高职嵌入式课程体系及嵌入式实验室建设探索

高职嵌入式课程体系及嵌入式实验室建设探索

刘璟

刘璟（陕西工业职业技术学院，咸阳712000）

摘要：嵌入式系统涵盖了微电子技术、电子信息技术、计算机软件和硬件等多项技术领域的应用。随着高职教育的发展和嵌入式技术越来越广泛的应用，嵌入式技术教学在高职院校开始由点到面的推广开来，依据我校嵌入式系统人才培养目标的定位，阐述了嵌入式系统课程体系、实践教学体系及多平台多层次的实验室配置，并就师资培养提出了一些卓有成效的方法。在实践教学基地建设时，首先对嵌入式系统课程体系、实验内容、师资队伍等诸多方面进行详细设计和规划，以保证嵌入式系统实践基地能够满足学生学习掌握嵌入式技术的基本要求及部分较好学生和老师的需要。

关键词：嵌入式系统；教学体系；实验室配置；师资建设

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）11-0249-02

0引言

嵌入式系统涵盖了微电子技术、电子信息技术、计算机软件和硬件等多项技术领域的应用。国内许多高校已在研究生和本科生中，较早开设了嵌入式系统的相关课程，并筹建了嵌入式系统教学实验平台，高职类院校进行嵌入式系统教学的院校相对较少。由于嵌入式系统产品千变万化，小到MP3播放器，大到飞机导弹，差异非常大，个性多于共性，而且嵌入式技术本身学习难度比较大，由此导致嵌入式系统的人才培养比较困难。嵌入式技术教学目前还没有完整和现成的体系可供参考，而高职由于学生特点和师资的原因不能直接应用本科类院校的课程体系和开课模式，高职类院校因为地域和条件的差异也很难直接参考，我校根据自身的特点在嵌入式系统教学和实验室建设方面进行了有益的尝试与探索。在实践教学基地建设时，首先对嵌入式系统课程体系、实验内容、师资队伍等诸多方面进行详细设计和规划，以保证嵌入式系统实践基地能够满足学生学习掌握嵌入式技术的基本要求及部分较好学生和老师的需要。

1高职嵌入式人才培养的目标定位

通过对嵌入式系统人才需求报告的研究，我们发现嵌入式系统行业和一般的制造业并不相同，即高技能人才的需求并不在嵌入式产品的制造过程，而是在研发及技术支持环节，这两个环节一个在产品生产之前，一个在产品生产之后。这也是由嵌入式产品自身的特点决定的。由于嵌入式产品普遍采用32位RISC技术，芯片采用超大规模集成电路制造，也决定了产品的生产过程全部采用SMT设备完成。很多从事嵌入式产品设计制造的公司可能都没有自己的制造厂，而是直接委托行业的制造厂家来生产。针对嵌入式技术的特点及高职学生和我校师资的实际情况，我们把培养的嵌入式系统人才定位在嵌入式助理工程师（主要岗位：研发助理工程师，硬件测试工程师，软件测试工程师，系统功能测试工程师，硬件维修工程师和嵌入式产品销售工程师，技术支持工程师等岗位。）

通过对这些岗位的分析，我们能得出所需的嵌入式知识体系：（1）掌握基本的电路知识；（2）掌握主流嵌入式微处理器的结构与原理；（3）掌握一个嵌入式操作系统；（4）熟悉嵌入式软件开发流程并至少做过一个嵌入式软件项目。

2嵌入式系统理论教学体系

嵌入式技术是一门理论性和工程实践性都很强的技术，是公认的有一定难度的技术，对高职学生来说，一定要遵循学生认知的客观规律，由简单到复杂，循序渐进，合理选取理论和实践内容，与工程实践紧密结合，才有助于对嵌入式技术相关内容的理解与掌握。我们的专业课程体系分为三个层次，第一层次：包含通用的基础知识与基本技能课程，适度的可持续发展基础课程；第二层次：包括嵌入式系统与工程应用的专业知识与技能（嵌入式系统基础及应用、实时操作系统、嵌入式软件开发与工具等）。第三层次：涉及相关应用方向的领域知识。主要基础课程包括：电子技术（数电）、微机原理与接口、EDA技术、操作系统、C/C++、网络技术。主要专业课程包括：单片机原理与应用、嵌入式基础及应用（ARM+uC/OS-II）、嵌入式操作系统、嵌入式系统工程技术（涉及嵌入式应用方向的领域知识，主要以项目教学为主）。为真正体现对学生相关能力的培养和学生容易入门，不致产生畏难情绪，为以后进一步的学习打下基础，嵌入式微处理器以ARM7进行嵌入式硬件结构与原理的讲解，以uC/OS-II来进行嵌入式操作系统原理的讲解。在高年级和毕业设计阶段，可以要求学生进行ARM9和Linux的学习与项目的开发。

3嵌入式系统实践教学体系

嵌入式系统实验项目涉及计算机体系结构、操作系统、微机原理、接口技术、计算机编程等诸多知识内容，多学科交叉，综合性强，因而学习难度大。学生只有亲自动手编程、搭设硬件电路才有助于对嵌入式知识的理解和掌握。嵌入式系统实验项目内容的设计应符合认知过程由简单到复杂、由分散到综合的一般特点，同时也要考虑到学生的个性化特点，允许学生在一个弹性时间内安排自己的实验学习和实践操作，有利于学生创新能力的培养，因此，按照这样的思路，在嵌入式系统实践教学的组织过程中，实验分层进行。

3.1基础知识实验（及单项功能训练实验）：由教师指导，让学生了解嵌入式系统的开发平台和软硬件开发环境与流程，熟悉嵌入式系统开发工具，掌握仪器、设备及工具的正确使用方法，安全操作规程和基本的嵌入式编程方法，并学会熟练使用嵌入式系统汇编语言，其目的是让学生掌握嵌入式系统开发的基本知识，熟悉ARM7硬件结构和uC/OS-II操作系统，ARM接口实验内容有：ARM串行口实验，键盘及LED驱动实验，D/A和A/D接口实验，电机控制实验，LCD驱动控制实验，触摸屏驱动实验，CAN总线通讯实验。操作系统实验有：定时器中断和驱动程序实验，BootLoader实验，uC/OS-II在ARM微处理器上的移植及编译，uC/OS-II应用实验。

3.2基本技能训练。这个层次实验，将采取精讲精练的方式进行。课前向学生提出明确的实验要求，并请学生提前预习，课堂对所涉及内容进行介绍，并要求学生能参照实验指导书修改部分代码，实验后要求检查实验结果，并记入成绩。这部分实验项目有：交通管制信号灯模拟实验，触摸屏应用，ARM的图形界面设计实验，基于ARM的多通道仪表信号采集等实验内容，这级实验教学的目的是让学生掌握基本的嵌入式系统程序的开发方法，学生可以按照具有参考性质的实验指导书内容进行实验的调试与修改，在亲自动手调试的过程中，潜移默化地培养规范的开发习惯和分析解决问题的能力。

3.3综合应用项目，目的在于综合运用学生在基础技能部分所学，创造性地进行综合应用。教师统一指定题目，在第二阶段即给出题目与具体要求，要求学生在整个实验阶段进行构思与准备，最后组装代码，实现功能。教师在项目实现过程中给予辅导与指导。这部分项目有：电子菜单，基于ARM7MP3播放器设计与实现。

3.4开放实验项目。学生自主在实验室开放期间选择感兴趣的题目进行设计实现，或进行毕业设计，课外科技活动等。这部分项目内容可涉及ARM9和Linux，甚至DSP，FPGA的相关内容。这部分内容要在开放实验室管理制度保证下以确保实施。

4嵌入式实验室建设

根据我系的人才培养目标和课程内容计划，嵌入式实训室设备以ARM平台为主，包括ARM7实验平台和配套开发环境及相关软件，ARM9实验开发板及多个应用模块，少量的ARM9和ARM10双核心平台，DSP和FPGA实验平台及智能家居平台。

4.1ARM7实验平台主要用于ARM7体系结构与原理和UC/OS-II操作系统的学习和实践，ARM7实验平台上主要有ARM7核心模块和各种接口资源，它支持操作系统μCLinux和μC/OS-Ⅱ。

4.2ARM9开发板主要用于高年级学习Linux下的开发应用和比较优秀的学生做毕业设计，学生参加嵌入式系统大赛以及进行嵌入式助理工程师认证的需要而选购的，支持操作系统Linux，WinCE，uC/OS-II。配套模块有：摄像头模块，接触式IC卡，CF卡，SD卡，通用GPS模块，通用GPRS模块，射频模块+非触点式IC卡，蓝牙适配器，CAN结点模块，USB无线网卡，通用FPGA模块，指纹识别模块，USB2.0转换模块，高精度AD采集卡，传感器模块，智能语音识别套件，ZigBee无线网络应用套件等二十多个模块。这些模块可以为学生毕业设计及进行具体应用项目的学习实践提供了方便。

4.3智能家居平台计算机控制技术的发展与电子信息通信技术的成长，也促成了智能家居的诞生与发展。据预测，智能家居市场在中国前景广阔，所以我校还选购了智能家居平台，主要包括传感监测单元，门禁子系统，窗户子系统，模拟家电扩展单元等。可以进行常见的智能控制、远程控制、家居安防等主要实训功能，同时可以扩展无线传感器网络、家庭智能网关等功能。通过智能家居实训系统，可以进一步加强学生单片机应用能力和进行嵌入式技术的学习与综合应用能力。

4.4其它平台实验室还有数量较少的ARM9和ARM10双核心平台，DSP和FPGA实验平台，老师可以进行相关方面应用的科研与教研，有兴趣和能力的学生也可利用此设备开展课外科技活动或进行嵌入式大赛的训练准备。

嵌入式实验室从嵌入式技术应用的广泛性和我校实际出发，综合考虑，设备类型多，既能够满足教学的需要，又能够满足老师进行科研的需要，也容易根据学生的个人能力与兴趣进行单独培养，。为学生应用理论知识解决实际问题和实践创新设计思想提供了一个很好的环境。

5师资建设

教学效果的保证要靠老师。进行嵌入式技术的教学，对老师的要求也比较高，老师既要有扎实的理论知识，也要有工程实践经验。针对我校师资较弱的实际情况，我们进行了一些有益的尝试。主要做法有：

5.1我系在实验室建设初期和公司进行合作，对我系老师进行专门的培训，部分老师还以访问学者的身份在公司进行为期半年甚至一年的学习，并参与公司一些项目的研发工作。

5.2针对嵌入式教学理论和实践紧密结合的特点，我系没有设立专门的实验老师。而是成立了项目开发小组，让有专长的老师专门进行教学项目的开发以及项目资料的准备与完善。并让他们和理论老师一起辅导实验和实训，这样可以及时的更新实验内容和项目，同时在老师之间加强了沟通与教学工作的配合。

5.3老师定期进行教研科研交流，主要以主题讨论或以讲座的形式进行。对嵌入式教学过程中碰到的教学问题，技术问题等在大家集思广益下得到较好解决。

6结论

嵌入式设备平台多，型号多，就如何根据自身情况进行设备定位和选择，不至导致设备过时或超本校教学实力的情况发生，使资源得到有效和充分利用，本文结合我校实际情况，在实验室建设前期针对人才培养目标，课程体系，实验内容，课程设计，毕业设计及课外科技实践活动等统筹考虑配置实验设备，在教学中感觉是一种合理的配置。在师资建设方面的方法和措施保证了师资队伍的建设，促进了嵌入式系统的教学。

参考文献：

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