摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，CC2004已經(jīng)把嵌入式系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的核心課程。本文分析目前國(guó)內(nèi)對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才的需求和高校培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才的現(xiàn)狀，針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向的課程體系提出一套建設(shè)方案。
　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)；嵌入式系統(tǒng)；課程體系；
　　作者簡(jiǎn)介：蔣偉杰，男，講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。
　　1概述
　　1.1嵌入式系統(tǒng)定義及構(gòu)成
　　我國(guó)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義是：以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成，具有對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制或管理等功能。
　　1.2嵌入式產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
　　嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通訊、電子消費(fèi)品、醫(yī)療設(shè)備、軍工航太等領(lǐng)域。目前我國(guó)的手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、有線電視用戶數(shù)量均居全球第一，我國(guó)的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在其市場(chǎng)的促進(jìn)下突飛猛進(jìn)。根據(jù)賽迪顧問(wèn)的研究顯示，2007年中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到2 218.1億元，增長(zhǎng)32.3%。2005年到2007年的復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到23.1%，增長(zhǎng)速度持續(xù)高出同期全球嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的平均增速。另外，據(jù)全球著名市場(chǎng)調(diào)查公司GFK預(yù)測(cè)，2009年全球消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)銷售額將達(dá)到6 822億美元，其中中國(guó)的市場(chǎng)將占全球市場(chǎng)的14.5%[1]。IBM、Sybase、Oracle、Intel以及Microsoft等國(guó)際公司也紛紛在中國(guó)成立專門(mén)的嵌入式部門(mén)，進(jìn)軍中國(guó)的嵌入式市場(chǎng)。
　　1.3嵌入式人才需求
　　在嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的刺激下，相關(guān)企業(yè)
　　
　　對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才的需求與日俱增。在我國(guó)較大的兩家招聘網(wǎng)站“前程無(wú)憂”和“智聯(lián)招聘”上對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才的職位需求進(jìn)行調(diào)查，2010年3月20日對(duì)嵌入式相關(guān)職位的需求分別是6 371個(gè)和5 083個(gè)[2]，2011年1月2日的需求分別是9 760個(gè)和8 146個(gè)。不到10個(gè)月，其需求的增長(zhǎng)分別達(dá)到53.2%和60.3%。
　　近幾年，每年都有大量的人才進(jìn)入嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)人才培訓(xùn)機(jī)構(gòu)華清遠(yuǎn)見(jiàn)在《2009-2010年中國(guó)嵌入式開(kāi)發(fā)從業(yè)人員調(diào)查報(bào)告》中指出從事嵌入式開(kāi)發(fā)不到2年的工程師所占的比例是最大的，占總參與調(diào)研人數(shù)的60%。同時(shí)，該報(bào)告顯示，在接受調(diào)查的嵌入式工程師中有80%認(rèn)為自己公司目前都急缺嵌入式開(kāi)發(fā)方面的人才。
　　1.4嵌入式高校教育現(xiàn)狀
　　國(guó)內(nèi)大部分高校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)和電子通信相關(guān)專業(yè)只是將嵌入式系統(tǒng)的有關(guān)課程作為選修課來(lái)開(kāi)設(shè)，并未作為一個(gè)專業(yè)方向來(lái)設(shè)置，嵌入式系統(tǒng)課程沒(méi)有形成體系，因此在嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)上還普遍存在著幾個(gè)問(wèn)題。
　　1.4.1嵌入式系統(tǒng)知識(shí)學(xué)科融合性強(qiáng)，不同專業(yè)的學(xué)生各有其局限性
　　嵌入式系統(tǒng)需要掌握模擬電路、數(shù)字電路、EDA設(shè)計(jì)、微機(jī)原理及接口、程序設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)、軟件工程等綜合知識(shí)。而各專業(yè)學(xué)生的學(xué)科知識(shí)參差不齊，自動(dòng)化、測(cè)控和電子類的學(xué)生電子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)較好，程序設(shè)計(jì)偏弱；而計(jì)算機(jī)類的學(xué)生程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)好，電子設(shè)計(jì)能力偏弱[3]。
　　1.4.2嵌入式課程知識(shí)與實(shí)際需求脫節(jié)
　　嵌入式系統(tǒng)知識(shí)體系最主要的三大技術(shù)是計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，國(guó)內(nèi)高校這些課程的教學(xué)內(nèi)容老化，不能跟上最新技術(shù)的發(fā)展[4]。像計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的課程大多還停留在8位處理器的層次上，而目前在市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位的是32位處理器，畢業(yè)生所學(xué)的知識(shí)與企業(yè)需求脫節(jié)，導(dǎo)致嵌入式系統(tǒng)人才的缺乏，也制約著高校嵌入式系統(tǒng)課程的發(fā)展。
　　1.4.3師資不足，實(shí)驗(yàn)設(shè)備匱乏
　　嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，更加注重學(xué)生的實(shí)際開(kāi)發(fā)能力，在教學(xué)過(guò)程中一般要求以項(xiàng)目為導(dǎo)向、以開(kāi)發(fā)平臺(tái)為核心，這不僅要求教育模式和教育方法上的改革，還需要建設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　一般院校在嵌入式系統(tǒng)方向的師資有限，特別是軟硬件知識(shí)兼通的師資嚴(yán)重不足，熟悉應(yīng)用程式開(kāi)發(fā)和操作系統(tǒng)的教師對(duì)底層的處理器和驅(qū)動(dòng)了解不夠，而熟悉底層硬件的教師卻對(duì)軟件開(kāi)發(fā)比較陌生[5]。另一方面，嵌入式開(kāi)發(fā)需要很強(qiáng)的實(shí)踐能力，授課的教師需要具有很深的專業(yè)背景和工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)[6]才能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)，才能夠給出多個(gè)項(xiàng)目，讓項(xiàng)目貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。
　　嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)需要建立在大量的實(shí)踐基礎(chǔ)上，而嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)板、仿真工具等實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格較高，一般院校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，這也在相當(dāng)程度上限制了學(xué)生的實(shí)踐時(shí)間和空間[3]。
　　2嵌入式課程體系的建立
　　2.1嵌入式人才培養(yǎng)目標(biāo)
　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用可以分為三個(gè)層面[7]，從低到高分別是SOC系統(tǒng)設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)，嵌入式操作系統(tǒng)的移植、裁剪、驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)和平臺(tái)的設(shè)計(jì)，嵌入式的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。
　　中國(guó)嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中華嵌入式人才庫(kù)在2008年發(fā)布的《首次嵌入式企業(yè)人才需求報(bào)告》中顯示企業(yè)對(duì)應(yīng)屆畢業(yè)生的需求如圖1、圖2所示。
　　
　　圖1企業(yè)崗位需求
　　
　　圖2企業(yè)培訓(xùn)需求
　　圖1代表著現(xiàn)在企業(yè)需求的現(xiàn)狀。從圖1數(shù)據(jù)可以看出，目前企業(yè)招收畢業(yè)生最多的崗位是與Linux相關(guān)的開(kāi)發(fā)工程師以及軟件測(cè)試師等，而其余的主要是ARM開(kāi)發(fā)工程師與單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師，這說(shuō)明目前企業(yè)最需要的是嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)這一層面的人才。
　　圖2代表著企業(yè)未來(lái)的人才需求方向。圖2的數(shù)據(jù)表明企業(yè)最希望畢業(yè)生接受的培訓(xùn)是嵌入式培訓(xùn)，接下來(lái)是ARM、DSP等與嵌入式處理器的培訓(xùn)，其余的主要是FPGA及WindowCE的培訓(xùn)，這說(shuō)明未來(lái)企業(yè)最希望接收的人才是具有嵌入式系統(tǒng)多個(gè)層面基礎(chǔ)知識(shí)的通用人才，能夠具有軟硬件協(xié)同開(kāi)發(fā)的能力。而企業(yè)對(duì)ARM和DSP嵌入式處理器人才及FPGA設(shè)計(jì)人才的期望則說(shuō)明了兩個(gè)可能性，其一是企業(yè)對(duì)人才的需求向嵌入式系統(tǒng)的底層技術(shù)偏移，其
　　二是企業(yè)希望將來(lái)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員具有嵌入式系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)，了解嵌入式系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，更好為嵌入式軟件開(kāi)發(fā)服務(wù)。
　　因此，建立嵌入式課程體系的目標(biāo)是培養(yǎng)具有嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)，即嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)、嵌入式操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、嵌入式SOC設(shè)計(jì)三個(gè)不同層面都有一定基礎(chǔ)的人才，同時(shí)在這個(gè)基礎(chǔ)之上重點(diǎn)培養(yǎng)嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
　　2.2嵌入式課程體系的建設(shè)
　　要達(dá)到培養(yǎng)嵌入式人才的目標(biāo)，可以根據(jù)三個(gè)不同層面來(lái)分析其知識(shí)構(gòu)成及其相關(guān)的課程，并根據(jù)目前的主流技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，具體制定課程的主要內(nèi)容。
　　從嵌入式SOC設(shè)計(jì)的層面來(lái)看，需要的課程有EDA設(shè)計(jì)、嵌入式處理器及其接口、SOC設(shè)計(jì)等。嵌入式的處理器體系可以選擇目前應(yīng)用最廣泛的ARM體系結(jié)構(gòu)和DSP處理器結(jié)構(gòu)；嵌入式接口技術(shù)方面可以選擇用戶圖形界面、無(wú)線通訊等接口模塊；而SOC設(shè)計(jì)方面可以學(xué)習(xí)Altera公司的基于NiosII的SOPC設(shè)計(jì)。
　　從嵌入式的操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的層面來(lái)看，需要的課程有嵌入式操作系統(tǒng)以及嵌入式驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)等。嵌入式操作系統(tǒng)的學(xué)習(xí)以嵌入式Linux操作系統(tǒng)、WinCE操作系統(tǒng)、嵌入式Android操作系統(tǒng)等為主。
　　從嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的層面來(lái)看，需要的課程有嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、嵌入式軟件設(shè)計(jì)等。根據(jù)操作系統(tǒng)的教學(xué)情況，應(yīng)著重培養(yǎng)在Linux、WinCE、Android等系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行嵌入式應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的能力。
　　
　　根據(jù)目前一般院校的情況，新設(shè)置一個(gè)嵌入式專業(yè)來(lái)培養(yǎng)嵌入式人才，在短期內(nèi)顯得不切實(shí)際，因此最好的方式就是對(duì)原有的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)進(jìn)行改革，在原有的專業(yè)基礎(chǔ)上增加嵌入式系統(tǒng)方向，具體的做法如下。
　　專業(yè)基礎(chǔ)課的調(diào)整：在“組成原理”課程中增加ARM體系和DSP處理器的內(nèi)容，壓縮原有的X86架構(gòu)的內(nèi)容[7]；在“微機(jī)原理和接口”課程中選擇以ARM體系及其接口為主的課程內(nèi)容[8]。調(diào)整后的課程如下：計(jì)算機(jī)導(dǎo)論、C程序設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)電路與電子學(xué)、離散數(shù)學(xué)、數(shù)字電路、算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、組成原理、操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信、微機(jī)原理與接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、面向?qū)ο蟆Ｇ度胧较到y(tǒng)方向的專業(yè)課程設(shè)置如下：EDA設(shè)計(jì)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)SOPC設(shè)計(jì)、嵌入式Linux操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。專業(yè)選修課中增加兩門(mén)課程：嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。
　　調(diào)整后前5個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)課，第6個(gè)學(xué)期開(kāi)始分方向進(jìn)行學(xué)習(xí)。前5個(gè)學(xué)期的專業(yè)課程安排如表1所示。
　　表1專業(yè)課程安排表
　　3建設(shè)嵌入式課程體系的實(shí)施
　　3.1師資培養(yǎng)
　　除了直接引進(jìn)嵌入式系統(tǒng)的師資以外，還可以選擇加強(qiáng)原有師資力量，培養(yǎng)原來(lái)與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)方向課程的教師，特別是年輕的教師。培養(yǎng)的途徑有：讓教師參加嵌入式課程培訓(xùn)，了解嵌入式課程體系，掌握最新的嵌入式系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，明確教師在嵌入式課程體系中擔(dān)任的角色；計(jì)算機(jī)專業(yè)與電子專業(yè)的教師跨專業(yè)合作，利用自身的專業(yè)優(yōu)勢(shì)取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)課題的研究；在有條件的情況下，可以參與或申報(bào)嵌入式相關(guān)的科研項(xiàng)目，以及與企業(yè)進(jìn)行合作，開(kāi)展類似項(xiàng)目，進(jìn)一步將理論與實(shí)際需求相結(jié)合。
　　由于嵌入式系統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性、且與現(xiàn)實(shí)生活中的技術(shù)發(fā)展結(jié)合緊密。因此在部分課程的教學(xué)過(guò)程中，可以考慮建立業(yè)師制度，即由企業(yè)的嵌入式開(kāi)發(fā)工程師承擔(dān)課程的部分授課任務(wù)。業(yè)師可參考三個(gè)來(lái)源：嵌入式人才較多、需求較大的企業(yè)；嵌入式開(kāi)發(fā)板、嵌入式設(shè)備廠商；嵌入式系統(tǒng)的培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。
　　3.2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)
　　根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的設(shè)置，需要的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)要有兩種類型：一是CPLD/FPGA設(shè)計(jì)平臺(tái)，與SOPC課程設(shè)計(jì)配套。二是基于ARM體系的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用開(kāi)發(fā)的實(shí)際課程。
　　目前市場(chǎng)上相關(guān)的嵌入式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有很多，根據(jù)制定的培養(yǎng)目標(biāo)，選擇實(shí)驗(yàn)平臺(tái)時(shí)要滿足以下要求：有足夠的輸入輸出接口，以及多種常用的接口，能夠完成大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)。如輸入需要有指撥開(kāi)關(guān)、按鍵開(kāi)關(guān)、可調(diào)頻率的脈沖輸入、鍵盤(pán)輸入等，另外根據(jù)需求可以選擇有觸摸屏的輸入。輸出的接口需要含有(雙色)LED燈、七段代碼顯示器、點(diǎn)陣、液晶屏顯示器等。其他通信的接口如USB串口、RS-232 串行口、以太網(wǎng)接口、WIFI無(wú)線接口、VGA接口等。另外，還要求該實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠支持一定的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，可以進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，創(chuàng)新課題或者是畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。
　　3.3教學(xué)模式改革
　　由于嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在進(jìn)行嵌入式課程的教學(xué)過(guò)程中結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式，主
　　
　　要采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)方式。整個(gè)教學(xué)過(guò)程可以分成兩條主線，第一條主線是理論基礎(chǔ)及其實(shí)踐基本技能訓(xùn)練，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式；第二條主線以引導(dǎo)學(xué)生的積極性、開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主，在課程中給出多個(gè)項(xiàng)目，學(xué)生選擇感興趣的項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)自行分析、設(shè)計(jì)并完成。
　　4結(jié)語(yǔ)
　　嵌入式技術(shù)已成為當(dāng)今后PC時(shí)代的主流應(yīng)用，在中國(guó)嵌入式產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的情況下，如何在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)中注入嵌入式系統(tǒng)內(nèi)涵，培養(yǎng)合格的、適應(yīng)社會(huì)需求的嵌入式人才是現(xiàn)在高校計(jì)算機(jī)學(xué)科競(jìng)相研究的一個(gè)課題。我們正是針對(duì)嵌入式系統(tǒng)人才需求的實(shí)際情況，提出在培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才的過(guò)程中既要注重計(jì)算機(jī)學(xué)科的理論基礎(chǔ)也要加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。理論基礎(chǔ)的知識(shí)要與時(shí)俱進(jìn)，跟上科技發(fā)展的主流；實(shí)踐課程的設(shè)置上要以具體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為依托，以企業(yè)的需求為目的，培養(yǎng)出來(lái)的嵌入式系統(tǒng)人才在社會(huì)上才能夠占有一席之地。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1] 許曄. 發(fā)展嵌入式系統(tǒng)是我國(guó)后PC時(shí)代的戰(zhàn)略選擇[J]. 中國(guó)科