《嵌入式系统概论》教学大纲
课程名称：
| 嵌入式系统概论
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课程编号：
| 420306
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适用专业：
| 网络工程
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课程类别：
| 物联网工程方向限选课
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课程学分：
| 3
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总学时：
| 54
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其中：理论学时
| 38
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实验学时
| 16
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先修课程：
| 数字电路、模拟电路、操作系统，C语言，汇编语言
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一、课程的性质、目的与任务
本课程使用于计算机类专业，是网络工程专业的物联网方向的限先课。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念；掌握嵌入式处理器Arm体系结构，包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块、掌握ARM指令集和Thumb指令集；掌握ARM汇编语言和C语言编程方法；了解基于ARM的开发调试方法，以及在嵌入式Linux下的开发应用方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。
通过本课程的学习，要求学生达到:
1．使学生理解嵌入式系统的基本概念、基本原理和基本应用方法；
2、掌握嵌入式系统涉及开发的全过程，包括：嵌入式系统与单片机，嵌入式的操作系统，主流的嵌入式芯片ARM9的基本结构，嵌入式系统开发的一般方法，嵌入式的ARM汇编。
3、掌握嵌入式linux操作系统的开发方法，嵌入式系统与外部设备接口控制的方法。
4．训练学生运用所学基础知识解决实际问题的能力，同时要求拓宽专业知识面。
二、课程教学基本内容与要求
第一章 嵌入式系统概述
（一）基本教学内容
1.1 嵌入式系统的概念
1.2 嵌入式系统的发展现状与发展趋势
1.3 需要注意的行业标准与相关学科
1.4 嵌入式系统基本要素
（二）基本要求
教学目的：了解嵌入式系统的相关概念，嵌入式系统的分类，区别嵌入式系统与PC系统的区别与联系，掌握嵌入式系统设计模式。
教学重点：不同嵌入式处理器的性能和使用差别。
教学难点：不同嵌入式处理器的性能和使用差别。
第二章 ARM处理器基础
（一）基本教学内容
2.1 ARM处理器的特点和应用领域
2.2 数据类型和存储器组织
2.3 ARM寄存器的组织
2.4 ARM内核和SoC
2.5 ARM硬件的启动过程
2.6 ARM JTAG调试接口
（二）基本要求
教学目的：了解ARM的数据类型和基本存储器构造，理解ARM内核的数据模型和处理器运行模式及其相关概念。深入理解ARM各个处理器模式的使用和异同，掌握流水设计对芯片性能提升和影响。
教学重点：ARM各个处理器模式的使用，ARM体系结构。
教学难点：流水和标量设计。
第三章 ARM汇编程序设计
（一）基本教学内容
3.1 ARM的各种常用指令及其功能
3.2 ARM汇编器支持的各个伪指令
3.3 ARM汇编语言的语句格式
3.4 程序结构和基本的ARM汇编程序设计
（二）基本要求
教学目的：掌握ARM常用指令的使用，掌握ARM汇编程序。
教学重点：ARM指令的使用
教学难点：C和ARM的相互嵌入使用
第四章 ARM处理器的结构和特性
（一）基本教学内容
4.1 封转与引脚
4.2 低功耗与时钟电源管理
4.3 复位管理和电压管理
4.4 外部存储器接口，显示接口，USB接口，多媒体接口，快速捕获接口
（二）基本要求
教学目的：熟练掌握时钟与电源管理。
教学重点：各个I/O接口的原理和使用，接口电路和编写程序使用接口完成数据传输功能。
教学难点：各个I/O接口的原理和使用。
第五章 嵌入式软件设计
（一）基本教学内容
5.1 交叉编译的概念
5.2 引导加载程序
5.3 Linux内核移植
5.4 文件系统
（二）基本要求
教学目的：掌握如何建立交叉编译环境，如何裁剪内核和移植Linux操作系统。理解Bootloader原理和启动流程，文件系统基本概念。能独立实现一个基本内核移植和引导加载程序的移植。
教学重点：交叉编译的概念和使用；嵌入式系统环境的搭建。
教学难点：交叉编译的概念和使用。
第六章 实时操作系统
（一）基本教学内容
6.1 实时系统概念
6.2 实时系统可重入性
6.3 任务调度
6.4 任务优先级
（二）基本要求
教学目的：熟练掌握前后台系统原理，理解代码的临界段，资源，共享资源。掌握任务优先级和任务的调度算法。
教学重点：优先级位图调度。
教学难点：抢占式内核和抢占式调度。
第七章 嵌入式Linux驱动程序设计
（一）基本教学内容
7.1 Linux驱动程序结构
7.2 设备文件和设备文件系统
7.3 LED的驱动程序设计
7.4 Linux块设备驱动程序
7.5 Linux网络设备驱动程序
（二）基本要求
教学目的：熟练掌握Linux设备驱动程序的结构和各种常用驱动程序函数的使用。掌握设备驱动程序的设计实现。理解Linux下面文件概念和设备驱动程序的层次结构。
教学重点：驱动程序的编写和实现。
教学难点：驱动程序的编写和实现。
第八章 UCOS内核分析
（一）基本教学内容
8.1 UCOS任务管理功能
8.2 系统时间管理的功能
8.3 任务之间的通讯与同步
8.4 内存管理
（二）基本要求
教学目的：熟练掌握任务与进程、线程的区别、时间管理的功能、数据共享和任务通讯的方法。掌握UCOS如何实现多任务调度、与时钟节拍有关的系统服务、内存控制块、建立一个内存分区。
教学重点：存储管理机制。
教学难点：存储管理机制。
第九章 嵌入式图形界面编程
（一）基本教学内容
8.1 QT/E程序设计方法
8.2 常用的嵌入式GUI程序设计工具和使用
8.3 信号槽
（二）基本要求
教学目的：掌握信号和槽机制，QT基本的类和对象，使用Qt Designer设计部件布局和管理。理解QT程序如何移植到目标板，环境变量设置。能独立设计一个嵌入式GUI程序并移植到开发板上。
教学重点：信号槽机制，嵌入式GUI程序。
教学难点：信号槽机制。
三、课程各章节学时分配
序号
| 内容
| 理论学时
| 实验学时
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网工
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| 网工
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1
| 嵌入式系统概述
| 2
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2
| ARM处理器基础
| 6
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| 2
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3
| ARM汇编程序设计
| 6
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| 2
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4
| ARM处理器的结构和特性
| 6
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| 4
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5
| 嵌入式软件设计
| 6
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| 2
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6
| 实时操作系统
| 4
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| 2
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7
| 嵌入式linux驱动程序设计
| 4
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| 2
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8
| UCOS内核分析
| 2
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| 2
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9
| 嵌入式图形界面编程
| 2
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合计
| 38
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| 16
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四、本课程课外学习与修学指导
由于该课程涉及计算机系统中各种软硬件资源的管理，内容复杂，难度较大，且具有很强的实践性，所以要学好本课程，必须做到理论与实践紧密结合，才能达到较好的学习效果。要求学生多参阅相关书籍，多做练习，多上机实验，掌握操作系统的基本原理、主要算法及其实现过程。
五、本课程考核方式及成绩评定标准
考核方式：闭卷考试
成绩评定方法：本课程的考核是平时成绩、实验成绩和期终考试成绩相结合。具体比例为：上课出勤、作业占20%，实验占20%，期末考试成绩占60%。
其中期未考试总分100分，基础题占50%，中等难度题占40%，较难题占10%。考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、算法题、分析题、综合应用题等。
六、教材及参考书
教材：《ARM9嵌入式系统设计与开发教程》，于明.电子工业出版社.2006年
主要参考书：
[1]《ARM嵌入式处理器结构与应用基础》，马忠梅，马广云著航天大学出版社，2008年
[2]《ARM嵌入式技术及Linux高级实践教程》，秦贵和，徐华中，王磊著，陈向群、马洪兵译，北航出版社，2005年
[3] 《嵌入式开发圣经》（第二版），探矽工作室者，中国铁道出版杜
大纲撰写人：李 芳
大纲审阅人：罗如为
教学副主任：易叶青
编写日期：2012.6
