以目標(biāo)板任務(wù)為導(dǎo)向,整合嵌入式軟硬件教學(xué)的論文
論文摘要：本文提出一種從目標(biāo)板的工作原理和技術(shù)參數(shù)方面入手的設(shè)計(jì)思路，并將設(shè)計(jì)，制作，調(diào)試，開發(fā)目標(biāo)板的實(shí)驗(yàn)引入到教學(xué)當(dāng)中，對(duì)各種軟硬件教學(xué)都適用，通過目標(biāo)板來替代實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)驗(yàn)臺(tái)，激發(fā)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)造性，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了一種創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)方法。
論文關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng),目標(biāo)板,任務(wù)驅(qū)動(dòng),創(chuàng)新
創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是人類社會(huì)發(fā)展的不竭的動(dòng)力。在建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的過程中，高等學(xué)校承擔(dān)著培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才的神圣使命。要以加強(qiáng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)為核心目標(biāo)，必須積極推進(jìn)大學(xué)人才培養(yǎng)模式的改革和創(chuàng)新。
嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科融合的結(jié)果，包括計(jì)算機(jī)、電子、半導(dǎo)體、通信、控制等技術(shù)；嵌入式系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、智能交通、信息處理、儀器儀表、航空航天、家用電器、汽車電子、通信技術(shù)、安防系統(tǒng)和信息家電中；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的演化總的來說是因?yàn)閼?yīng)用需求的牽引和IT技術(shù)的推動(dòng)；嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向特定應(yīng)用，產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期，軟件固化存儲(chǔ)，OS內(nèi)核小，OS和應(yīng)用程序的區(qū)分不明顯。
一、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)方法變化的背景和意義
嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)通信、圖形界面、文件系統(tǒng)等模塊；嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動(dòng)程序移植和維護(hù)中解脫出來；能夠提供庫(kù)函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、工具集以及一些典型應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與桌面應(yīng)用開發(fā)存在很大區(qū)別，軟件和系統(tǒng)平臺(tái)緊密相關(guān)；嵌入式系統(tǒng)將迅速普及和發(fā)展，但不會(huì)取代傳統(tǒng)的單片機(jī)嵌入式測(cè)控系統(tǒng)，二者的發(fā)展空間并不沖突；嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)中的處理器、操作系統(tǒng)選擇。
目前大多數(shù)學(xué)校嵌入式實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課授課都采用嵌入式實(shí)驗(yàn)箱，嵌入式實(shí)驗(yàn)箱的大量采用，降低了嵌入式課程的授課成本并降低了課程的實(shí)驗(yàn)難度。然而，嵌入式實(shí)驗(yàn)箱的大量采用，也帶來了一系列的問題。在以“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)為目標(biāo)的理工科院校的實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)特別重視學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實(shí)踐能力、職業(yè)技能與就業(yè)能力。在此結(jié)合地方高校通信工程專業(yè)的特點(diǎn)對(duì)學(xué)生“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”能力培養(yǎng)的相關(guān)課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索，探討地方高校理工科學(xué)生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出理論與實(shí)踐相結(jié)合的創(chuàng)新性人才。
由于嵌入式實(shí)驗(yàn)箱的硬件相對(duì)固定，擴(kuò)展其它硬件相對(duì)困難。嵌入式實(shí)驗(yàn)箱硬件線路固定，對(duì)于使用者來說，相當(dāng)于一個(gè)“黑匣子”，使用者無法也無需知道硬件線路就可以完成實(shí)驗(yàn)。使用機(jī)器碼輸入對(duì)嵌入式實(shí)驗(yàn)箱使用者來說枯燥無味，與嵌入式程序調(diào)試概念大相徑庭，只是查找輸入錯(cuò)誤。
長(zhǎng)期使用嵌入式實(shí)驗(yàn)箱會(huì)阻礙使用者對(duì)嵌入式學(xué)習(xí)的興趣，扭曲對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)的概念：認(rèn)為輸入些機(jī)器碼就是嵌入式設(shè)計(jì)了。其實(shí)嵌入式設(shè)計(jì)是一個(gè)范圍非常廣的概念：從系統(tǒng)設(shè)計(jì)到軟、硬件的設(shè)計(jì)，從嵌入式核心到外圍器件的選取，甚至非電量器件等交叉學(xué)科的內(nèi)容，都屬于嵌入式設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容。
嵌入式目標(biāo)板的設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者對(duì)嵌入式學(xué)習(xí)的興趣，并通過學(xué)習(xí)和完成嵌入式目標(biāo)板的設(shè)計(jì)，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式軟、硬件設(shè)計(jì)的正確思路，熟悉嵌入式硬件和編程語(yǔ)言，增加對(duì)嵌入式外圍器件和非電量器件等交叉學(xué)科的了解，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。
二、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)最小目標(biāo)板教學(xué)實(shí)踐方案
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)最小目標(biāo)板主要完成以嵌入式為核心的，包含存儲(chǔ)器、A/D、D/A、鍵盤顯示、輸入輸出端口、時(shí)鐘等外圍電路的幾種嵌入式目標(biāo)板的硬件設(shè)計(jì)與制作，并編寫相應(yīng)的軟件，以利于學(xué)生學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)。以完成嵌入式最小系統(tǒng)板任務(wù)為導(dǎo)向，將理論與實(shí)踐進(jìn)行有效合理的整合，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行分解，變成可供實(shí)際推廣操作的學(xué)習(xí)任務(wù)，輔以必要的教育技術(shù)支持手段，強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在實(shí)際工程環(huán)境中掌握和內(nèi)化工程的理念。
嵌入式系統(tǒng)最小目標(biāo)板設(shè)計(jì)任務(wù)包括嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，在以模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與單片機(jī)原理與接口技術(shù)等基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生在設(shè)計(jì)能力方面的培養(yǎng)，提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力。因而，通信技術(shù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)可在基于現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行信息的采集、傳輸、處理、檢測(cè)、控制和現(xiàn)代通信網(wǎng)工程應(yīng)用的同時(shí)，以信息與通信工程技術(shù)為主線，融電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)于一體，學(xué)生軟硬件課程結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1學(xué)生軟硬件課程結(jié)構(gòu)圖
核心板提供相對(duì)應(yīng)微處理器的最小系統(tǒng)，包括了處理器、RAM、ROM、寄存器接口等；擴(kuò)展板提供電源、LCD顯示、串口、USB、以太網(wǎng)口等模塊。改革課程考核方式，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、可視化程序設(shè)計(jì)等技術(shù)課程的考核成績(jī)?nèi)坎捎脤?shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)的40%，課程設(shè)計(jì)(要求有硬件和軟件制作)占總成績(jī)的40%，創(chuàng)意制作占總成績(jī)的20%。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，完成選定題目的課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)題目每年不斷更新，學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度選擇不同難度的題目，分值依據(jù)題目難易程度而定。使學(xué)生在不斷改進(jìn)、反復(fù)鍛煉中提高分析問題、解決問題的能力，在實(shí)踐過程中真正做到舉一反三。學(xué)生須進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，為了使實(shí)踐內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系得更緊密，可結(jié)合前面所講的教學(xué)層面要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐核心板與擴(kuò)展板這樣將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)融合到地方理工科院校的`人才培養(yǎng)體系中。通過加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)與科技制作及科技競(jìng)賽等創(chuàng)新學(xué)分的管理，改革相關(guān)課程考核方式，綜合考慮知識(shí)、能力和素質(zhì)三者的關(guān)系，統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系，提供豐富的工程設(shè)計(jì)課題，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的工程訓(xùn)練，促進(jìn)大學(xué)教育的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。
在教學(xué)過程中，學(xué)生在完成以計(jì)算機(jī)、電子、半導(dǎo)體、通信、控制等多學(xué)科相融合的嵌入式最小系統(tǒng)板的軟、硬件設(shè)計(jì)任務(wù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)嵌入式軟、硬件的了解和嵌入式設(shè)計(jì)的概念。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟、硬件課程教學(xué)的整合。
三、結(jié)束語(yǔ)
以目標(biāo)板任務(wù)為導(dǎo)向，整合嵌入式軟硬件以嵌入式目標(biāo)板的軟、硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，同時(shí)制定切實(shí)可行的教學(xué)計(jì)劃，大綱的設(shè)計(jì)以及實(shí)施細(xì)則。并在教學(xué)過程中逐漸完善，，都是一種新的嘗試，是創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)
[1]嵌入式系統(tǒng)是多學(xué)科融合的結(jié)果，包括計(jì)算機(jī)、電子、半導(dǎo)體、通信、控制等技術(shù)。教學(xué)過程以學(xué)生完成任務(wù)為導(dǎo)向，是教學(xué)方法的創(chuàng)新嘗試。
[2]嵌入式目標(biāo)板的設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)習(xí)者對(duì)嵌入式學(xué)習(xí)的興趣，并通過學(xué)習(xí)和完成嵌入式目標(biāo)板的設(shè)計(jì)，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)和嵌入式軟、硬件設(shè)計(jì)的正確思路，熟悉嵌入式硬件和編程語(yǔ)言，增加對(duì)嵌入式外圍器件和非電量器件等交叉學(xué)科的了解，在完成任務(wù)的過程中整合有關(guān)的硬件課程。為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。
[3]學(xué)生完成嵌入式最小系統(tǒng)后，熟悉硬件結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，能夠完成教學(xué)任務(wù)并進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，突破了以往教學(xué)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的單一模式。
[4]嵌入式最小系統(tǒng)可以回收再利用，供軟件類專業(yè)仿真編程或練習(xí)用。節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本。
[5]嵌入式發(fā)展迅速，嵌入式最小系統(tǒng)的制作可以更快的跟進(jìn)企業(yè)與技術(shù)的發(fā)展，有利于學(xué)生就業(yè)。
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