王威

摘要：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是一門軟硬件相互結合的綜合課程。筆者分析了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程的特點及現(xiàn)狀，針對目前教學中存在的問題，結合計算機技術系學生特色與NEWLab實訓設備，從課程內容、教學方法、實驗教學等方面進行了一系列教學研究及改進。經(jīng)過教學實踐證明，該文教學法能有效解決之前存在的問題，更好地達成課程目標。

關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)開發(fā);物聯(lián)網(wǎng);教學方法

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）34-0104-02

嵌入式系統(tǒng)是一種專用計算機系統(tǒng)，嵌入到裝置或設備中。嵌入式系統(tǒng)的功能、成本、開發(fā)效率等條件決定了嵌入式設備的選材多樣化，軟件、硬件可裁剪[1]。隨著近年物聯(lián)網(wǎng)新一代信息技術發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)重要組成部分的嵌入式系統(tǒng)技術人才需求大增，有這廣闊的應用和就業(yè)前景。

嵌入式系統(tǒng)是系統(tǒng)的應用軟件與系統(tǒng)的硬件一體化，類似BIOS工作方式，應用范圍很廣。因此，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學內容設置廣泛，軟件部分包括匯編語言、C語言以及嵌入式Linux操作系統(tǒng)相關知識，硬件部分涉及計算機原理、基礎硬件電路、接口協(xié)議等技術，在綜合知識和計算機編程能力上有較高要求[2]。

1 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程特點

1.1 綜合性強

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程對知識的綜合性有較高要求。要求學生掌握計算機相關基礎知識，以及硬件結構和軟件編程。硬件有ARM結構、電路原理、串口協(xié)議;軟件有ARM指令、匯編、C語言、嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件開發(fā)。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程，要求學生了解嵌入式Linux系統(tǒng)的移植和基礎設備驅動開發(fā)，熟悉硬件體系結構和基礎ARM硬件開發(fā)，掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的搭建，讓學生能夠獨立開發(fā)一個小型完整的嵌入式系統(tǒng)。

1.2 實踐性強

課程的實踐性很強。課程設計上實訓環(huán)節(jié)占了大部分時間，重要程度不言而喻。在實訓過程中，學生對基礎理論知識有了更強的理解，學生的學習興趣得到提高，學生的動手能力得到培養(yǎng)。通過實訓，學生能熟悉嵌入式系統(tǒng)完整的開發(fā)流程，并在實例中掌握軟硬件開發(fā)方法。

2 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學內容改革

2.1 教學內容設置

江西信息應用職業(yè)技術學院計算機技術系旨在培養(yǎng)計算機應用技術領域緊缺人才，在嵌入式課程體系設置上，規(guī)劃了《單片機技術》和《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》兩門課程。?？频诙W期開設《單片機技術》課程，介紹了51單片機工作原理及相關應用技術。在第四學期開設《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)》課程，使用NEWLab嵌入式ARM開發(fā)板，作為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的實訓平臺。51單片機由來已久且學習難度不高，在C語言程序設計與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中有一種承上啟下的作用，從而為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程的學習打好了基礎。

在教材的選擇上，由于NEWLab嵌入式ARM開發(fā)板采用市場上較新的S3C2451芯片，而市面上還沒有關于S3C2451芯片開發(fā)的教材，故選用相近的S3C2440芯片的教材。系里采用韋東山編著的《嵌入式Linux應用開發(fā)完全手冊》作為教材。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)嵌入式教學內容側重點

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)可分為硬件開發(fā)和軟件開發(fā)兩個方向，而軟件開發(fā)又可細分為系統(tǒng)級軟件開發(fā)和應用軟件開發(fā)兩個子方向。硬件開發(fā)包括ARM、存儲（如flash）、I/O（I/O控制電路、顯示模塊、通訊模塊等），系統(tǒng)級軟件開發(fā)包括Linux操作系統(tǒng)內核、I/O軟件以及設備驅動開發(fā)，應用軟件開發(fā)包括基于Linux的應用開發(fā)。考慮到物聯(lián)網(wǎng)技術專業(yè)學生特長和發(fā)展方向，目標培養(yǎng)更偏向于嵌入式Linux系統(tǒng)軟件的開發(fā)，在授課計劃安排上以軟件為主，兼顧學習硬件基礎知識。主要學習匯編語言、C語言程序設計、Linux命令、側重于編程應用。

3 課堂教學方法改革

3.1 講授法與討論法相結合

在教學中，講授法是最基本的教學方法，但要充分調動學生的學習積極性，還需與討論法相結合。教師在講授了基本知識后拋出適當?shù)膯栴}，學生以小組為單元，在教師的指導下對問題進行分析和探討，并通過討論活動獲得知識。有點在于，培養(yǎng)合作精神，激發(fā)學生的學習興趣，提高學生學習的獨立性。

3.2 項目驅動式教學方法

江西信息應用職業(yè)技術學院是一所應用型高職院校，主要是以應用型人才培養(yǎng)為目標，因此在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程中使用項目驅動式教學方法[3]。講授實訓開發(fā)內容時，以項目為任務中心，在強烈的問題動機驅動下，通過對學習資源的積極主動應用，進行自主探索和互動協(xié)作的學習，并在完成既定任務的同時，引導學生產生一種學習實踐活動。專業(yè)教師應積極鼓勵學生參加專業(yè)相關的職業(yè)技能競賽活動，例如物聯(lián)網(wǎng)比賽、互聯(lián)網(wǎng)+比賽，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽等，在比賽中指導學生，讓學生在比賽中進一步加深知識的應用。

4 實驗教學改革

實驗教學是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學的一個重要環(huán)節(jié)，其優(yōu)劣關系到學生對于這門課的掌握。通過實驗，可以幫助學生加深對理論知識的理解，更著重培養(yǎng)學生正確使用儀器設備，進行測試、分析、綜合思考和編寫實驗報告的能力。

4.1 實驗課程的內容安排

實驗設備采用北京新大陸時代教育科技有限公司的嵌入式教學平臺NEWLab，其ARM核心模塊采用S3C2451作為CPU，配有64MB的SDRAM，1GB nand flash。外部接口豐富，包含USB、miniUSB、RJ45通信接口，JTAG調試接口，液晶屏、觸摸屏、鍵盤接口，并將SDIO，SPI，I2C，UART，SD/TF等接口引出，方便與外部模塊進行連接。

實驗課內容從容易到難，從單個硬件的使用到多個硬件的綜合控制。開始是用GPIO端口控制LED顯示的例子程序，在這個例程中需完成工程的新建、匯編程序的編寫、C語言程序的編寫、燒寫程序并調試，最后是觀看實驗結果。在這個實驗中，學生初步掌握嵌入式linux系統(tǒng)中arm-linux-gcc開發(fā)工具的使用以及程序燒寫的一般步驟，還對基本的ARM內GPIO端口有了初步的認識。后續(xù)開設的實驗項目包括UART串口打印實驗、中斷控制實驗、RTC實時時鐘實驗等，這些實驗都會用GPIO。實驗過程中，注意激發(fā)學生的學習熱情和動手實驗的興趣。鼓勵學生采用不同的C語言算法實現(xiàn)同一個實驗的功能，提高學生的編程能力，達到舉一反三的作用。

4.2 實驗教學環(huán)節(jié)改革

對實驗教學環(huán)節(jié)設計進行改革，從以往的“驗證性為主”逐步變?yōu)椤膀炞C性為輔，自己動手創(chuàng)新為主”的實驗課程教學設計模式。

在GPIO端口控制LED顯示等實驗中，首先教學生用匯編語言點亮一個LED燈，在學生都能掌握匯編語言程序編寫和燒寫調試后，對C語言指針等基礎知識進行復習，引導學生用C語言程序來點亮LED燈。這樣，不僅加強了學生對C語言的掌握，還進行了驗證性實驗。接下來對學生開展創(chuàng)新型實驗，將每個班的學生分成10組，實驗以小組為單位進行，每組采用不同算法實現(xiàn)LED跑馬燈或流水燈等亮化效果，實驗完成后各小組展示自己的實驗成果，最后由亮化美觀效果進行評分。實驗結果表明，通過分組展示的競爭激勵機制，調動了學生的積極性，充分發(fā)揮了學生的創(chuàng)新能力。

5 結束語

通過以上一系列課程教學改革，有效地調動了學生學習的主觀能動性，提高了學生分析解決問題的能力，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1] 張立新. 計算機嵌入式系統(tǒng)核心技術的開發(fā)探討[J]. 無線互聯(lián)科技， 2017（21）： 80-81.

[2] 朱銘琳. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)課程教學改革[J]. 信息與電腦： 理論版， 2017（19）： 231-233.

[3] 湯龍梅， 王璇， 郭方. 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實例課程教學方法探索[J]. 福建電腦， 2017， 33（5）： 67-68， 92.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】