《嵌入式系统原理与应用》通信教学大纲

《嵌入式系统原理与应用》教学大纲课程英文名PrincipleandApplicationofEmbeddedSystem课程代码03M0054学分3总学时48理论学时36实验/实践学时12课程类别专业课课程性质任选先修课程C语言程序设计、单片机原理及其应用 适用专业通信工程、电子信息工程开课学院信息工程学院教材及主要参考书教材：1、王勇，《嵌入式系统原理与设计》（第二版），浙江大学出版社，2013.11.2、自编《嵌入式系统原理与应用》实验指导书。参考资料：1、王田苗，《嵌入式系统设计与实例开发》，清华大学出版社，2003年10月。2、杜春雷，《ARM体系结构与编程》，清华大学出版社，2003年2月。3、吴明晖，《基于ARM的嵌入式系统开发与应用》，人民邮电出版社，2004年6月。注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是通信工程专业的一门专业课。本课程应用单片机的基本概念和C语言知识，研究嵌入式处理器结构（ARM架构为主），其任务是帮助学生了解和熟悉嵌入式系统软硬件设计的基本方法，学会通过编译环境开发嵌入式程序，学会嵌入式编程技术；能够使用信息检索工具获取解决通信工程问题的相关知识，具有综合运用所掌握本专业的理论知识和技术手段，设计和开发各类信息和通信系统的能力；能够分析和评价通信领域的工程实施方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响掌握工程活动中获取相关信息的基本方法；能够撰写书面报告和技术文稿，对通信技术领域及相关行业的国际状况有基本了解。（二）课程目标该课程应达到的预期学习结果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：1、ILO-1.理解嵌入式系统的分类、特点和应用，理解ARM系列嵌入式处理器的体系结构和ARM指令系统，理解运用汇编语言对ARM处理器进行编程的方法；2、ILO-2.理解ARM嵌入式系统的工作机制、典型外设和总线接口，掌握嵌入式系统的硬件、软件设计方法，能在嵌入式系统环境下进行方案设计软硬件的开发和调试；3、ILO-3.理解嵌入式Linux系统的开发环境、开发工具和调试方法，掌握嵌入式Linux环境下的软件编程方法；4、ILO-4.通过多个动手操作实践项目的练习，根据实际需求制定解决方案并实施，培养系统性、分层次、模块化分析问题、解决问题的能力。（三）课程思政目标培养艰苦奋斗，勇挑重担，坚定四个自信，激发爱国主义、理想信念、使命感和艰苦奋斗精神的德育元素感召力。激发社会主义核心价值观爱国情怀，坚定四个自信。激发学生的学习兴趣，引出要有严谨的科学精神。鼓励他们要有吃苦耐劳、刻苦钻研、不怕挫折的精神，要有严谨细致、精益求精的职业素养。二、课程目标与毕业要求对应关系本课程支撑的毕业要求如下：毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识应用于解决通信领域复杂工程问题。毕业要求1.2能够将数学、自然科学和工程科学方法应用于对通信工程领域中的信号和系统的数学模型进行推演、分析和计算求解。毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析通信领域复杂工程问题，以获得有效结论。毕业要求2.2能基于数学、自然科学和工程科学的基本原理和方法正确表达和分析通信工程领域信号传输、信号处理等相关的工程问题。毕业要求3：设计/开发解决方案：能够设计针对通信系统与网络、通信信息处理、通信计量测试等相关领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的通信系统和单元模块，并能够在设计环节中体现创新意识，综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。毕业要求3.2能够采用恰当的技术和方法，设计和开发满足通信工程特定需求的系统、单元模块，并进行测试分析和功能验证。毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对通信系统与网络、通信信息处理、通信计量测试等相关领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。毕业要求4.2能够运用科学原理与方法，正确地开展科学实验，有效采集和整理实验数据。毕业要求5：使用现代工具：能够针对通信系统与网络、通信信息处理、通信计量测试等相关领域复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测和模拟，并能够理解其局限性。毕业要求5.1能够开发、选择和使用恰当的仿真分析工具、软硬件技术和信息资源对通信工程领域的电路和信息处理等复杂工程问题进行分析、计算与模拟。表1课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求1.2毕业要求2.2毕业要求3.2毕业要求4.2毕业要求5.1ILO-1L(0.1)ILO-2M(0.2)ILO-3H(0.3)ILO-4M(0.2)M(0.2)注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低，保证H>M>L，具体对应的数值，根据各自课程来定），括号里的数字代表权重，权重之和为1。三、课程主要内容与基本要求1、嵌入式系统基础知识了解嵌入式系统的发展、组成和应用，熟悉嵌入式微处理器的体系结构和类型。思政教育内容：通过讲述我国嵌入式系统的发展的历史，结合当前华为的嵌入式系统芯片受制裁和突围的事实，培养艰苦奋斗，勇挑重担，坚定四个自信，激发爱国主义、理想信念、使命感和艰苦奋斗精神的德育元素感召力。2、嵌入式系统设计方法及开发模式了解嵌入式系统的基础流程及流程模型，了解嵌入式系统的面向硬件及面向系统的开发模式。3、ARM处理器及指令系统理解ARM处理器的内部结构、外围电路、电源管理、中断控制等，掌握ARM的指令系统。4、ARM系统的典型外设和总线接口理解嵌入式系统的输入/输出、人机接口和串行总线的控制方式，能在无操作系统环境下进行外设和总线的设计、开发和调试，如对通用I/O口编程控制按键输入、LED显示，以及对SPI、UART进行编程等。5、嵌入式系统软件和操作系统基础理解嵌入式系统软件的层次架构，理解嵌入式操作系统的功能、分类、特点，理解系统引导的过程。Linux操作系统基础和嵌入式Linux开发环境掌握Linux的基本操作和开发工具，掌握嵌入式Linux的开发环境的搭建和嵌入式系统软件的编译、调试。思政教育内容：通过讲述著名的开源操作系统Linux我国嵌入式操作系统的发展的历史，结合当前华为的嵌入式操作系统受制裁和突围的事实，激发学生的学习兴趣，引出要有严谨的科学精神。鼓励他们要有吃苦耐劳、刻苦钻研、不怕挫折的精神，要有严谨细致、精益求精的职业素养。激发社会主义核心价值观爱国情怀，坚定学生的四个自信。嵌入式Linux软件设计理解软件移植的基本概念和操作步骤；理解嵌入式Linux驱动程序和应用程序的关系，理解驱动程序的实现方法，掌握通过API进行应用程序的开发、调试。嵌入式系统的最新发展了解嵌入式系统的发展趋势、先进技术，了解嵌入式系统与人工智能相结合的典型应用。四、课程学时安排（36学时）表2课堂教学学时安排章节号教学内容学时数教学方法与学生任务对应课程目标1绪论2完成嵌入式的概念、特征及组成要素ILO-12嵌入式系统设计方法2学习基本流程及流程模型ILO-13嵌入式系统基本知识2基本概念及相关知识ILO-24嵌入式系统开发模式2学习开发模式ILO-25ARM处理器概述4ARM处理器介绍ILO-36ARM指令系统4熟悉ARM指令系统ILO-37ARM程序设计4汇编语言及混合编程ILO-38嵌入式操作系统概述2熟悉操作系统ILO-49嵌入式linux开发8熟悉LinuxILO-410发展趋势2熟悉发展趋势ILO-2五、实践环节及基本要求（12学时）本课程实验学时数为12，安排了5个实验项目，具体情况如表3所示。表3实验教学学时安排序号实验项目名称学时实验内容实验性质实验类别对应课程目标1BOOT引导、配置2掌握BootLoader引导和参数配置。完成BOOT启动引导和参数配置验证选做ILO-3~ILO-42Shell命令和X窗口系统2熟练运用Shell命令和X窗口系统。练习基本Shell命令操作和Linux的使用。验证必做ILO-3~ILO-43简单程序的编译、链接和调试2掌握gcc编译器的使用方法和常用的编译选项。完成在Linux环境下gcc编译make工具使用。验证必做ILO-3~ILO-44熟悉嵌入式系统的开发环境2掌握交叉编译以及通过串口终端登录板上系统及下载、调试程序。在ARM开发板（Linux环境）下编译调试。验证必做ILO-3~ILO-45串口通信3掌握串口应用程序开发方法。完成PC机与ARM开发板的串口通信。设计选做ILO-3~ILO-46LCD显示3掌握LCD显示程序开发方法。完成LCD显示的编程。综合选做ILO-3~ILO-47字符设备驱动3掌握字符设备驱动程序的开发、调试。完成字符设备驱动程序编译、加载、运行。综合选做ILO-3~ILO-4APP程序开发调试3掌握嵌入式终端APP开发方法。完成APP开发、调试。综合选做ILO-3~ILO-4注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等六、考核方式、成绩评定1、平时成绩评分标准平时成绩有作业和课堂表现两类，其评分标准如表4所示。表4平时成绩评分标准平时成绩90分以上80-89分70-79分60-6960分以下作业完整抄录题目，作业作答过程详细完整，逻辑清晰，观点合理，有自己的见解，结果有效，按时提交。完整抄录题目，作业作答过程详细完整，逻辑基本清晰，观点合理，结果有效，按时提交。完整抄录题目，作业作答过程基本完整，逻辑基本清晰，观点大部分合理，结果基本有效，按时提交。完整抄录题目，作业作答过程不完整，逻辑不够清晰，观点模糊，结果有部分错误，按时提交。完整抄录题目，作业作答过程不完整，逻辑不清晰，理解有错误，未按时提交。基本要求：作答过程详细完整，逻辑清晰，观点合理，结果有效，按时提交。课堂表现课堂讨论积极，观点合理有新意，课堂测试答题率和正确率高。课堂讨论较积极，观点合理，课堂测试答题率和正确率较高。课堂讨论积极性一般，观点基本合理，课堂测试答题率和正确率一般。课堂讨论积极性不高，发言较少，课堂测试答题率和正确率均大于60%。课堂讨论不积极，基本不发言，课堂测试答题率或正确率小于60%。2、实验评分标准实验成绩由实验操作成绩与实验报告成绩组成，评分标准如表5所示。表5实验成绩评分标准考核内容考核依据与标准分项成绩成绩占比实验操作实验项目全部独立顺利完成，能熟练使用软件工具配置实验环境，实验过程数据和结果完整正确，能正确回答老师的提问。80~10050%实验项目全部完成，能使用软件工具配置实验环境，实验过程数据和结果基本完整，能基本正确地回答老师的提问。60~80没有完成全部实验项目，或不能正确使用软件工具和配置实验环境，或对实验内容的认识模糊不清。<60实验报告实验报告的撰写质量，实验报告中各模块参考分值：实验目的5分实验环境（设备、软件等）5分实验原理15分实验内容及步骤30分实验数据与结果30分实验思考题5分实验心得5分参考文献5分合计100分。根据实际得分情况进行评定。50%2、学生成绩评定学生成绩评定依据表6评定表6评分细则考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例考核与课程目标对应关系过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业、华为云课堂学习一门课程；点名记录讨论发言记录云课堂学习截图20%ILO-1~ILO-4实验考核实验报告报告批改成绩30%ILO-3~ILO-4期末考核自主课题（从0制作U盘Linux、或者自主选择课题）项目展示50%ILO-1~ILO-4考核类别考查成绩登记方式百分制七、课程目标达成度评价方法表7课程目标达成情况定量评价课程目标权重成绩评定ILO-1过程考核0.5过程考核A10期末考试0.5期末考试B10ILO-1达成度=0.5*A10+0.5B10ILO-2过程考核0.5过程考核A20期末考试0.5期末考试B20ILO-2达成度=0.5*A20+0.5*B20ILO-3过程考核0.2过程考核A30实验考核