使用，Linux操作系统的基本命令，vim编辑器的使用重点:基本命令，vim编辑器的使用方法。难点:vim编辑器的使用方法。要求学生：了解Linux操作系统的基本使用方法；掌握基本的操作命令，能够切换目录，复制剪切文件，修改文件的权限，压缩和解压缩文件等；能够使用vim编辑和修改文件。4学时课堂授课视频播放[2]期末考试，作业第五章嵌入式Linux应用程序设计知识点：gcc的使用方法，makefile的写法，文件I／O编程，多线程编程，QT界面程序编程。重点：gcc和makefile的使用方法，文件I／O编程，QT界面程序编程。难点：makefile。要求学生：掌握Linux中应用程序的编写，掌握编译器的使用方法，能够使用gcc编译简单程序，使用makefile编译复杂程序，能够是用文件I/O函数的处理数据读写问题，使用多线程函数完成多任务程序的编写，掌握QT的基本使用方法完成简单的图形用户界面程序。12学时（含实验）课堂授课视频播放[3]期末考试，作业，实验第六章嵌入式Linux设备驱动程序开发知识点:动态可加载模块的概念、程序结构和编译方法；驱动的作用、分类与访问方法；基本字符驱动的结构和编写和调试方法，LED驱动，PWM驱动，按键驱动等。重点:字符驱动编写和调试。难点:具体的硬件字符驱动编写和调试。要求学生：掌握构建Linux中驱动程序的作用，分类，字符驱动的架构，掌握驱动makefile的写法，能够编写与硬件结合的驱动。16学时（含实验）课堂授课视频播放[4]期末考试，作业，实验第七章嵌入式系统移植知识点:Bootloader的基本概念和移植方法，嵌入式Linux操作系统的代码组织，裁剪方法，移植步骤，Linux根文件系统的结构和移植方法。重点:嵌入式Linux操作系统的裁剪方法和移植，Linux根文件系统的结构和移植方法。要求学生：了解Bootloader的概念，作用，掌握嵌入式linux的移植方法。了解构建Linux文件系统的概念，结构，掌握嵌入式文件系统的移植方法。10学时（含实验）课堂授课视频播放[5]期末考试，实验，作业2、课程实验教学实验编号实验名称实验主要内容学时数支撑课程目标1文件操作和Makefile的应用实验掌握Makefile的用法，掌握C语言文件操作函数的使用，完成题目程序的编写和编译运行。（必做）2[2][3]2QT应用程序调用驱动程序实验完成虚拟驱动程序的开发与测试，掌握驱动程序开发的框架，编译和测试方法。掌握QT上实现对设备的操作，能够通过图形用户界面控制硬件。（选做）2[3][4]3LED驱动程序的开发与测试实验掌握字符驱动设备的编写和调试方法，掌握GPIO口的控制方法，巩固驱动的安装与卸载（选做）2[3][4]4Pwm驱动实验熟悉驱动编写和测试程序的编写，pwm驱动（选做）2[3][4]5按键驱动实验掌握按键的硬件电路，掌握中断处理方法，完成驱动编写和测试。（选做）2[3][4]6系统移植与内核烧写实验掌握内核的移植方法，学习内核的下载和烧写。（必做）2[5]7文件系统移植实验掌握嵌入式文件系统的移植方法，掌握烧写的方法。（选做）2[5]要求学生：课前学习实验指导书，熟悉实验工作的主要内容和开展方法。五、课程目标考核方式1、评分类型：百分制2、考核方式：闭卷笔试、平时成绩、实验成绩。总成绩以百分制计，其中：笔试成绩60%，平时成绩20%(含考勤、作业、答疑、互动等过程性教学)，课内实验成绩20%。课程目标（对应课程目标内容）评价环节过程评价考试评价过程评价内容（根据课程毕业要求自定）占期末总成绩比例期末考试内容（根据课程毕业要求自定）占期末总成绩比例（根据课程自定）[1]理解嵌入式系统的基本概念，了解ARM微处理器结构，了解ARM处理模式和状态，了解ARM存储器组织。作业1：掌握嵌入式系统的基本概念和特点；arm系列芯片的特点按实际得分×2%计入总成绩。嵌入式系统的基本概念，特点，与通用计算机的区别；arm系列芯片的特点，参数期末考试中对应的课程目标2的成绩按4%计入总成绩[2]了解Linux操作系统的组织方法，了解文件系统的基本结构和目录功能，掌握基本的操作命令：能够切换目录，复制剪切文件，修改文件的权限，压缩和解压缩文件等；能够使用vim编辑和修改文件。作业2：文件的新建，复制，剪切，传输。按实际得分×3%计入总成绩。基本命令的使用方法期末考试中对应的课程目标2的成绩按6%计入总成绩[3]掌握Linux中应用程序的编写方法，掌握编译器的使用方法，掌握makefile的写法，能够编写和调试完成具有文件存储、多线程，图形用户界面等功能的程序，能编写脚本将程序编译为PC机和开发板上可运行的程序。作业3：基本文件读写操作程序的编写和编译。实验：文件操作和Makefile的应用实验；实验：QT应用程序调用驱动程序实验按实际得分×10%计入总成绩。makefile的编写，文件处理程序的编写，qt程序的编写期末考试中对应的课程目标2的成绩按25%计入总成绩[4]掌握嵌入式系统模块的基本知识，能够根据硬件原理图和数据手册，具有编写和调试驱动程序的能力，并在设计过程中考虑程序健壮性等因素。实验：LED驱动程序的开发与测试实验；实验：Pwm驱动实验；实验：按键驱动实验。按实际得分×20%计入总成绩。驱动程序的编写期末考试中对应的课程目标1的成绩按20%计入总成绩[5]掌握嵌入式系统的组成，能够完成简单的系统移植Bootloader移植和文件系统移植，能够结合实验操作步骤，完成系统的下载和更新。实验：系统移植与内核烧写实验；实验：文件系统移植实验按实际得分×5%计入总成绩。按实际得分×5%计入总成绩。六、考核内容及成绩评定方法本课程的考核方面包括：项目设计、课程实验、期末考试。各个模块的评分标准如下：1、作业评分标准作业与课程表现分数按20%比例计入期末总成绩。本课程设置平时作业3项，各占5%。基本要求85-10075-8460-740-59掌握嵌入式系统的基本概念和特点；arm系列芯片的特点[作业1，对应课程目标2]熟练掌握基本概念和特点；arm系列芯片的特点。基本概念和特点；arm系列芯片的特点。大体上基本概念和特点；arm系列芯片的特点。不能正确地基本概念和特点；arm系列芯片的特点了解Linux操作系统的组织方法，了解文件系统的基本结构和目录功能，掌握基本的操作命令：能够切换目录，复制剪切文件，修改文件的权限，压缩和解压缩文件等；能够使用vim编辑和修改文件。[作业2，对应课程目标2]熟练掌握文件的新建，复制，剪切，传输等命令的使用掌握文件的新建，复制，剪切，传输等命令的使基本掌握文件的新建，复制，剪切，传输等命令的使不能掌握文件的新建，复制，剪切，传输等命令的使掌握Linux中应用程序的编写方法，掌握编译器的使用方法，掌握makefile的写法，能够编写和调试完成具有文件存储、多线程，图形用户界面等功能的程序，能编写脚本将程序编译为PC机和开发板上可运行的程序。[作业3，对应课程目标2]熟练掌握基本文件读写操作程序的编写和编译，能够扩展功能。掌握基本文件读写操作程序的编写和编译，独立完成任务。在老师的帮助下完成基本文件读写操作程序的编写和编译。在老师的帮助下完成依然不能基本文件读写操作程序的编写，编译中存在错误。2、课程实验评分标准每个实验成绩满分为5分，4个课程实验的分数合计之后，直接计入期末总成绩。基本要求优秀(4.5-5.0)良好(4.0-4.4)中等(3.5-3.9)及格(3.0-3.4)不及格(0.0-2.9)实验前要求预习实验内容、设计实验方案；实验后要求撰写实验报告；实验操作步骤规范正确、安全意识强；调试过程完整，实验结果正确，问题回答正确，有自己的个人见解。[四个实验，对应课程目标1]预习内容完整、实验方案设计正确、报告撰写规范、字迹工整、清晰，图表整洁规范、正确；实验操作步骤规范正确、安全意识强；调试过程完整，实验结果正确，问题回答正确，有自己的个人见解。预习内容比较完整、实验方案设计正确、报告书写较为规范、字迹工整、清晰，图表较为整洁规范、正确；实验操作步骤规范正确、安全意识强；调试过程完整,实验结果正确，问题回答较为正确，有自己的见解。基本完成预习内容、实验方案设计正确、报告书写较为规范、字迹工整、较为清晰，图表基本整洁规范；实验操作步骤规范正确，安全意识强；调试过程较为完整，实验结果基本正确，问题回答基本正确，实验心得体会不够深刻。基本完成预习内容、实验方案设计基本正确、报告书写较为规范、较为清晰，图表基本规范；实验操作步骤基本规范正确，安全意识较强；调试过程较为完整，但存在不规范地方，实验结果基本正确，问题回答部分正确，实验心得体会不够深刻。没有完成预习报告，实验操作步骤基本不规范，安全意识弱；调试过程不完整、不规范，实验结果有较多错误，问题回答部分有较多错误。3、期末考试评分标准期末考试试卷的评分标准和评价标准制定见下表。其中评价标准决定评分标准，依据评价标准制定详细评分标准见考试试卷标准答案及评分标准。期末考试试卷成绩按70%比例计入期末总成绩。课程目标基本要求评价标准分值占比备注85-10075-8460-740-59[1]了解Linux操作系统的组织方法，了解文件系统的基本结构和目录功能，掌握基本的操作命令：能够切换目录，复制剪切文件，修改文件的权限，压缩和解压缩文件等；能够使用vim编辑和修改文件。熟练掌握文件系统的目录功能，基本操作命令；能够使用vim熟练编辑和修改文件。掌握文件系统的目录功能，基本操作命令；能够使用vim熟练编辑和修改文件大体上掌握文件系统的目录功能，基本操作命令；能够使用vim熟练编辑和修改文件不能正确地掌握文件系统的目录功能，基本操作命令；能够使用vim熟练编辑和修改文件，存在较多错误。15%选择题，判断题，填空题难度分为：容易，中等偏容易[2]掌握Linux中应用程序的编写方法，掌握编译器的使用方法，掌握makefile的写法，能够编写和调试完成具有文件存储、多线程，图形用户界面等功能的程序，能编写脚本将程序编译为PC机和开发板上可运行的程序。熟练掌握编译器的使用方法，掌握编写和调试完成具有文件存储，图形用户界面等功能程序的方法。掌握编译器的使用方法，掌握编写和调试完成具有文件存储，图形用户界面等功能程序的方法。基本掌握编译器的使用方法，掌握编写和调试完成具有文件存储，图形用户界面等功能程序的方法。不能掌握编译器的使用方法，不能完整编写和调试完成具有文件存储，图形用户界面等功能程序的方法。40%分析题，程序题难度：中等[3]掌握嵌入式系统模块的基本知识，能够根据硬件原理图和数据手册，具有编写和调试驱动程序的能力，并在设计过程中考虑程序健壮性等因素。熟练掌握掌握嵌入式系统驱动程序编写和调试的方法，并在设计过程中考