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《嵌入式系统设计与应用》教学大纲
课程名称：嵌入式系统设计与应用EmbeddedSystem:ProgrammingandApplications
课程编码：
学分：
总学时：学时，其中，理论学时：学时；实验学时：学时
适用专业：
先修课程：程序设计基础（C语言）、汇编语言与微型计算机技术、操作系统原理
一、课程的性质、目的与任务
《嵌入式系统设计与应用》是一门**专业的专业必修课程。本课程的主要任务是学习嵌入式系统基本理论及其应用，学习嵌入式系统的组成及应用的知识；培养分析与设计嵌入式系统的基本能力；培养自学、分析问题和解决问题的能力，以及认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。
二、理论教学基本要求
学生学完本课程后，应达到如下要求：
1．熟悉嵌入式系统的基本概念；掌握ARM微处理器体系结构的基础知识。
2．掌握嵌入式系统的基本分析与设计方法，能进行典型嵌入式系统的分析与设计。
3．熟悉实时操作系统的基础知识，
4．掌握嵌入式编程技术，能进行典型嵌入式系统环境下程序设计。
初步了解先进嵌入式系统的原理与方法。
三、理论教学内容与学时分配
第一章嵌入式系统概述（4学时）
本章重点和难点：嵌入式的选型原则和设计工具
第一节嵌入式系统简介；
第二节嵌入式微处理器概述；
第三节嵌入式操作系统简介；
第四节嵌入式系统的应用领域和发展趋势；
第五节嵌入式系统的选型原则和设计工具；
第二章ARM处理器体系结构(6学时)
本章重点和难点：Cortex-A8处理器架构和异常处理
第一节ARM处理器概述；
第二节Cortex-A8处理器架构；
第三节Cortex-A8存储器管理；
第四节Cortex-A8异常处理；
第三章ARM指令集(8学时)
本章重点和难点：ARM指令
第一节ARM指令集概述
第二节ARM指令的寻址方式
第三节ARM指令简介
第四节Thumb指令简介
第五节Thumb-2指令简介
第六节ARM汇编语言编程简介
第七节C语言与汇编语言的混合编程。
第四章嵌入式系统硬件平台与接口设计(8学时)
本章重点和难点：嵌入式硬件接口设计
第一节嵌入式硬件平台体系结构
第二节存储系统设计
第三节串行通信接口设计
第四节时钟系统设计
第五节GPIO接口设计
第六节以太网接口设计
第七节IIC总线设计
第八节LCD接口设计
第五章ARM-Linux内核（6学时)
本章重点和难点：ARM-Linux内核进程管理、内存管理和中断管理
第一节ARM-Linux概述
第二节ARM-Linux进程管理
第三节ARM-Linux内存管理
第四节ARM-Linux模块
第五节ARM-Linux中断管理
第六节ARM-Linux系统调用；
第六章Linux文件系统(6学时)
本章重点和难点：嵌入式文件系统框架和根文件设计
第一节Linux文件系统概述；
第二节EXT2文件系统；
第三节EXT3和EXT4文件系统；
第四节嵌入式文件系统JFFS2；
第五节YAFFS与YAFSS2文件系统简介
第六节根文件系统
第七章Linux系统移植及调试(8学时)
本章重点和难点：Linux系统移植过程和调试方法
第一节BootLoader基本概念与典型结构
第二节U-boot简介
第三节Linux系统移植过程
第四节交叉编译工具链
第五节gdb调试器
第六节远程调试
第七节内核调试；
第八章设备驱动程序设计(6学时)
本章重点和难点：内核设备模型和字符设备驱动程序设计框架
第一节设备驱动程序开发概述；
第二节内核设备模型；
第三节字符设备驱动设计框架；
第四节GPIO驱动概述；
第五节I2C总线驱动设计；
第六节块设备驱动程序设计概述；
第七节嵌入式网络设备驱动设计
第九章嵌入式系统的开发设计案例(6学时)
本章重点和难点：嵌入式系统设计方法
第一节嵌入式系统设计方法
第二节嵌入式系统设计案例
四、实验
1．实验目的与任务
掌握ARM体系结构与编程方法后，通过本实验环节，有助于学生深入理解课程内容，有利于提高学生的实践能力，提高分析和解决问题的能力，创造独立思维的氛围，培养创新能力，激发学习兴趣。通过实验，要求学生掌握嵌入式系统的基础概念、基本原理、开发流程和步骤、工程设计的方法和解决技术问题的方法。为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础。
2．实验教学基本要求
通过实验教学，加深对基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力。通过实验课学生应掌握下列基本技能：嵌入式实验开发平台的操作，程序编写及调试、测试结果的分析，写出实验报告。
3．实验项目与类型
序号
实验项目
学时
实验类型
备注
演示
验证
综合
设计
必做
选做
1
linux开发环境使用与linux常用命令
2
√
√
2
“helloworld!”嵌入式linux程序
2
√
√
3
LED灯的控制
2
√
√
4
蜂鸣器的控制
2
√
√
5
数码管实验
2
√
√
6
键盘驱动实验
2
√
√
7
步进电机实验
2
√
√
4．实验教学内容及学时分配
实验一linux开发环境使用与linux常用命令（2学时）
（1）目的要求
熟悉ARM处理器linux系统下应用程序开发环境和开发模式，了解嵌入式开发的基本思想和过程。
（2）方法原理
系统上电后，Boot程序引导操作系统导入，建立Linux开发环境。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
嵌入式Linux开发环境的建立和常用命令。
（5）实验内容：
实验使用的操作系统环境。新建一个目录，编写几个源文件，使用makefile管理项目。学习在linux下的编程和编译过程，在linux上运行。
实验二“helloworld!”嵌入式linux程序（2学时）
（1）目的要求
进行最简单的嵌入式linux程序开发，熟悉linux下嵌入式开发模式以及在板上运行的嵌入式程序的方法。
（2）方法原理
使用编辑器在嵌入式Linux环境下进行源码编辑，通过ARM-LINUX-GCC实现交叉编译并将生成的可执行程序在目标机运行。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
嵌入式Linux程序的开发过程。
（5）实验内容：
本次实验使用UltraEdit或者其它编辑环境编辑最通用简单的“helloworld!”程序，然后使用交叉编译器(arm-linux-gcc)编译生成可以在实验箱的嵌入式环境中运行的可执行文件，熟悉使用交叉编译器编译程序的方法，为后面编译复杂程序做准备。
实验三LED灯的控制（2学时）
（1）目的要求
了解LED灯的控制方法，掌握I/O编程方法
（2）方法原理
系统通过使用GPIO控制LED灯这样的外设。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
GPIO控制方法的实现。（5）实验内容：
通过I/O控制发光二极管的亮灭。使用UltraEditC代码文本编辑器，编写一段程序控制LED灯。利用uboot与tftp将程序下载到ARM板。。
实验四蜂鸣器的控制（2学时）
（1）目的要求
了解嵌入式系统中的蜂鸣器，掌握I/O编程方法。
（2）方法原理
ARM处理器通过配置相关寄存器实现蜂鸣器的控制。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
ARM处理器寄存器配置方法。
（5）实验内容：
使用UltraEditC代码文本编辑器，编写一段程序控制蜂鸣器。利用tftp将程序下载到ARM板。
实验五数码管实验（2学时）
（1）目的要求
使用UltraEditC代码文本编辑器；了解数码管动态显示的原理；了解74LS扩展端口的方法。
（2）方法原理
ARM处理器通过串口实现数据通信。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
ARM处理器串口驱动程序的特点。
（5）实验内容：
使用UltraEdit文本编辑器，编写一段程序，控制八个数码管的显示。利用tftp将程序下载到ARM板。编写程序并编译、下载、调试及结果分析。
实验六键盘驱动实验（2学时）
（1）目的要求
了解键盘驱动原理，掌握通过CPU的I/O扩展键盘的方法。
（2）方法原理
ARM处理器通过配置寄存器实现键盘控制。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
ARM处理器的寄存器设置实现对外设的管理控制。
（5）实验内容：
通过ARM的rPDATC（低四位）和EINT四个中断口扩展4×4的键盘，编程实现键盘的驱动，通过按键可以在超级终端上显示相应的键值。
实验七步进电机（2学时）
（1）目的要求
了解步进电机的应用原理，掌握嵌入式系统GPIO的控制方法，PWM模拟脉冲信号产生方法
（2）方法原理
ARM处理器通过GPIO口使用PWM模拟脉冲信号驱动步进电机。
（3）主要实验仪器及材料
硬件：嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源。
软件：PC机操作系统WindowsXP及以上、UltraEdit或其它编辑器
（4）掌握要点
ARM处理器产生PWM模拟脉冲信号的方法。
（5）实验内容：
分析步进电机工作原理及控制方式，PWM模拟脉冲信号产生方法。分析实验平台步进电机电路，相关寄存器使用与配置。设计步进电机控制程序并编译、下载、调试及结果分析。
5．实验考核办法
实验操作60%；实验报告40%。考核成绩以20%计入课程总成绩。
五、大纲说明
1．本大纲适用于总学时参考范围为学时。
2．本课程的课内外学时比为1：2。
《嵌入式系统设计与应用课程设计》教学大纲
CourseDesignforEmbeddedSystemProgrammingandApplications
课设名称：嵌入式系统设计与应用课程设计
学分：
周数：2周
适用专业：计算机科学与技术专业
一、性质、目的与任务
本课程设计是在**专业学生学习了C语言程序设计、嵌入式系统与应用课程相关知识后进行的一门课程设计。其目的和任务是运用所学知识解决实际问题，从而加强嵌入式应用系统的软硬件设计能力。通过课程设计不仅促进理论环节的学习同时提高实践技能，学会研究报告的编写格式。
二、教学基本要求
通过本次课程设计，使学生了解嵌入式系统的特点，进一步理解和巩固课堂所学的嵌入式系统的基本理论和知识。掌握嵌入式系统的基本设计与分析方法，从而达到理论与实际相结合，并为今后从事嵌入式系统设计及其相关领域的各项工作打下坚实的基础。具体要求如下：
1、掌握嵌入式系统的硬件设计原理。
2、掌握嵌入式linux操作系统下的C语言应用程序设计技术
3、掌握嵌入式linux操作系统驱动程序设计技术
4、掌握嵌入式linux操作系统的移植技术
5、掌握嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试技术
6、掌握嵌入式数据库SQLITE的移植与应用
三、课设内容
1．熟悉嵌入式硬件系统基础知识及基于Linux的应用开发环境的建立和程序设计方法
熟悉嵌入式硬件系统基础知识，熟悉嵌入式操作系统Linux的特点，了解Linux的主要模块及各自的功能。掌握虚拟机VMWARE的使用方法，掌握通过交互式的环境来设计和定制内核、选择系统特性，然后进行编译和调试的全过程。了解BSP在嵌入式系统中位置及其作用。掌握在嵌入式操作系统Linux上搭建嵌入式应用开发环境的方法，熟悉Bootloader的使用方法。
2．嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建
安装嵌入式实验开发平台的BSP。根据嵌入式实验开发平台的特点和系统需求，利用VMARE环境配置Linux操作系统的特性和功能,熟悉Bootloader的使用方法,使用TOOLCHAIN进行交叉编译、链接生成操作系统内核，生成系统映像文件ZImage。下载并运行编译好的Linux系统内核。对文件系统同样进行相关编译移植下载至嵌入式开发平台上。
3.嵌入式数据库SQLITE的掌握。
安装嵌入式数据库SQLITE及交叉编译工具，在宿主机编写程序实现对目标板数据库的访问与控制。
4．编写课设报告。
四、课设方式、地点及时间安排
课设地点：
课设时间：两周
时间安排：
1．嵌入式开发平台的熟悉（硬件设计环境和软件开发环境）（1天）
2．嵌入式操作系统Linux平台的编译移植搭建（2天）
3．嵌入式linux操作系统的交叉编译与动态调试（2天）
4．嵌入式数据库SQLITE的使用（2天）5．嵌入式系统调试（1天）
6．课设报告编写（2天）
五、成绩考核与评定
考核成绩由指导教师根据学生的课设报告、平时出勤率和技术水平表现的考核综合给出。所占比重分别为：40%，40%，20%。成绩按优秀、良好、中等、及格、不及格五级制评分。
1．优秀：全部完成课设大纲的要求，课设报告完整叙述清晰准确；对任务清楚明确，回答问题准确；平时出勤率高且技术水平表现优秀。
2．良好：全部完成课设大纲的要求，课设报告完整，叙述正确；对任务清楚明确，回答问题正确；平时出勤率高且技术水平表现较好。
3．中等：全部完成课设大纲的要求，课设报告完、任务完成、回答问题达到要求；平时出勤率较好且技术水平有一定表现。
4．及格：符合课设大纲中规定的基本要求，课设报告基本完成，考核成绩能达到基本要求。
5．不及格：有下列情况之一者以不及格论：
（1）不能达到课设大纲规定的基本要求；
（2）报告零乱，分析有原则性的错误，考查成绩较差；
（3）请假超过总时间三分之一以上或无故缺勤一天以上；
六、课设教学指导书和参考书
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