1 嵌入式技術(shù)發(fā)展對(duì)嵌入式教學(xué)的影響
　　嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為核心進(jìn)行定制的計(jì)算系統(tǒng)，融合了多種技術(shù)，并與具體行業(yè)需求相結(jié)合[1]。經(jīng)過多年的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步則使摩爾定律將在十年內(nèi)繼續(xù)保持有效[2]。嵌入式芯片將得到進(jìn)一步的高效利用，在性能獲得持續(xù)提升的同時(shí)，其功耗和價(jià)格也在不斷下
　　
　　降。這就意味著嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，成為無(wú)所不在的計(jì)算裝置[3]。尤其是隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正快速?gòu)墓铝⒋嬖诘脑O(shè)備轉(zhuǎn)為通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備。嵌入式技術(shù)的迅速發(fā)展為應(yīng)用的擴(kuò)展提供了良好的基礎(chǔ)，但同時(shí)也使得嵌入式技術(shù)的更新速度加快。這就意味著在高校中開展嵌入式教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)。
　　
　　武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院較早開設(shè)了嵌入式相關(guān)課程。為了形成嵌入式教學(xué)特色，課程組以自身的嵌入式科研和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了嵌入式教學(xué)模塊，形成了軟硬件協(xié)同的教學(xué)課程設(shè)置，從本科生延伸到研究生的教學(xué)層次劃分。在此過程中，依據(jù)教學(xué)效果，并在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外大學(xué)嵌入式課程設(shè)置的基礎(chǔ)上[4-9]，進(jìn)行課程的改進(jìn)和優(yōu)化。嵌入式課程是理論與實(shí)踐相結(jié)合、理論與實(shí)踐不可偏廢的課程。在開展課程建設(shè)和教學(xué)活動(dòng)的過程中，課程組注重在理論教學(xué)基礎(chǔ)上，通過各類實(shí)踐活動(dòng)來(lái)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生在嵌入式技術(shù)方面理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐動(dòng)手相結(jié)合的綜合素質(zhì)。在近年來(lái)的教學(xué)中，隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式課程建設(shè)不得不面對(duì)迅速更新的教學(xué)內(nèi)容、不斷進(jìn)步的硬件平臺(tái)以及各種創(chuàng)新的應(yīng)用開發(fā)需求。這就使得課程建設(shè)既立足于已有基礎(chǔ)，也要緊跟技術(shù)的進(jìn)步，不斷推動(dòng)嵌入式課程的建設(shè)與優(yōu)化，使嵌入式課程能夠良性發(fā)展。
　　2基于凌動(dòng)處理器的嵌入式課程建設(shè)
　　在嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程中，嵌入式處理器是關(guān)鍵的內(nèi)容。隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式處理器的發(fā)展也日新月異。從傳統(tǒng)的單核嵌入式處理器，正逐漸向雙核乃至多核的嵌入式處理器發(fā)展。同時(shí)，隨著嵌入式設(shè)備本身功能的不斷增強(qiáng)，應(yīng)用日益豐富，對(duì)嵌入式處理器的性能和功耗等方面也提出了更高的要求。例如，由英特爾公司推出的凌動(dòng)處理器，就是面向嵌入式領(lǐng)域的典型處理器。它延續(xù)了英特爾公司在處理器設(shè)計(jì)方面的深厚積累，也將嵌入式系統(tǒng)對(duì)處理器的要求加入到處理器設(shè)計(jì)當(dāng)中，為嵌入式系統(tǒng)提供更好的計(jì)算能力。
　　嵌入式處理器的發(fā)展是嵌入式教學(xué)必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。課程組通過對(duì)嵌入式技術(shù)的準(zhǔn)確把握，及時(shí)將新發(fā)展融入到課程建設(shè)當(dāng)中去，構(gòu)建出更為符合嵌入式發(fā)展趨勢(shì)、滿足教學(xué)要求的嵌入式課程。在進(jìn)行課程建設(shè)時(shí)，課程組將凌動(dòng)處理器給嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)的變化引入到課程當(dāng)中去，首先從整個(gè)課程體系的角度建立系統(tǒng)化的課程體系優(yōu)化；然后根據(jù)嵌入式處理器的技術(shù)發(fā)展，對(duì)嵌入式課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)更新；在此基礎(chǔ)上，課程組還在原有嵌入式教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新的實(shí)踐方式，實(shí)現(xiàn)新的教學(xué)內(nèi)容及實(shí)踐的一體化。此外，課程組還積極展開校企合作，通過英特爾大學(xué)合作計(jì)劃來(lái)進(jìn)行嵌入式課程的共建。
　　1) 嵌入式課程體系的優(yōu)化。
　　在嵌入式教學(xué)模塊中，以面向本科生的嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課程為課程模塊核心。該課程的教學(xué)目標(biāo)是介紹嵌入式處理器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并引入嵌入式操作系統(tǒng)的概念，將兩者結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能夠?qū)η度胧较到y(tǒng)有整體的了解。然后在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程中引入嵌入式軟件的開發(fā)內(nèi)容，與嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課程內(nèi)容形成連續(xù)性。而在研究生課程中，則進(jìn)一步將嵌入式處理器所采用的具體原理及其技術(shù)納入到課程中，進(jìn)行深入的講解，使學(xué)生“知其所以然”。
　　在引入凌動(dòng)處理器的最新發(fā)展后，課程組通過對(duì)凌動(dòng)處理器技術(shù)的分析，將主要技術(shù)內(nèi)容劃分為三個(gè)模塊，分別是凌動(dòng)處理器特點(diǎn)及其基本架構(gòu)、面向凌動(dòng)處理器的系統(tǒng)開發(fā)方法和凌動(dòng)處理器實(shí)現(xiàn)原理。其中，凌動(dòng)處理器特點(diǎn)及其基本架構(gòu)是核心和關(guān)鍵內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課程之前，已經(jīng)完成了計(jì)算機(jī)組成原理等相關(guān)前置課程的學(xué)習(xí)，并具備了一定的實(shí)踐能力。該部分內(nèi)容被置入到嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課程中后。因此，在嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)課程中引入凌動(dòng)處理器的內(nèi)容，學(xué)生具有了學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，由于凌動(dòng)處理器的廣泛應(yīng)用，學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)凌動(dòng)處理器的相關(guān)知識(shí)也非常感興趣。面向凌動(dòng)處理器的系統(tǒng)開發(fā)方法將置入到嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程當(dāng)中，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何在基于凌動(dòng)處理器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行操作系統(tǒng)的移植和嵌入式軟件的開發(fā)。凌動(dòng)處理器實(shí)現(xiàn)原理將被置入到研究生課程當(dāng)中，作為凌動(dòng)處理器更為深入的技術(shù)介紹，成為課程中的一個(gè)專題內(nèi)容。
　　通過分別引入凌動(dòng)處理器的技術(shù)，課程組在保持課程延續(xù)性的基礎(chǔ)上，形成了新的一致性，即凌動(dòng)處理器技術(shù)內(nèi)容在各個(gè)課程中的合理分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式課程體系的有效優(yōu)化。
　　2) 嵌入式課程教學(xué)內(nèi)容更新。
　　凌動(dòng)處理器是源于英特爾公司的技術(shù)，但是由于面向的是嵌入式領(lǐng)域，因此它與傳統(tǒng)的IA(Intel Architecture)架構(gòu)有一定的差別，有其自身的特點(diǎn)。課程組將整個(gè)凌動(dòng)處理器相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容劃分為如下知識(shí)點(diǎn)。
　　(1) 凌動(dòng)體系結(jié)構(gòu)。
　　該部分主要介紹凌動(dòng)處理器的體系結(jié)構(gòu)。凌動(dòng)處理器與傳統(tǒng)IA架構(gòu)有區(qū)別，本部分內(nèi)容將從這些區(qū)別著手，將凌動(dòng)處理器的體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的IA區(qū)分開來(lái)；然后再詳細(xì)介紹凌動(dòng)處理器本身的架構(gòu)特點(diǎn)，包括其片上存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)訪問特征及其指令集等，并引入面向凌動(dòng)處理器的匯編語(yǔ)言介紹。
　　(2) 面向凌動(dòng)的操作系統(tǒng)級(jí)開發(fā)。
　　該部分主要包括了Boot Loader的開發(fā)與操作系統(tǒng)本身的移植。Boot Loader是嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)啟動(dòng)前運(yùn)行的引導(dǎo)程序。Boot Loader將完成系統(tǒng)硬件的初始化等工作，因此與硬件相關(guān)。這部分內(nèi)容主要介紹如何選擇并為凌動(dòng)定制Boot Loaer。而操作系統(tǒng)本身的移植則是將應(yīng)用轉(zhuǎn)向凌動(dòng)所必需的步驟。這部分內(nèi)容主要介紹如何選擇一個(gè)合適的嵌入式操作系統(tǒng)，并完成移植工作。
　　(3) 面向凌動(dòng)的驅(qū)動(dòng)及應(yīng)用軟件開發(fā)。
　　該部分主要包括為基于凌動(dòng)處理器的平臺(tái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的開發(fā)，并在操作系統(tǒng)支持下開發(fā)應(yīng)用軟件。主要內(nèi)容包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)、圖形驅(qū)動(dòng)、軟件開發(fā)工具和相關(guān)的開發(fā)方法。
　　(4) 軟件性能調(diào)優(yōu)。
　　嵌入式系統(tǒng)資源有限，為了提高程序性能，需要進(jìn)行軟件性能的調(diào)優(yōu)。該部分主要內(nèi)容包括凌動(dòng)平臺(tái)上的性能調(diào)優(yōu)方法、凌動(dòng)性能調(diào)優(yōu)工具(包括單核和多核的調(diào)優(yōu))、功耗優(yōu)化技巧和方法。
　　(5) 凌動(dòng)性能與功耗優(yōu)化技術(shù)。
　　凌動(dòng)處理器采用了眾多的優(yōu)化技術(shù)，來(lái)提高性能、降低功耗。這是凌動(dòng)處理器在設(shè)計(jì)上創(chuàng)新。這部分內(nèi)容將與嵌入式技術(shù)的前沿結(jié)合，將微架構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)能計(jì)算等技術(shù)與凌動(dòng)處理器的具體實(shí)例進(jìn)行結(jié)合分析。
　　上述5個(gè)部分的內(nèi)容，按照課程體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，知識(shí)點(diǎn)(1)和(2)屬于凌動(dòng)處理器特點(diǎn)及其基本架構(gòu)部分，知識(shí)點(diǎn)(3)和(4)屬于面向凌動(dòng)處理器的系統(tǒng)開發(fā)方法部分，知識(shí)點(diǎn)(5)則屬于凌動(dòng)處理器實(shí)現(xiàn)原理部分，分別納入到不同課程當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容的整體更新。與此同時(shí)，對(duì)于凌動(dòng)處理器新的發(fā)展，課程組也適時(shí)地進(jìn)行整理，并融入到已有的課程內(nèi)容當(dāng)中。
　　3) 嵌入式教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)。
　　在嵌入式教學(xué)實(shí)踐方面，課程組首先將與凌動(dòng)技術(shù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)加入到已有的實(shí)踐活動(dòng)中。課程組為凌動(dòng)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了有針對(duì)性的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，作為基本的實(shí)踐內(nèi)容?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)主要幫助學(xué)生理解基本的理論知識(shí)，并具備初步的凌動(dòng)平臺(tái)上的動(dòng)手能力。綜合性實(shí)驗(yàn)則要求學(xué)生完成一個(gè)較為全面的實(shí)驗(yàn)，提升實(shí)踐能力。同時(shí)，課程組支持學(xué)生進(jìn)行基于凌動(dòng)平臺(tái)的各類實(shí)踐和創(chuàng)新項(xiàng)目。學(xué)生可以提出與凌動(dòng)相關(guān)的創(chuàng)意，經(jīng)過批準(zhǔn)后在凌動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)踐。這使學(xué)生能夠獲得在實(shí)際平臺(tái)上的實(shí)踐機(jī)會(huì)，提高動(dòng)手能力。
　　
　　此外，課程組提出了自由創(chuàng)意的實(shí)踐教學(xué)思想。首先，學(xué)生依托于自發(fā)組織的技術(shù)社團(tuán)，自行組建開發(fā)小組。開發(fā)小組向課程組申請(qǐng)凌動(dòng)平臺(tái)，并在凌動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行自由的發(fā)揮。在開發(fā)過程中，課程組不干涉開發(fā)團(tuán)隊(duì)的工作，僅在必要時(shí)給予指導(dǎo)。開發(fā)小組的創(chuàng)意由學(xué)生的技術(shù)社團(tuán)進(jìn)行評(píng)估。在實(shí)施過程中，可向課程組申請(qǐng)技術(shù)指導(dǎo)。開發(fā)小組的工作存在兩種結(jié)果：一種是成功實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)意，另一種則是由于各種原因?qū)е铝耸?。課程組隨后會(huì)幫助開發(fā)小組分析成功和失敗的原因。尤其是對(duì)于失敗的案例，將在技術(shù)社團(tuán)內(nèi)部進(jìn)行充分的討論和分析。同時(shí)，兩類案例在經(jīng)過總結(jié)后，將成為課程的一部分，為所有的學(xué)生提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
　　這種實(shí)踐方式不同于傳統(tǒng)的實(shí)踐方式。在傳統(tǒng)的實(shí)踐方式中，追求的往往是成功實(shí)踐。而在這種實(shí)踐方式中，允許學(xué)生出現(xiàn)失敗的案例。成功和失敗的案例都將成為學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的寶貴經(jīng)驗(yàn)，并鍛煉學(xué)生鍥而不舍的精神。通過失敗案例的分析，學(xué)生能夠深入了解問題所在，提高自己的能力。
　　4) 英特爾? 大學(xué)合作計(jì)劃共建嵌入式課程。
　　嵌入式系統(tǒng)是實(shí)踐性強(qiáng)的課程，且與業(yè)界有著非常密切的關(guān)系。為了更好地進(jìn)行嵌入式課程建設(shè)，課程組與英特爾公司進(jìn)行了深入的合作。武漢科技大學(xué)已經(jīng)加入了英特爾? 大學(xué)合作計(jì)劃，獲得了英特爾公司在凌動(dòng)處理器技術(shù)等方面的幫助。
　　通過加入英特爾大學(xué)合作計(jì)劃，課程組獲得了豐富的教學(xué)內(nèi)容資源。英特爾大學(xué)合作計(jì)劃提供了凌動(dòng)處理器的最新發(fā)展，并提供了凌動(dòng)處理器的相關(guān)教材[10]。這些為課程組進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容的更新提供了充足的材料。同時(shí)，通過英特爾大學(xué)計(jì)劃中的教學(xué)研討會(huì)，課程組與來(lái)自全國(guó)多所高校嵌入式系統(tǒng)的教師們進(jìn)行了深入透徹的交流，了解了其他兄弟院校對(duì)嵌入式課程體系規(guī)劃、嵌入式課程的建設(shè)方法；也得到了進(jìn)行凌動(dòng)技術(shù)更新的有效方法和經(jīng)驗(yàn)。這些都為課程組開展自身的課程建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)。
　　嵌入式課程往往需要及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的更新。在開展課程建設(shè)的過程中，課程組根據(jù)教學(xué)需要
　　
　　進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新?lián)Q代。英特爾大學(xué)計(jì)劃為課程組的設(shè)備更新計(jì)劃提供了足夠的幫助。通過該計(jì)劃，課程組獲得了最新的基于凌動(dòng)處理器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為教學(xué)的順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步推動(dòng)嵌入式教學(xué)的發(fā)展，課程組還通過英特爾大學(xué)計(jì)劃邀請(qǐng)英特爾公司的資深工程師進(jìn)行交流和講座，及時(shí)了解了凌動(dòng)技術(shù)的最新進(jìn)展情況，學(xué)生也擴(kuò)大了視野，促進(jìn)對(duì)課程內(nèi)容的理解。
　　3總結(jié)與展望
　　嵌入式系統(tǒng)尤其是嵌入式處理器技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得高校的嵌入式教學(xué)面臨著新的挑戰(zhàn)，但也是推動(dòng)嵌入式教學(xué)改進(jìn)與發(fā)展的有利機(jī)遇。作為嵌入式處理器中的典型代表，凌動(dòng)處理器充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，是嵌入式領(lǐng)域中的重要力量。武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院嵌入式課程組將凌動(dòng)技術(shù)納入到嵌入式課程當(dāng)中，進(jìn)行了課程體系的優(yōu)化、教學(xué)內(nèi)容更新、教學(xué)實(shí)踐的設(shè)計(jì)等方面的探索，并通過英特爾大學(xué)合作計(jì)劃來(lái)推動(dòng)嵌入式課程的建設(shè)。
　　在課程建設(shè)方面，盡管已經(jīng)初步形成了具有良好教學(xué)效果的體系，但是仍然需要不斷進(jìn)行探索。尤其是在嵌入式技術(shù)發(fā)展迅速、技術(shù)更新快的情況下，進(jìn)行課程規(guī)劃和建設(shè)、教學(xué)方法的改進(jìn)，提高嵌入式科研水平，進(jìn)而推動(dòng)教學(xué)的進(jìn)步，仍然是今后需要關(guān)注的關(guān)鍵問題。通過持續(xù)的關(guān)注和切實(shí)的工作，提高嵌入式教學(xué)質(zhì)量；同時(shí)不斷加深英特爾大學(xué)合作計(jì)劃的深度，將有力推動(dòng)教育與產(chǎn)業(yè)的結(jié)合，培養(yǎng)出高素質(zhì)的嵌入式人才。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] Alberto L