嵌入式系统开发大纲.docx

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嵌入式系统开发大纲

《嵌入式系统开发》课程教学大纲

课程代码：

课程类别：

专业选修课

适用专业：

适用年级：

学分：

学时：

理论学时：

实践学时：

执笔人：

审定人：

开课单位：

日期：

一、课程定位

（一）课程在专业培养中的定位及作用

《嵌入式系统开发》是通信工程专业选修课，本课程宜安排在学生学完微机原理或单片机原理与应用、操作系统、C语言等有关基础课程之后的第三学年下学期。

采用理论与实践相结合的方式，以嵌入式硬件为核心，以应用为目的，全面介绍嵌入式系统概况、硬件和软件、嵌入式操作系统内核设计和应用、嵌入式系统的设计和开发。

（二）本课程与其它课程的关系

先修课程：

《微机原理》、《单片机原理与应用》、《操作系统》、《C语言》

后续课程：

DSP原理及应用、FPGA/CPLD原理及应用

（三）教学目标

使学生掌握在嵌入式系统设计与开发过程中需要的原理与方法。

嵌入式系统的教学是让学生在获得嵌入式系统的物理直觉的同时教会学生开发的原理与方法，这样随着学生参与开发的项目越来越多就会产生质的飞跃，学生即使拿到全新的项目，也能根据掌握的原理和方法来完成新项目的开发和设计，达到理论联系实际的目的。

1．了解嵌入式系统的定义、嵌入式系统分类、发展历程、特点、应用领域、发展趋势

2．理解嵌入式硬件系统的组成、嵌入式微处理器的特点、主流的嵌入式微处理器ARM系列和MIPS系列、AMBA和PCI总线、嵌入式系统存储器结构。

3．理解嵌入式处理器指令系统及嵌入式系统程序设计基础。

4．理解并掌握嵌入式系统应用开发的方法。

5．理解并掌握嵌入式操作系统的开发和移植。

6．熟悉嵌入式软件开发工具的分类、交叉开发环境，嵌入式软件实现阶段的开发过程及开发工具的发展趋势。

理解嵌入式系统的开发模式，任务划分的方法。

二、教学内容的学时安排

序号

章节名称

主要内容

学时建议

理论学时

实践学时

嵌入式系统概述

嵌入式系统组织结构

嵌入式软件系统

基于ARM的嵌入式开发环境

嵌入式处理器体系结构

微处理器的工作状态与工作模式

微处理器的寄存器组织

异常中断模式处理过程

嵌入式处理器指令系统

ARM指令的格式

ARM指令的寻址方式

ARM指令集

嵌入式系统程序设计基础

ARM汇编伪指令

ARM汇编语言语句格式

ARM汇编语言程序结构

典型嵌入式处理器

微处理器的工作状态与工作模式

微处理器的寄存器组织

异常中断模式处理过程

嵌入式系统应用开发

系统设计原则与设计步骤

系统核心电路设计

系统接口电路设计与应用

嵌入式操作系统及其移植

嵌入式Linux内核及其工作原理

嵌入式Linux内核定制与编译

U-Boot编译、移植与调试

嵌入式系统设计实例

频率计实例

压力传感器A/D采集实例

语音报警系统实例

合计

总计

三、教学建议

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法，结合实例讲解。

在讲解具体内容时，特别注重实用性，尽量列举实例，促进学生的学习积极性，激发学生的潜能，在叙述上力求深入浅出，通俗易懂。

在传授学生课程知识的同时，培养学生认知能力和自主学习能力。

四、考核方式

评分项目

所占比例

说明

平时

10%

考勤共抽查10次

课堂参与度=授课中与老师互动情况，包含回答问题情况，课程学习态度，语言表达等

实践操作

50%

抽查5次，每次20分

2次综合大作业

40%（各占20%）

综合操作题，100分

合计

100%

五、教材及主要参考资料

教材：

丁男.《嵌入式系统设计教程（第3版）》：

电子工业出版社2016

参考资料：

1）董胡编：

《ARM9嵌入式系统开发与应用》电子工业出版社（2015）

2）郭书军编:

《ARMCortex-M3系统设计与实现——STM32基础篇》电子工业出版社（2014）

六、教学主要内容纲要

第一章嵌入式系统概述

一、教学目标与要求

1）掌握嵌入式系统的概念、特点；

2）掌握ARM嵌入式处理器；

3）理解嵌入式处理器的组成；

4）理解嵌入式操作系统；

5）理解嵌入式系统的设计方法；

6）掌握嵌入式系统开发和调试工具。

二、教学的重点和难点

1）嵌入式系统的概念、特点

2）ARM嵌入式处理器

3）嵌入式系统开发和调试工具

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

1.嵌入式系统概论

1-1嵌入式系统组织结构

1.嵌入式系统的定义和特征

2.嵌入式系统的应用领域及发展趋势

3.嵌入式系统总体架构

1.交叉开发环境

2.模拟开发环境

如何学习和掌握嵌入式系统的开发方法

1-2基于ARM的嵌入式开发环境

1.嵌入式硬件系统结构

2.嵌入式硬件系统中采用的先进技术

3.嵌入式操作系统

1.ARM开发工具

2.ARM开发仿真工具

系统概述

四、实践教学安排

建立交叉开发环境。

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

促进学生的学习积极性，激发学生的潜能。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第二章嵌入式处理器体系结构

一、教学目标与要求

1）了解体系结构的概念；

2）理解并掌握ARM体系结构的技术特征；

3）掌握ARM处理器工作状态与工作模式；

4）掌握ARM处理器寄存器组织；

5）掌握ARM处理器的异常中断；

6）掌握ARM的存储器格式及数据类型；

7）了解ARM流水线技术；

8）掌握ARM总线结构及MMU；

9）了解典型ARM处理器核。

二、教学的重点和难点

1、ARM体系结构的技术特征。

2、ARM处理器工作状态与工作模式。

3、ARM处理器寄存器组织。

4、ARM处理器的异常中断。

5、ARM的存储器格式及数据类型。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

2.嵌入式微处理器

2-1ARM微处理器组成结构与工作原理

1.微处理器结构组成

2.微处理器的工作状态与工作模式

1.ARM体系结构的存储器格式

2.ARM体系结构的工作状态

3.ARM体系结构的运行模式

常用的嵌入式处理器简介

2-2ARM存储器存储方式与映射机制

1.微处理器的寄存器组织

2.异常中断模式处理过程

1.ARM体系结构的寄存器

2.ARM的异常处理

3.ARM的异常响应

4.ARM的异常返回

ARM体系支持的异常类型

四、实践教学安排

下载可执行文件到教学开发板

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法。

特别是具体讲解实例，促进学生的学习积极性，激发学生的潜能，在传授学生课程知识的同时，培养学生认知能力和自主学习能力。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第三章嵌入式处理器指令系统

一、教学目标与要求

1）掌握ARM指令分类及指令格式；指令的寻址方式；

2）掌握ARM指令集；ARM处理器支持的伪指令。

二、教学的重点和难点

1、ARM指令分类及指令格式。

2、ARM指令的寻址方式。

3、ARM指令集。

4、ARM处理器支持的伪指令。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

3.原理图设计实例

3-1ARM指令的寻址方式

1.立即寻址

2.寄存器寻址

3.寄存器间接寻址

4.基址变址寻址

5.多寄存器寻址

6.相对寻址

7.堆栈寻址

1.ARM嵌入式编程模型

1.立即寻址

2.寄存器寻址

3-2ARM指令集

1.数据处理指令

2.程序状态寄存器处理指令

3.寄存器加载/存储指令

4.跳转指令

5.移位指令

6.异常产生指令

1.ARM指令的格式

Thumb状态指令集

四、实践教学安排

固化DEMO程序

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法。

特别是详细讲解实例，促进学生的学习积极性，激发学生的潜能，在传授学生课程知识的同时，培养学生认知能力和自主学习能力。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第四章嵌入式系统程序设计基础

一、教学目标与要求

掌握ARM汇编器所支持的伪指令；汇编语言的语句格式及程序结构；嵌入式C语言程序设计。

二、教学的重点和难点

1、ARM汇编器所支持的伪指令。

2、汇编语言的语句格式及程序结构。

3、嵌入式C语言程序设计。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

4.嵌入式系统程序设计

4-1ARM汇编语言语句格式

1.ARM汇编语言程序中常见的符号

1.ARM汇编语言程序结构

ARM汇编伪指令

4-2ARM汇编语言程序结构

1.ARM汇编语言程序中的表达式与运算符

1.ARM汇编语言子程序调用

ARM汇编语言和C/C++的混合编程

四、实践教学安排

设计一段汇编程序完成数据块的复制；利用C语言和汇编的混合编程完成两个字符串的比较。

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、实践教学等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法。

促进学生的学习积极性，激发学生的潜能，培养学生认知能力和自主学习能力。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第五章典型嵌入式处理器

一、教学目标与要求

1）理解ARM7TDMI-S核的嵌入式微控制器LPC2000系列；XScale嵌入式微处理器。

2）掌握微处理器STM32

二、教学的重点和难点

ARM7TDMI核的微处理器STM32

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

5.嵌入式微处理器

5-1ARM微处理器组成结构与工作原理

1.ARM体系结构版本、命名规则

2.嵌入式微处理器系列产品

3.微处理器结构组成

4.微处理器的工作状态与工作模式

1.STM32处理器的功能与特性

常用的嵌入式处理器简介

5-2ARM存储器存储方式与映射机制

1.微处理器的寄存器组织

1.STM32处理器内部各模块

异常中断模式处理过程

四、实践教学安排

微处理器的寄存器组织

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

在教学过程中，注重基本理论、基本概念和基本方法，促进学生的学习积极性，激发学生的潜能，在传授学生课程知识的同时，培养学生认知能力和自主学习能力。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第六章嵌入式系统应用开发

一、教学目标与要求

熟练掌握嵌入式最小系统的概念；端口组件原理及应用；中断系统；UART组件原理及应用；DMA组件原理及应用；PWM组件原理及应用；I2C、I2S、SIO组件原理及应用；RTC、WDT、ADC、LCD、SPI及USB组件原理及应用。

二、教学的重点和难点

1、嵌入式最小系统的概念。

2、端口组件原理及应用。

3、中断系统。

4、UART组件原理及应用。

5、DMA组件原理及应用。

6、PWM组件原理及应用。

7、I2C、I2S、SIO组件原理及应用。

8、RTC、WDT、ADC、LCD、SPI及USB组件原理及应用。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

6.嵌入式系统设计与应用

6-1系统核心电路设计

1.微处理器芯片的选型

2.电源管理设计

3.存储系统设计

1.键盘接口

2.显示器接口

3.触摸屏接口

系统设计原则与设计步骤

6-2系统接口电路设计与应用

1.通用接口GPIO

2.系统异常中断处理方式

3.蓝牙通信技术

1.串行通信接口设计与应用

2.数字音频设备接口

A/D转换接口

四、实践教学安排

1.基于IIC按键中断控制

2.开发模数转换（ADC）设计

3.看门狗定时器（WDT）控制

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第七章嵌入式操作系统及其移植

一、教学目标与要求

掌握嵌入式操作系统Linux及其移植；掌握嵌入式系统的BootLoader

二、教学的重点和难点

1、嵌入式操作系统Linux及其移植。

2、嵌入式系统的BootLoader。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

7.嵌入式操作系统及其移植

7-1U-Boot编译、移植与调试

1.BootLoader的操作模式

2.BootLoader的启动方式

1.U-Boot编译

2.U-Boot移植

3.U-Boot调试

嵌入式Linux内核及其工作原理

7-2BootLoader的实现

1.BootLoader的启动过程

1.Linux内核要点

2.Linux移植项目

3.制作根文件系统

交叉编译环境

四、实践教学安排

Linux下音/视频文件编程与播放

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

第八章嵌入式系统设计实例

一、教学目标与要求

理解ARM处理器芯片的选择；车载信息系统设计实例；高压继电保护系统设计实例。

二、教学的重点和难点

1、ARM处理器芯片的选择。

2、车载信息系统设计实例。

3、高压继电保护系统设计实例。

三、知识点与技能点

章（项目）

节（子项目）

知识点

技能点

自学内容

8.嵌入式系统设计实例

8-1硬件系统设计

1.系统平台主板结构组成

1.用户应用程序设计

综合实训平台应用实例简介

8-2软件系统设计

1.系统软件需求分析与设计

1.核心板结构组成

系统平台主板结构组成

四、实践教学安排

1.GPIO构建小型声光报警系统实例

2.GPIO控制交流接触器实例

五、教学方法、手段与资源利用

在教学方法上，将课堂教学、课程研讨等有机地结合起来，并充分利用多媒体教学手段提高教学效率和教学效果。

六、考核评价内容与方式

蓝墨云班课平台进行即时性评价

麦可思进行即时性评价

麦可思进行阶段性评价

麦可思进行结果性评价

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