《嵌入式系統(tǒng)設計與應用》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱(中文)嵌入式系統(tǒng)設計與應用(英文)DesignandApplicationofEmbeddedSystem課程代碼課程性質(zhì)必修開課院部物理與光電工程學院課程負責人課程團隊授課學期第五學期學分/學時2學分/32學時課內(nèi)學時32理論學時32實驗學時實訓（含上機）實習其他適用專業(yè)電子科學與技術授課語言中文對先修的要求先修《C語言程序設計》、《單片機原理及接口技術》。具備C語言程序開發(fā)能力，單片機接口程序開發(fā)能力。對后續(xù)的支撐對《專業(yè)綜合設計》課程，提供ARM嵌入式程序開發(fā)與設計的基本能力。課程簡介本課程是電子科學與技術專業(yè)本科學生的選修專業(yè)課程。ARM嵌入式基礎是一門介紹ARM處理器原理及程序開發(fā)的課程，在內(nèi)容上涉及ARM匯編程序設計、C與匯編程序混合編程、嵌入式系統(tǒng)啟動代碼分析、嵌入式系統(tǒng)接口及驅(qū)動程序開發(fā)、基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的程序開發(fā)。本課程學生學習完本課程之后，能夠了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、開發(fā)工具、處理器系統(tǒng)結構，掌握ARM匯編程序設計、C與匯編程序混合編程、ARM異常中斷處理及程序設計、嵌入式系統(tǒng)啟動代碼分析、嵌入式系統(tǒng)接口及驅(qū)動程序開發(fā)、基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的程序開發(fā)。理解工程應用中嵌入式系統(tǒng)的設計流程，識別、表達和分析應用電子系統(tǒng)方面的工程問題，利用嵌入式技術將自然科學基礎理論和電子科學技術原理用于解決應用電子系統(tǒng)方面的復雜工程問題，達到學以致用的目的。ThiscourseisanelectivecourseforundergraduatestudentsmajoringinElectronicScienceandtechnology.ARMembeddedfoundationisacoursethatintroducesARMprocessorprincipleandprogramdevelopment.Inthecontent,itinvolvesarmassemblerdesign,Candassemblermixedprogramming,embeddedsystemstartupcodeanalysis,embeddedsysteminterfaceanddriverdevelopment,andprogramdevelopmentbasedonuC/OS-IIoperatingsystem.Thiscourseenablesstudentstosystematicallyunderstandthebasicconcepts,developmenttoolsandprocessorsystemstructureofembeddedsystem,masterarmassemblyprogramdesign,mixedprogrammingofCandassemblyprogram,armexceptioninterrupthandlingandprogramdesign,embeddedsystemstartupcodeanalysis,embeddedsysteminterfaceanddriverdevelopment,andprogramdevelopmentbasedonuC/OS-IIoperatingsystem。Understandthedesignprocessofembeddedsysteminengineeringapplication,identify,expressandanalyzetheengineeringproblemsintheapplicationofelectronicsystem,anduseembeddedtechnologytosolvethecomplexengineeringproblemsintheapplicationofelectronicsystembyusingthebasictheoryofnaturalscienceandtheprinciplesofElectronicScienceandtechnology,soastoachievethepurposeoflearningforapplication.二、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐序號課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求1目標1：學生在結合電路與高等數(shù)學等知識基礎上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。指標點1.3能夠?qū)⑾嚓P知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析電子器件和應用電子系統(tǒng)方面的復雜工程問題，用于解決方案的比較與綜合。畢業(yè)要求1.掌握數(shù)學、自然科學、工程基礎、專業(yè)知識，并能用于解決電子器件和應用電子系統(tǒng)方面的復雜工程問題。2目標2：學生能夠運用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有方案提出見解，并針對功能要求與技術指標給出一定的設計方案。指標點2.3能夠運用電子科學技術的基本原理，通過查閱文獻、借助仿真軟件等手段，比較并論證電子器件和應用電子系統(tǒng)復雜工程問題的多種解決方案，獲得有效結論。畢業(yè)要求2.能夠應用數(shù)學、自然科學和電子科學技術的基本原理，并通過查閱文獻和借助仿真軟件等手段，對電子器件和應用電子系統(tǒng)方面的復雜工程問題進行識別、表達和分析，以獲取有效結論。3目標3：學生能夠運用ARM的編程方法，能夠基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)應用程序。能針對功能要求與技術指標給出一定的設計方案，掌握工程設計和產(chǎn)品開發(fā)的基本設計/開發(fā)方法和技術。指標點3.1掌握工程設計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設計/開發(fā)方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素。畢業(yè)要求3.設計/開發(fā)解決方案——能夠針對電子器件和應用電子系統(tǒng)方面的復雜工程問題提出設計方法或解決方案，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。三、教學內(nèi)容及進度安排章節(jié)學時教學內(nèi)容學生學習預期成果教學方式支撐課程目標第一章4嵌入式系統(tǒng)基礎知識：嵌入式系統(tǒng)的組成、嵌入式操作系統(tǒng)介紹、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)概述。重點：嵌入式系統(tǒng)的組成難點：嵌入式操作系統(tǒng)介紹。（1）理解嵌入式系統(tǒng)的基本概念,了解嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、特點、組成和開發(fā)。（2）嵌入式操作系統(tǒng)的概述，嵌入式系統(tǒng)的組成和開發(fā)。（3）嵌入式系統(tǒng)的軟硬件組成。講授/作業(yè)講授：嵌入式系統(tǒng)組成結構等知識點。作業(yè)：熟悉、了解、記憶嵌入式系統(tǒng)的軟硬件組成。目標1第二章4arm技術概述：arm體系結構的技術特征；arm微處理器結構；arm920t內(nèi)部功能及特點；寄存器組織；arm920t內(nèi)核工作模式。重點：ARM處理器的特點、數(shù)據(jù)內(nèi)型、存儲格式、流水線、工作模和寄存器組。難點：程序狀態(tài)寄存器每位的作用和不同模式下能使用的寄存器組。思政導入：介紹我國在處理器技術的發(fā)展歷史，尤其介紹龍芯系列處理器的發(fā)展過程以及其堅持自主創(chuàng)新敢于突破西方技術封鎖的精神，激勵學生自立自強報效國家的品格。（1）熟練掌握arm微處理器的應用選型。（2）掌握arm920t內(nèi)部功能及特點。（3）掌握arm920t內(nèi)核工作模式。（5）arm920t內(nèi)部功能及特點。講授/作業(yè)講授：arm技術概述，arm內(nèi)核結構原理。作業(yè)：arm內(nèi)核工作模式和異常響應機制。目標1第三章8arm的指令系統(tǒng)：arm匯編指令；arm匯編語言的語句格式和程序結構；匯編語言與c語言的混合編程。重點：arm匯編語言的語句格式和程序結構、匯編語言與c語言的混合編程。難點：匯編語言與c語言的混合編程、過程調(diào)用標準aapcs。（1）能使用ARM匯編語言語法和指令編寫規(guī)范的匯編程序。（2）掌握arm處理器異常模式和異常。（3）掌握s3c2410x中斷機制。（4）掌握ARM/C混編方法。講授/作業(yè)講授：arm匯編語言程序設計。作業(yè)：匯編語言編程練習，匯編語言與c語言的混合編程練習。目標1第四章8Arm接口驅(qū)動程序:arm異常響應和處理程序返回；arm的中斷處理程序設計；串行通信接口電路與程序設計；a/d轉換器應用程序設計。重點：arm處理器異常模式和異常，arm的中斷處理程序設計。難點：異常中斷程序設計、從異常處理程序中返回。思政導入：介紹我國近期在SOC芯片的發(fā)展趨勢，以緊貼用戶需求的芯片設計為基礎，以服務為導向的驅(qū)動程序拓展應用市場，取得了很大成果。讓學生了解我國作為電子產(chǎn)品的世界生產(chǎn)中心從下游向上游突破的奮斗過程，熟悉服務市場的意識，從技術理念和市場意識上樹立產(chǎn)業(yè)報國的精神。（1）掌握arm異常中斷處理概述，arm處理器異常模式和異常，理解ARM中斷機制；掌握通過相關寄存器的配置編寫中繼方式的驅(qū)動程序。（2）了解ARM串口控制器接口電路、通信控制原理和相關寄存器；能掌握通過相關寄存器的配置編寫串口驅(qū)動程序。（3）了解ARMa/d轉換器電路連接、工作原理和相關寄存器，能掌握通過相關寄存器的配置編寫驅(qū)動程序。講授/作業(yè)講授：ARM接口電路控制原理和相關寄存器；通過相關寄存器的配置編寫串口驅(qū)動程序。作業(yè)：ARM接口驅(qū)動程序的編寫。目標2第五章8uC/OS-II操作系統(tǒng)編程：嵌入式系統(tǒng)操作系統(tǒng)架構；嵌入式系統(tǒng)uC/OS-II操作系統(tǒng)工作原理；uC/OS-II操作系統(tǒng)任務調(diào)度原理、任務通信和同步原理；uC/OS-II操作系統(tǒng)的移植；uC/OS-II操作系統(tǒng)應用程序的編寫。重點：uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)各模塊移植與編譯；uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)工作原理。難點：uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)任務調(diào)度、通信和同步機制；uC/OS-II嵌入式系統(tǒng)應用程序開發(fā)。思政導入：介紹我國當前較為流行的輕量級操作系統(tǒng)，尤其介紹華為鴻蒙的輕量操作系統(tǒng)及其生態(tài)建設，讓學生了解突破西方打壓和堅持自主創(chuàng)新的奮斗歷程，樹立學生敢于拼搏勇于斗爭的意識以及為民族復興而努力的精神。（1）了解嵌入式操作系統(tǒng)的工作原理。（2）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的內(nèi)核管理機制。（3）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的任務調(diào)度機制。（4）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)在arm平臺上的移植。（5）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)上的應用程序開發(fā)。講授/作業(yè)講授：uC/OS-II操作系統(tǒng)工作原理，uC/OS-II操作系統(tǒng)的移植。作業(yè)：uC/OS-II應用程序開發(fā)，實現(xiàn)多個任務的通信和同步。目標3合計32課程考核序號課程目標（支撐畢業(yè)要求指標點）考核內(nèi)容評價依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)作業(yè)考試1目標1：學生在結合電路與高等數(shù)學等知識基礎上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。（支撐畢業(yè)要求指標點1.3）能夠掌握各類常用指令的功能和使用；能夠編寫ARM匯編程序；（3）能夠編寫ARM和C混合編程程序；1030402目標2：學生能夠運用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有方案提出見解，并針對功能要求與技術指標給出一定的設計方案。（支撐畢業(yè)要求指標點2.3）（1）掌握ARM處理器初始化程序的編寫方法；（2）掌握ARM處理器中斷處理的方法；（3）能夠編寫ARM常用接口的驅(qū)動程序；1020303目標3：學生能夠運用ARM的編程方法，能夠基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)應用程序。能針對功能要求與技術指標給出一定的設計方案，掌握工程設計和產(chǎn)品開發(fā)的基本設計/開發(fā)方法和技術。（支撐畢業(yè)要求指標點3.1）（1）掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)的任務管理同步與通信機制；（2）基本掌握uC/OS-II操作系統(tǒng)在ARM處理器上的移植；（3）基本掌握基于uC/OS-II操作系統(tǒng)的應用程序開發(fā)。102030合計3070100注：各類考核評價的具體評分標準見《附錄：各類考核評分標準表》五、教材及參考資料1.教材《ARM9嵌入式系統(tǒng)設計與開發(fā)應用》，熊茂華，楊震倫，北京：清華大學出版社，2016，97873021629882。2.主要參考書[1]《嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎：基于ARM9微處理器C語言程序設計》，侯殿有，北京:清華大學出版社，2017，第四版，9787302412496。六、教學條件多媒體教室大綱執(zhí)筆人：審核人(專業(yè)負責人/系主任)：修定時間：2022年2月21日附錄：各類考核評分標準表課程考核評分標準教學目標要求評分標準權重（%）90-10080-8960-790-59目標1：學生在結合電路與高等數(shù)學等知識基礎上，了解各類常用指令的功能；掌握編寫ARM匯編程序和ARM/C混編程序的方法；掌握常用接口的工作原理，理解嵌入式操作系統(tǒng)工作原理。（支撐畢業(yè)要求指標點1.3）在考試測驗和作業(yè)中，編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法正確,無誤，語法合理、正確完整和清晰。在考試測驗和作業(yè)中回答編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法存在少量非原則性錯誤，語法基本合理正確。在考試測驗和作業(yè)中編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法有不少錯誤，程序有一些明顯錯誤。在考試測驗和作業(yè)中，編寫ARM匯編程序，編寫ARM和C混合程序，基本用法錯誤嚴重，語法不正確、程序錯誤較多。40目標2：學生能夠運用ARM的硬件接口知識和編程方法，編寫驅(qū)動程序。能分析與解決電子系統(tǒng)的功能原理與問題，對已有