《嵌入式系统原理及应用》教学大纲
课程类别：专业限选课程
课程代码：
课程名称：嵌入式系统原理及应用
学时学分：48(24+24)学时；3学分
预修课程：EDA技术与应用、单片机原理及应用、C语言程序设计
适用专业：电子信息工程、电子信息科学与技术
开课部门：信息学院
一、课程的地位、目标和任务
本课程是电子信息工程专业和电子信息科学与技术专业本科生必修的专业课程。本课程的任务是使学生了解嵌入式应用系统的开发过程。掌握硬件平台的基本设计方法，操作系统的应用技术。本课程要求学生通过练习学会使用开发平台和相应的编程技术（包括汇编语言编程和C语言编程）。通过本课程学习，学生可以学会嵌入式应用系统的开发技术。
二、与相关课程的联系与分工
单片机原理及应用（微处理器的基本结构、微处理器系统接口及其应用技术、应用系统基本开发方法）；EDA技术与应用（电路识图，仿真，基本单元电路的分析和设计，调试方法）； C语言程序设计（集成开发环境的使用，程序代码的通读，功能程序的编写和调试）
三、教学内容与要求
（一）理论教学内容（共24学时）
第一单元（章）：嵌入式处理器
【教学内容】
1 嵌入式处理器特点与分类。
2 ARM处理器内核的体系结构（总线结构，寄存器结构，存储结构） 。
3 ARM处理器工作模式（工作状态，工作模式，异常，数据类型与存储格式等）。
4 ARM处理器指令系统（指令格式，寻址方式，指令集，伪指令，语句格式与程序结构，ARM汇编语言与C的混合编程等，Boot
Loader，集成开发环境）。
【教学重点及难点】ARM处理器内核的体系结构，ARM汇编语言与C的混合编程。
【基本要求】熟悉嵌入式微处理器的体系结构、初步掌握汇编语言程序设计，掌握集开发环境的使用方法。
第二单元（章）：嵌入式系统硬件平台设计
1 基于ARM内核的典型嵌入式处理芯片（芯片的内部结构，片内总线、片内资源）。
2
嵌入式微处理器接口控制器组成与编程（组成，特点，类型，内部寄存器）。
3 常用外部通信接口（GPIO、I
4 嵌入式微处理器内部资源的使用方法（DMA、时钟控制、中断控制、Timer、RTC、WDT）。
5嵌入式系统硬件平台组成。
【教学重点及难点】嵌入式微处理的使用方法，嵌入式系统硬件平台设计过程。。。
【基本要求】接口控制器的编程方法、熟练掌握微处理内部寄存器内容的定义方法、 常用接口电路的设计和调试方法。
第三单元（章）：嵌入式操作系统的裁剪和移植
1．嵌入式系统的软件组成与实时操作系统（嵌入式系统软件组成，嵌入式操作系统的发展，实时系统与实时操作系统，微内核与宏内核，嵌入式操作系统的仿真平台等）。
2．板级支持软件包（BSP）和引导加载程序Bootloader（BSP的功能和移植，Bootloader的执行过程，U-boot及其移植等）。
3 嵌入式操作系统（常见嵌入式操作系统（Linux , Android），嵌入式操作系统内核结构、启动过程、系统调用接口、裁剪和移植过程、任务管理与调度、任务通信、中断处理）。
4 交叉编译环境的建立。
【教学重点及难点】嵌入式系统与硬件平台依赖关系，系统引导和加载过程。
【基本要求】基于BSP完成操作系统的裁剪和移植过程。
第四单元（章）：嵌入式系统应用程序设计
1 嵌入式系统的开发过程和工具（开发步骤，建立交叉编译环境）。
2 系统开发工具软件（ADS，虚拟机，内核编译软件）。
3 嵌入式系统应用程序开发1（无操作系统环境下应用程序开发过程）。
4 嵌入式系统应用程序开发2（系统级应用程序开发过程，程序的移植，程序的加载过程，应用程序的定制）。
【教学重点及难点】嵌入式系统的开发过程。
【基本要求】嵌入式系统应用程序的定制过程。
（二）实践教学内容（共24学时）
实验 1：组建开发环境实验（2学时）
实验 2：GPIO接口控制实验1（2学时）
实验 3：GPIO接口控制实验2（2学时）
实验 4：串行通信接口控制实验（2学时）
实验 5：Bootloader移植实验（4学时）
实验 6：通信接口设备驱动实验（4学时）
实验 7：操作系统移植实验（4学时）
实验 8：UI界面设计实验（4学时）
四、学时分配
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单元（章） |
学时分配 |
小计
（学时） |
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课内学时 |
课外
学时 |
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讲授 |
习题课 |
讨论课 |
实践 |
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（一）嵌入式处理器 |
3 |
1 |
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8 |
12 |
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（二）嵌入式系统硬件平台设计 |
6 |
2 |
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6 |
12 |
30 |
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（三）嵌入式操作系统的裁剪和移植 |
6 |
|
2 |
10 |
16 |
30 |
|
（四）嵌入式系统应用程序设计 |
3 |
1 |
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8 |
12 |
24 |
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合 计 |
18 |
4 |
2 |
24 |
48 |
96 |
五、必备教材和参考资料
（一）必备教材：
1. 《ARM Cortex-A8原理、实践及综合应用》，姜余祥等编著，清华大学出版社，2015年出版。
（二）参考资料
1.《Embedded
System Architecture Programming and Design》，Raj Kamal，清华大学出版社，2005年出版。
2.《嵌入式系统开发与应用教程》，田泽编著，北京航空航天大学出版社，2010年；
六、课外学习要求
利用课余时间完成相关资料的收集，分组研讨。针对实验内容主要以课余时间为主，课内实验实践以问题讨论，验收和展示为主。
要求有相应的计划书和设计文档。
七、教学方法
建议采用利用多媒体和案例展示方式为主，辅以主题讨论模式展开课程教学。
八、教学政策
本课程任课教师需在课前完成备课，在授课过程中对本课程知识点进行讲解，可根据实际授课情况组织进行学生讨论、测验等。学生应当在课堂上认真听讲，在课下对所学知识进行复习，并独立完成作业、报告等。学生应按时上课和做实验，缺席一次及以上实验的学生将被取消期末闭卷考试资格，不能参加该课程期末闭卷考试。
九、考核及成绩评定方式
撰写专题研究论文。撰写专题研究论文的目的是培养学生分析问题能力。教师应结合具体教学情况和进度，给学生布置相应研究专题。
考试。考试是检验学生是否达到基本学习目标的方法。作为专业基础课程，应当做到平时练习、实验学习、论文评优和闭卷考试相结合的方法。闭卷考试以基本分析计算能力和必须记忆的基本概念为主。
总成绩：课堂练习10%，研究设计论文（包括仿真分析内容）25%，综合设计与仿真15分，期末考试50%
成绩细化说明：考勤10分，实验30分，作业30分，课程论文30分
（撰写人：姜余祥、邹莹 撰写日期2015年11月 审核人：邹莹、姜余祥）