《嵌入式系统物联网专业》课程教学大纲

1、PAGE 6PAGE 8嵌入式系统 教学大纲一、说明（一）课程性质 “嵌入式系统”是物联网工程专业的专业必修课程，是一门实践与理论结合性很强的课程，以电子线路、微机原理与接口技术、操作系统、计算机网络等课程为基础。随着后PC时代的到来，以高速度、高可靠、低功耗为特征的嵌入式系统的应用日益广泛和深入，嵌入式系统设计在计算机科学与技术专业课程体系中的地位愈发重要。（二）教学目的 通过本课程的学习，要求学生掌握嵌入式系统的基础概念和基本原理；熟悉ARM体系结构的特点；熟练掌握嵌入式LINUX系统开发的基本知识；了解嵌入式应用系统的基本开发流程。为将来成为一个合格的高新技术工程研发人员打下坚实的基础。

2、 （三）教学内容本课程以ARM11为具体的硬件教学平台，以嵌入式LINUX为应用开发平台。主要教学内容包括以下三个部分：第一部分为嵌入式系统概述，主要包括嵌入式系统的基本概念，嵌入式系统中的处理器，嵌入式系统中的软件系统，嵌入式产品的开发流程等。第二部分为ARM硬件基础介绍，主要包括ARM的内部资源，ARM指令系统，ARM典型接口，ADS集成开发环境等。第三部分为嵌入式LINUX系统开发，主要包括嵌入式系统开发环境的建立，嵌入式LINUX C语言基础，嵌入式LINUX设备驱动开发基础，嵌入式LINUX网络编程，嵌入式LINUX数据库应用编程，Qt编程等。（四）教学时数 本课程课堂教学72学时（

3、含8学时课程设计），实验教学36学时，总教学时数108学时。课程编号：71032407，开设学期：第六学期。（五）教学方式 “嵌入式系统”是一门实践性很强的课程，因此采用课堂教学与实践教学相结合的教学方式。在教学过程中注重学生的动手能力，任课教师可根据实际情况调整课堂教学与实验教学的教学时数。课程考核方式通过学生分组，开卷完成课程设计题目，提交课程设计报告的方式来完成。二、本文理论部分第一篇 嵌入式系统概述第1章 嵌入式系统简述教学要点： 本章要点为嵌入式系统的基本概念。教学时数： 2学时。教学内容：1.1 嵌入式系统简介 （1学时） 嵌入式系统概念，嵌入式系统的特点，嵌入式系统得发展趋势。1

4、.2 嵌入式系统的软硬件 （1学时）微处理器，微控制器，数字信号处理器，嵌入式片上系统。嵌入式系统软件，嵌入式系统软件开发的一般过程，嵌入式应用程序的开发。第2章 嵌入式产品的设计流程教学要点： 本章要点为嵌入式产品的设计实现过程。教学时数： 2学时。教学内容：2.1 需求分析 （1学时） 嵌入式微处理器的选型，系统软件与硬件设计的协同与统筹。2.2 嵌入式产品的总体设计 （1学时）硬件设计原理，软件规划设计，产品结构设计，产品工艺设计，产品工业设计。第二篇 ARM体系结构第3章 ARM硬件资源教学要点： 本章以ARM11为例，主要介绍ARM处理器芯片的内部资源和典型外部接口。教学时数： 4学

5、时。教学内容：3.1 S3C6410微处理器 （1学时） S3C6410微处理器主要结构，S3C6410存储器映射。3.2 S3C6410内部资源详解 （2学时）通用I/O端口（GPIO），脉冲带宽调制定时器（PWM），UART控制器，A/D转换和触摸屏接口。3.3 S3C6410外部电路 （1学时） 启动配置电路，串口电路，JTAG调试接口电路。第4章 ARM指令系统教学要点： 本章主要介绍ARM系列处理器的指令系统，使学生能对ARM处理器有一个大体的认识。教学时数： 6学时。教学内容：4.1 ARM指令系统概述 （1学时） ARM处理器的指令分类和格式，ARM指令的条件域。4.2 ARM指

6、令的寻址方式 （1学时）立即数寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址，基址变址寻址，相对寻址。4.3 ARM指令详解 （4学时） 跳转指令，数据处理指令，乘法与加法指令，加载/存储指令，数据交换指令，移位指令。第5章 ADS集成开发环境教学要点： 本章主要介绍ADS集成开发环境，通过具体实例展示ADS的使用方法和主要功能。教学时数： 2学时。教学内容：5.1 命令行开发工具 （1学时） armcc用法详解，armlink用法详解，ARM运行时库。5.2 使用ADS创建工程 （1学时）建立一个工程，编译和链接工程，CodeWarrior环境设置，使用AXD调试代码。第三篇 嵌入式LINUX系统开发第6

7、章 LINUX使用基础教学要点： 本章主要介绍LINUX的常用基本命令。教学时数： 2学时。教学内容：6.1 LINUX基本概念 （1学时） 文件，目录，挂载，用户权限，shell，环境变量，命令行。6.2 LINUX常用基本命令 （1学时）文件/目录管理，用户权限管理，系统设置，进程控制，网络管理。第7章 嵌入式系统开发环境构建教学要点： 本章要点为嵌入式系统开发环境的构建过程，同时说明了嵌入式系统采用交叉开发的原因。教学时数： 2学时。教学内容：7.1 主机与目标版的连接方式 （1学时） 交叉开发环境介绍，串行通信接口，以太网接口。7.2 建立主机开发环境 （1学时） Vmware虚拟机的

8、安装，虚拟机中Fedora9的安装，命令窗口的配置，NFS配置，安装交叉编译工具。第8章 LINUX系统编程教学要点： 本章是本课程的重点，主要介绍LINUX系统编程。教学时数： 20学时。教学内容：8.1 LINUX系统编程之进程 （4学时） 参数数组，进程环境变量，fork()调用与退出，等待子进程。8.2 LINUX系统编程之文件 （4学时） 用于文件的系统调用，C语言标准I/O库，目录操作。8.3 LINUX系统编程之管道 （4学时） 管道，命名管道。8.4 LINUX系统编程之信号 （4学时） 信号的基本概念，信号的产生，信号的屏蔽，信号的捕捉。8.5 LINUX系统编程之线程 （4

9、学时） 线程的概念，线程的创建，线程的终止，线程的基本属性。第9章 嵌入式LINUX串口通信编程教学要点： 本章主要介绍嵌入式LINUX串口通信编程的基础知识，重点是UART的配置。教学时数： 2学时。教学内容：9.1 嵌入式LINUX串口通信概述 （1学时） RS232串口通信概述，S3C6410的串口配置。9.2 嵌入式LINUX RS232编程实例 （1学时） RS232原理，硬件资源配置，软件设计。第10章 嵌入式LINUX驱动程序教学要点： 本章主要介绍嵌入式LINUX驱动开发的基础知识，重点是字符设备的驱动。教学时数： 6学时。教学内容：10.1 嵌入式LINUX设备管理和驱动概述

10、 （2学时） 嵌入式LINUX设备分类，设备驱动程序的作用，访问设备的实现。10.2 嵌入式LINUX设备驱动开发流程 （4学时） 构造和运行模块，字符设备驱动编写，字符设备驱动实例，并发控制，阻塞与非阻塞。第11章 嵌入式LINUX数据库教学要点： 本章要点为嵌入式数据库Sqlite的编程过程。教学时数： 4学时。教学内容：11.1 Sqlite简介 （1学时） Sqlite特点，Sqlite系统构成。11.2 Sqlite编程 （3学时） Sqlite函数库，Sqlite数据表格式，基于C语言的Sqlite编程。第12章 Qt编程教学要点： 本章主要介绍嵌入式系统开发的图形界面设计，重点介

11、绍Qt Creator。教学时数： 8学时。教学内容：12.1 Qt Creator简介 （1学时） Qt Creator的下载与安装，Qt Creator运行环境介绍，Qt Creator工具简介。12.2 Hello World实现 （1学时）编写Hello World程序，程序的运行与发布，Qt Creator中程序的调试。12.3 Qt Creator窗口部件 （2学时）基础窗口部件QWidget，对话框QDialog，其他窗口部件。12.4 Qt Creator事件系统 （2学时）Qt中的事件，鼠标事件，键盘事件，定时器事件，事件过滤器。12.5 Qt Creator文件与目录操作

12、（2学时） 文件和目录，文本流和数据流，与文件相关的其他类。第13章 LINUX网络编程教学要点： 本章要点为LINUX系统的网络编程，重点介绍基于socket的客户/服务器模型。教学时数： 4学时。教学内容：13.1 TCP协议简介 （1学时） TCP连接建立的过程，TCP连接的标识，关闭TCP连接。13.2 TCP Server程序设计 （2学时）TCP的通信过程，网络地址的表示，绑定本地地址，等待连接，数据通信，服务器进程的一般模型。13.3 TCP Client程序设计 （1学时）客户端网络地址描述特点，连接服务器，测试实例。实验部分（一）基本要求“嵌入式系统”课程是嵌入式系统的基础课

13、程。在这一门课程中，将着重解决嵌入式系统硬件相关技术知识的传授和技能训练。因此授课内容涉及大量的底层硬件和嵌入式操作系统的硬件相关模块。不经过学时充足的实验课学习，学生们难以掌握嵌入式系统的硬件相关开发技术。因此实验教学在整个课程教学过程中显得尤为重要。本实验课程设计实验课时为48学时，其中包含36个小时的必修基础性实验学时和12个小时的选修综合设计实验学时。必修基础性实验要求学生按照实验指导书和实验工程源代码在正常教学时间必须完成。选修综合设计实验则要求学生在课余时间根据自身情况选做。每个必修实验要求提交电子版的实验报告，实验报告中需提供实验结果的截屏。本实验选用的实验平台为北京博创科技公司

14、推出的嵌入式系统教学科研平台UP-CUP IOT-6410-II，处理器采用基于Samsung 公司最新的S3C6410X（ARM11）嵌入式微处理器。软件选用Embedded Linux 2.6.21版本。（二）实验项目总表序号实验项目名称学时数项目类别项目类型1LINUX使用基础4基础必做2LINUX系统编程之文件2基础必做3LINUX系统编程之管道2基础必做4LINUX系统编程之信号2基础必做5LINUX系统编程之线程2基础必做6ARM嵌入式系统开发环境的建立4基础必做7串行端口程序设计4基础必做8LED驱动程序编写4基础必做9嵌入式数据库Sqlite程序设计4基础必做10GPRS通信实

15、验4基础必做11Qt编程4基础必做12触摸屏驱动实验4综合选做13USB摄像头视频采集实验4综合选做14嵌入式LINUX内核移植实验4综合选做（三）实验项目内容及要求实验一 LINUX使用基础实验内容：LINUX基本命令，shell编程基础。实验目的：熟练掌握LINUX常用命令，能编写简单的shell脚本。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。实验二 LINUX系统编程之文件实验内容：通过系统调用read和write完成文件的拷贝，通过系统调用readdir完成对某一目录的遍历。实验目的：

16、熟练掌握在C程序中通过系统调用对LINUX文件的常用操作。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。实验三 LINUX系统编程之管道实验内容：通过系统调用mkfifo实现基于命名管道的客户-服务器模型。实验目的：熟练掌握mkfifo的使用方法。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。实验四 LINUX系统编程之信号实验内容：通过系统调用sigaction实现对信号的捕捉。实验目的：熟练掌握L

17、INUX系统编程中对信号的屏蔽、捕捉与忽略。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。实验五 LINUX系统编程之线程实验内容：通过系统调用pthread_create和pthread_join实现LINUX线程编程，通过pthread_cond_init函数和pthread_cond_wait函数等实现生产者-消费者模型。实验目的：熟练掌握LINUX线程编程的基本系统调用和编程模型。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚

18、拟机，Fedora 9 操作系统。实验六 ARM嵌入式系统开发环境的建立实验内容：建立ARM嵌入式系统开发环境。实验目的：能正确配置开发环境的各个部分，理解串口配置、网络配置、交叉编译环境搭建等各部分的功能及使用方法。实验要求：严格按照实验讲义的步骤操作，注意电路安全。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线。实验七 串行端口程序设计实验内容：编写基于串行端口的简单聊天程序。实验目的：熟练掌握基于LINUX的UART配置及使用。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，

19、windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线。实验八 LED驱动程序编写实验内容：编写针对实验箱上LED灯的字符设备驱动程序。实验目的：熟悉实验箱上LED的接口原理，了解字符设备驱动程序的编写方法。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线。实验九 嵌入式数据库Sqlite程序设计实验内容：编写基于Sqlite的数据库接口程序。实验目的：熟练掌握S

20、qlite软件的基本组成及访问方法。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线。实验十 GPRS通信实验实验内容：编程实现GPRS通话及短信功能。实验目的：掌握通过ARM平台配置GPRA模块通信功能，了解GPRS芯片的基本AT命令。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线，GPRS模块。实验十一 Qt编程实验内容：编写Qt程序实现对话框的基本操作，编写程序实现鼠标模拟事件处理。实验目的：熟练掌握Qt Creator开发环境，能编写简单的Qt程序。实验要求：按实验讲义操作。实验器材：PC机，windows 7操作系统，VMware workstation虚拟机，Fedora 9 操作系统。嵌入式实验箱，交叉网线，RS232 9芯接口线。实验十二 触摸屏驱动实验实验内容：编写触摸屏程序模拟实现数字电