嵌入式系统-教学大纲

《嵌入式系统设计与应用》教学大纲课程名称嵌入式系统设计与应用学分Embedded System:Programming andApplications

4.5分总学时学时，其中，理论学时学时；实睑学时学时725814适用专业计算机科学与技术，物联网，网络工程等先修课程程序设计基础（语言）、汇C编语言与微型计算机技术、操作系统原理执笔人王剑审订人刘鹏

一、课程的性质、目的与任务《嵌入式系统设计与应用》是一门计算机科学与技术，物联网等专业的专业必修课程本课程的主要任务是学习嵌入式系统基本理论及其应用，学习嵌入式系统的组成及应用的知识；培养分析与设计嵌入式系统的基本能力；培养自学、分析问题和解决问题的能力，以及认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风

二、理论教学基本要求学生学完本课程后，应达到如下要求熟悉嵌入式系统的基本概念；掌握微处理器体系结构的基础知识

1.ARM掌握嵌入式系统的基本分析与设计方法，能进行典型嵌入式系统的分析与设计

2.熟悉实时操作系统的基础知识，

3.掌握嵌入式编程技术，能进行典型嵌入式系统环境下程序设计

4.初步了解先进嵌入式系统的原理与方法

三、理论教学内容与学时分配第一章嵌入式系统概述（学时）4本章重点和难点嵌入式的选型原则和设计工具第一节嵌入式系统简介；第二节嵌入式微处理器概述；第三节嵌入式操作系统简介；第四节嵌入式系统的应用领域和发展趋势；第五节嵌入式系统的选型原则和设计工具；第二章处理器体系结构（学时）ARM6本章重点和难点处理器架构和异常处理Cortex-A8第一节处理器概述；ARM第二节处理器架构；Cortex-A8第三节存储器管理；Cortex-A8第四节异常处理；Cortex-A8第三章指令集（学时）ARM8本章重点和难点指令ARM第一节指令集概述ARM第二节指令的寻址方式ARM第三节指令简介ARM第四节指令简介Thumb第五节指令简介Thumb-2第六节汇编语言编程简介ARM第七节语言与汇编语言的混合编程C第四章嵌入式系统硬件平台与接口设计本章重点和难点嵌入式硬件接口设计第一节嵌入式硬件平台体系结构第二节存储系统设计第三节串行通信接口设计第四节时钟系统设计第五节接口设计GPIO第六节以太网接口设计第七节总线设计nc第八节接口设计LCD第五章内核ARM-Linux本章重点和难点内核进程管理、内存管理和中断管理ARM-Linux第一节概述ARM-Linux第二节进程管理ARM-Linux第三节内存管理ARM-Linux第四节模块ARM-Linux第五节中断管理ARM-Linux第六节系统调用；ARM-Linux第六章文件系统Linux本章重点和难点嵌入式文件系统框架和根文件设计第一节文件系统概述；Linux第二节文件系统；EXT2第三节和文件系统；EXT3EXT4第四节嵌入式文件系统；JFFS2第五节与文件系统简介YAFFS YAFSS2第六节根文件系统第七章系统移植及调试Linux本章重点和难点系统移植过程和调试方法Linux第一节基本概念与典型结构Boot Loader第二节简介U-boot第三节系统移植过程Linux第四节交叉编译工具链第五节调试器gdb第六节远程调试第七节内核调试；第八章设备驱动程序设计本章重点和难点内核设备模型和字符设备驱动程序设计框架第一节设备驱动程序开发概述；第二节内核设备模型；第三节字符设备驱动设计框架；第四节驱动概述；GPIO第五节总线驱动设计；12c（学时）8第六节块设备驱动程序设计概述；第七节嵌入式网络设备驱动设计第九章嵌入式系统的开发设计案例本章重点和难点嵌入式系统设计方法第一节嵌入式系统设计方法第二节嵌入式系统设计案例

四、实验.实验目的与任务1（学时）6掌握体系结构与编程方法后，通过本实验环节，有助于学生深入理解课程ARM内容，有利于提高学生的实践能力，提高分析和解决问题的能力，创造独立思维的氛围，培养创新能力，激发学习兴趣通过实验，要求学生掌握嵌入式系统的基础概念、基本原理、开发流程和步骤、工程设计的方法和解决技术问题的方法为学生今后从事嵌入式系统研究与开发打下坚实的基础实验教学基本要求

2.通过实验教学，加深对基础理论知识的理解，培养学生实验动手能力通过实验课学生应掌握下列基本技能嵌入式实验开发平台的操作，程序编写及调试、测试（学时）6结果的分析，写出实验报告实验项目与类型

3.（学时）8（学时）6序学实验类型备注实验项目号时演示验证综合设计必做选做开发环境使用与常linux linux12用命令uhello world!”嵌入式linux程22序灯的控制3LED2蜂鸣器的控制425数码管实验2q键盘驱动实验62步进电机实验72实验教学内容及学时分配

4.实验一开发环境使用与常用命令（学时）linux linux2（）目的要求1熟悉处理器系统下应用程序开发环境和开发模式，了解嵌入式开发的基本思想ARM linux和过程（）方法原理2系统上电后，程序引导操作系统导入，建立开发环境Boot Linux（）主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit（）掌握要点4嵌入式开发环境的建立和常用命令Linux（）实验内容5实验使用的操作系统环境新建一个目录，编写几个源文件，使用管理项目学makefile习在下的编程和编译过程，在上运行linux linux实验二uhello world!”嵌入式linux程序（2学时）（）目的要求1进行最简单的嵌入式程序开发，熟悉下嵌入式开发模式以及在板上运行的嵌入linux linux式程序的方法（）方法原理2使用编辑器在嵌入式环境下进行源码编辑，通过实现交叉编译Linux ARM-LINUX-GCC并将生成的可执行程序在目标机运行（）主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit（）掌握要点4嵌入式程序的开发过程Linux（）实验内容5本次实验使用或者其它编辑环境编辑最通用简单的程序，然后使用UltraEdit“hello world!”交叉编译器（）编译生成可以在实验箱的嵌入式环境中运行的可执行文件，熟悉arm-Iinux-gcc使用交叉编译器编译程序的方法，为后面编译复杂程序做准备实验三灯的控制（学时）LED2（）目的要求1了解灯的控制方法，掌握编程方法LED I/O（）方法原理2系统通过使用控制灯这样的外设GPIO LED（）主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit（）掌握要点4控制方法的实现GPIO（）实验内容:5通过控制发光二极管的亮灭使用代码文本编辑器，编写一段程序控制I/O UltraEdit C LED灯利用与将程序下载到板uboot tftp ARM实验四蜂鸣器的控制（学时）2（）目的要求1了解嵌入式系统中的蜂鸣器，掌握编程方法I/O（）方法原理2处理器通过配置相关寄存器实现蜂鸣器的控制ARM（）主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit（）掌握要点4处理器寄存器配置方法ARM（）实验内容5使用代码文本编辑器，编写一段程序控制蜂鸣器利用将程序下载到UltraEdit CtftpARM板实验五数码管实验学时2目的要求1使用代码文本编辑器；了解数码管动态显示的原理；了解扩展端口的UltraEditC74LS164方法方法原理2处理器通过串口实现数据通信ARM主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit掌握要点4处理器串口驱动程序的特点ARM实验内容5使用文本编辑器，编写一段程序，控制八个数码管的显示利用将程序下载UltraEdit tftp到板编写程序并编译、下载、调试及结果分析ARM实验六键盘驱动实验学时2目的要求1了解键盘驱动原理，掌握通过的扩展键盘的方法CPU I/O方法原理2处理器通过配置寄存器实现键盘控制ARM主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit掌握要点4处理器的寄存器设置实现对外设的管理控制ARM实验内容5通过的低四位和四个中断口扩展的键盘，编程实现键盘ARM rPDATCEINT45674X4的驱动，通过按键可以在超级终端上显示相应的键值实验七步进电机学时2目的要求1了解步进电机的应用原理，掌握嵌入式系统的控制方法，模拟脉冲信号产生GPIO PWM方法方法原理2处理器通过口使用模拟脉冲信号驱动步进电机ARM GPIOPWM主要实验仪器及材料3硬件嵌入式系统开发平台、微型计算机及电源软件机操作系统及以上、或其它编辑器PC WindowsXP UltraEdit掌握要点4处理器产生模拟脉冲信号的方法ARM PWM实验内容5分析步进电机工作原理及控制方式，模拟脉冲信号产生方法分析实验平台步进电机PWM电路，相关寄存器使用与配置设计步进电机控制程序并编译、下载、调试及结果分析实验考核办法

5.实验操作；实验报告考核成绩以计入课程总成绩60%40%20%

五、大纲说明本大纲适用于总学时参考范围为学时

1.72本课程的课内外学时比为

2.12o

六、教学参考书王剑等.嵌入式系统设计与应用北京清华大学出版社，年.

[1][M].2017陈文智等.嵌入式系统原理与设计.北京清华大学出版社，年.

[2][M]2011马忠梅.嵌入式微处理器体系结构.北京北京航空航天大学出版社,年.

[3]ARM[M]2012。