嵌入式产品设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇嵌入式产品设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

一、嵌入式产品制作实践课程目标与定位

通过本课程的学习与训练，学生能够掌握嵌入式产品的制作工艺，能够具备制作出合乎要求、完成指定动作的产品模型的能力，并能够掌握模型动作的程序设计思路，为更深入的产品制作设计与开发打下基础。

1.课程目标

（1）知识目标

掌握Keil C程序软件的应用与设置；掌握产品设计与制作基本原则；掌握不同材料的选用方法；熟悉汇编和C51编程方法；掌握参数配置处理方法。

（2）能力目标

能够灵活运用C语言程序设计与其它工具软件；能够结合产品制作要求绘制建模图；能够应用产品要求搭建硬件平台与电路测试；能够利用程序设计进行动作处理。

（3）素质目标

培养沟通能力；培养自学与钻研能力；培养环保、节约意识；锻炼团队协调能力；锻炼实践动手操作能力。

2.课程定位

本课程是电子信息学院计算机应用技术人才培养方案嵌入式技术应用方向一门重要的专业技术课，课程开设的目的是作为嵌入式技术应用专业方向学生所学知识与技能的综合应用能力，并通过产品的功能进行直观展示。其前应学习的课程有：电工电子技术、C语言程序设计、单片机技术应用、嵌入式操作系统UC/OS、Linux、Windows CE嵌入式操作系统。

二、课程设计理念

本课程的任务是要让学习过嵌入式技术应用的学生都能够以教育机器人制作为工程对象，让他们在开发自己的教育机器人过程中学习和掌握单片机的基本原理与应用系统的开发技能，用C51编程实现机器人基本智能的展示，教学和学习过程充满挑战和兴趣，大大提高学习效率，同时在学习和实践的过程中，还可以培养学生的系统世界观和方法论。

1.关注学生的素质发展，着力提高学生的多元素养。

2.注重学生创造潜能的开发，加强学生实践能力的培养。

3.立足科学、技术、社会的视野，加强人文素养的教育。

4.紧密联系学生生活实际，努力反映先进技术。

5.丰富学生的学习过程，倡导学习方式的多样化。

三、嵌入式产品制作实践课程教学内容：

1.教学内容选取依据

采取了“以项目引导学习过程”的结构形式，注重培养和训练学生的嵌入式产品制作和面向应用的编程能力。在内容安排上，以简易机器人制作项目作为主线，贯穿了全部学习内容，使教学目标明确、脉络清晰，同时也使同学们能体会项目设计与制作的全过程，加深对“技术与设计”的思想和方法的理解。

贯穿教学过程的“探究尝试”、“实践活动”、“活动延伸”与理论知识有机地融为一体，完美地体现了“师生互动”、“在探究中学习”的教学理念，特别有利于培养学生的实践能力和开发其创造潜能。

2.教学具体内容安排

C51单片机程序下载与测试，输出接口与伺服电机控制，巡航控制，I/O接口与机器人触觉导航，51 I/O接口与红外线导航，机器人的距离检测，机器人中UART的应用，LCD应用编程与产品集成技术，多传感器智能机器人的设计。

四、嵌入式产品制作实践教学模式与方法

1.教材编写

建议选用教育部高等学校“十一五”规划教材，同时也可以由一线教师与行业专家依据本课程标准编写教材，基本要求为：

（1）教材依据本课程内容标准编写教材，将知识学习与能力培养紧密结合。

（2）教材以体现训练项目导入、工作任务目标达成，为课程设计主体思想。

（3）教材内容注重能力培养，并体现任务驱动，要以学生为教学主体，灵活多样设计任务，创立真实情境，引导学生进行观察、调研、创意、制作等活动。着重培养学生的分析判断与表现能力，为学生完整地再现基于机器人工程对象的实践展开制作。

（4）教材编写的体例和呈现方式尽量考虑岗位需求和学生的认知水平，强调实用和够用原则，以方便教学。

（5）教材应图文并茂，引用图片清晰精美，文字语言深入浅出。

（6）教材内容贯彻与时俱进的原则，借鉴国内外最新的研究成果，及时更新教学内容。案例设计注意典型性、时代性与可操作性。

2.教学模式

遵循“工学结合、行动导向”及“教、学、做”一体化模式，在教学过程中将教学内容、教学资源、教学环境、教学方式、教学进程重新进行有机的整合和序化。通过第二课堂的锻炼，培养学生利用机器人操作及维护资料和设备对机器人进行操作调试的能力、利用所学知识。通过第二课堂的锻炼，培养学生实践创新能力。

3.教学方法

实行任务导入、项目工作的新型教育模式，采用以启发式、案例分析、实例制作为主体的教学方法。选择目标明确、现实可行、有教育意义和典型性的工作任务为载体，在完成工作任务的过程中，实现能力培养目标。加强与深圳欧鹏等企业合作，以项目和工作任务为导向设计课程内容，强化学校与企业的互动，通过对接加强与企业的沟通与协作，努力为学生在企业展示自我、施展才干搭建平台，增强校企合作、共生共赢的依存和关联度。

4.教学手段

采取项目教学，以工作任务为出发点来激发学生的学习兴趣，教学过程中要注重创设教育情境，采取“教学做”一体化的教学模式，要充分利用挂图、投影、多媒体等现代化手段。

5.课程资源的开发与利用

篇2

设提升市场的快速响应能力

当今，客户个性化需求日益增多，并且经常会向企业提出定制独一无二的产品。因此，工业企业从批量生产模式渐渐转入按订单定制生产的模式来响应客户的需求。但是，没有灵活的产品设计过程、产品生产过程，过硬的企业管理模式，快速响应定制是很难实现的，其背后必须有强大的实力支撑。与此同时，市场的不确定性，也需要企业的生产对市场需求快速反应。由此，企业只有通过两化融合，走新型工业化道路，从产品设计、产品和设备、管理三个方面进行改造升级，以此提升企业快速响应能力，满足客户的需求。

1.产品设计过程的信息化和数字化，提高产品研发效率

设计是产品制造的第一个环节，是决定产品性能、水平的重要环节，同时，设计又是快速响应市场、满足用户需求的重要工具和手段。一方面，产品设计的信息化和数字化，将使设计开发的效率和成功率大大提高，降低设计和开发的成本，减少物质消耗。另一方面，为了实现快速响应市场和生产的柔性化，制造过程同样要自动化、数字化，从而保证产品的质量和性能，提高劳动生产率。企业在设计过程的数字化，有利于促进并行设计、协同设计，有利于推行网络制造模式，并将加速社会资源的整合和充分利用。

2.产品和设备数字化、网络化、智能化提升企业的生产能力

企业通过建立数字化的车间生产线，把数字化手段和生产设备结合起来，实现高度的自动化和智能化，提升企业的生产能力；将信息化融入到研发体系，将产品定义、仿真分析与实验过程集成为新的研发平台，实现异地协同等。这些都是通过信息技术在工业产品及设备的应用提升企业的核心业务能力，从而支撑工业化的数字化、智能化、网络化的实现。

3.管理过程的信息化建设提升企业管理水平

利用信息化手段，可以提高企业生产、经营、管理水平。在生产控制层面，以数控设备为基础，围绕创新研究和开发设计、工艺管理和加工制造、过程协同和质量控制、物料配送和产品管理等生产制造的关键环节推进信息化，以提高生产制造全过程的工作效能。在资源配置层面，以成本分析为基础，围绕外部协作、内部计划、及时响应等关键环节推进信息化，以提高企业市场响应效率。在管理决策层面，以信息管理为基础，围绕产品市场与客户关系、人力资源与资本运作、发展战略与风险管理等关键环节推进信息化，推广应用业务流程重组(BPR)、企业资源管理(ERP)、管理信息系统(MIS)、计算机决策支持(DSS)、数据挖掘(DM)、商业智能(BI)、供应链管理(SCM)、客户关系管理(CRM)、知识管理(KM)等信息技术，提升企业的管理水平和运行效率，实现管理信息化。例如重庆长安汽车公司通过在汽车生产管理和信息化建设方面的努力探索和实践，保持年均20％以上的增长速度，实现了企业的快速发展。

软件服务推动企业的工业化进程

1.嵌入式技术提升产品设计过程、产品及设备的数字化、智能化水平

嵌入式软件是推进工业化的重要工具。嵌入式软件，又可以细分为操作系统、支撑软件(嵌入式数据库和开发工具)、应用软件等，他们被植入嵌入式系统之中，达到自动化、智能化的控制、监测、管理各种装备、机器和系统运行的目的。嵌入式系统和软件在各种工业设计、工业产品、设备和过程控制系统中的应用极为广泛，不仅使企业的产品，而且使企业的工业设计、生产设备、生产流程具备数字化、智能化和网络化的特征，因而是促进“两化融合”极为重要的技术手段之一。

2.IC设计提升产品及设备的数字化水平

IC设计是将系统、逻辑与性能的设计要求转化为具体的物理版图的过程，也是一个把产品从抽象的过程一步步具体化、直至最终物理实现的过程。在工业企业定制化、个性需求的引导下，IC设计在工业产品和设备的应用成为主流，将电路模拟转化为数字模拟，提升产品和设备的数字化水平。

3.辅助设计技术提升产品设计效率

在产品设计过程，计算机辅助技术(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助制造(computer Aided Manufacturing，CAM)、计算机辅助工艺流程(Computer Aided Engineering，CAE)、计算机辅助生产计划(Computer Aided Process Plan-ning，CAPP)、计算机产品数据管理(Product Data Management，PDM)等信息技术，在提高产品设计效率和质量上发挥了重要作用并得到了广泛应用。例如东风汽车公司在产品设计过程中，借助计算机产品数据管理技术建立了CV-BOM管理信息系统，解决了产品研发周期过长，无法快速响应市场的需求的问题。同时降低了产品的设计成本、管理成本，降低了产品研发风险和企业成本，提升汽车产品研发设计知识管理水平，增强了企业的核心竞争力。此外该系统提出并实现了达到了国际先进水平的汽车产品开发创新技术和实现流程，推动中国汽车行业的科技进步。

4.SaaS提升企业管理的信息化水平

篇3

1 嵌入式软件开发的特点

嵌入式软件的开发具有如下几方面的特点：

1）需要交叉开发工具和环境。由于嵌入式软件本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也不能对其中的程序功能进行修改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发。这些工具和环境一般基于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。开发时往往有主机和目标机交叉开发的概念，主机用于程序的开发、调试，目标机作为最后的执行机构。开发时主机和目标机需要交替结合进行。

2）软硬件协同设计。软硬件协同设计涉及以下方面：嵌入式软件设计、实时系统设计、硬件设计和软件设计。软硬件协同设计强调硬件与软件的协同性与整合性、软件与硬件的可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。

3）嵌入式软件开发人员以应用专家为主。通用计算机的开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士，而嵌入式软件则是要和各个不同行业的应用相结合的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。

4）软件要求固态化存储。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。

5）软件代码高质量、高可靠性。尽管半导体技术的发展使处理器速度不断提高，片上存储器容量不断增加，但在大多数应用中，存储空间仍然是宝贵的，还存在实时性的要求。为此要求程序编写和编译工具的质量要高，以减少程序二进制代码长度，提高执行速度。嵌入式软件的核心是系统软件和应用软件，由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格要求。

6）系统软件的高实时性。在多任务嵌入式软件中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾和合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，这种任务调度只能由优化编写的系统软件来完成，因此系统软件的高实时性是基本要求。嵌入式软件应用程序虽然可以没有操作系统直接在芯片上运行，但是为了合理地调度多任务，利用系统资源，系统一般以成熟的实时操作系统作为开发平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

2 软硬件协同设计概念

嵌入式软件设计是使用一组物理硬件和软件来完成所需功能的过程。系统是指任何由硬件、软件或者两者的结合来构成的功能设备。由于嵌入式软件是一个专用系统，所以在嵌入式产品的设计过程中，软件设计和硬件设计是紧密结合、相互协调的。这就产生了一种全新的发展中的设计理论——软硬件协同设计。这种方法的特点是，在设计时从系统功能的实现角度考虑，把实现时的软硬件同时考虑进去，硬件设计包括芯片级“功能定制”设计。既可最大限度地利用有效资源，缩短开发周期，又能取得更好的设计效果。

系统协同设计的整个流程从确定系统要求开始，包含系统要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和开发时间等。这些要求形成了由项目开发小组和市场专家共同制定的初步说明文档。系统设计首先确定所需的功能。复杂系统设计最常用的方法是将整个系统划分为较简单的子系统及这些子系统的模块组合，然后以一种选定的语言对各个对象子系统加以描述，产生设计说明文档。其次，是把系统功能转换成组织结构，将抽象的功能描述模型转换成组织结构模型。由于针对一个系统可建立多种模型，因此应根据系统的仿真和先前的经验米选择模型。

3 嵌入式软件开发的方法论

在建立一个完整的嵌入式软件或是产品时，大部分系统都很复杂，不但功能规格很多，还必须考虑例如价格、性能等其他因素，否则很容易做出一个失败的系统或是产品。因此，在进行系统开发之前，必须先了解一些系统设计技术，使得在开发过程中更为顺利。一般来说，产品设计的过程会经历几个步骤，为了确保这些步骤的合理性，我们需要一个设计方法论来面对整个设计过程。采用方法论有以下三个重要理由。

确认所做的每一件事情都是必须要做的，不做无谓的工作，也不漏掉关键性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能测试。

根据设计方法论可以发展出计算机辅助工具或是设计经验累积，汲取每一次产品开发的经验。再经过量化之后，可以发展出一套工具或是方法，让往后的产品设计步入自动化。

开发团队遵循同一套方法论，可以让团队成员更容易彼此沟通。每个人都能在短时间内了解整体过程中将经历哪些过程，需要何种支持与接收到何种结果。此外，也容易通过一套已经定义好的方法论，彼此相互合作协调。设计过程的目标是做出有一定用途且具有创新点的产品。产品的典型规格包含功能性、制造成本、性能表现、省电考虑和其他特性。

篇4

新闻总是乐于报道安全系统遭到攻击的事件：操作系统漏洞、非法入侵政府网络、笔记本电脑的信用卡帐户信息被窃等等。安全性不仅仅涉及到笔记本电脑和服务器，嵌入式领域也越来越关注安全性问题，例如交通灯、家庭安全系统、烟雾探测器、ATM、收银机等，由此看来，风险无处不在。

嵌入式系统需要安全保护的原因有多种，某些应用中，政府部门需要对敏感数据进行保护，例如：病历、信用卡信息等。有时还会对销售流程进行安全保护，例如，公司可能以低于成本价出售打印机，通过打印机耗材的高利润进行补偿。利用安全技术可以鉴别耗材的真伪，避免使用第三方的假冒产品。某些情况下，安全技术被用来保护知识产权，嵌入式设备中可能包含极具创新的算法，制成成品后，为了保护来之不易的产品设计，需要增加安全性，以防止盗版。

安全性设计是一个折中的过程－理想的安全产品设计将耗资无限，而不具备安全保护的设计则不需要任何安全功能的花费。每种特定应用都必须确定所要求的安全等级，具体了解安全系统需要保护什么?

加密安全吗?

选择合适的加密工具对于通讯架构来说至关重要，应选择公共算法，应用较为普遍的算法包括：DES、RSA或DSA。许多人认为选择一个模糊的私有算法会更安全，实际情况并非如此，公开算法已经经过学术界、政府机构和业内专家的评估。私有算法看起来安全，而且也经过一位收取一定费用的专家的评审，但是，如何保证事物背后的安全性，如何保证评审人员的可信度?另外，私有算法还可能需要支付许可权费用、版权费用等，限制今后的选择权。

尽管加密技术对于嵌入式系统的安全性来说至关重要，但这只是一个方面。假设现实世界场景中，两个人通过相互传递编码信息进行交流。攻击者可能窃取此信息，如果信息编码所采用的加密技术可靠，这种攻击将是无效的。有胆量的攻击者可能会直接对人进行攻击。与破解加密信息相比，强迫参与者泄漏通讯密码会更加容易。

这个例子对于嵌入式应用非常形象，例如ATM与银行之间的加密通信。试图破译传输线上的加密PIN数据几乎是不可能的，有些攻击者可能认为攻击ATM机更有效。攻击者可能会在夜深人静时打开ATM。在一系列攻击后获取ATM与银行通信的密钥。然后，攻击者将ATM恢复原位后离开。这种情况下，对传输线的监测使攻击人员获取了密钥，可以解密所有帐号和PIN数据。

值得庆幸的是，目前的ATM具备强大的物理层和逻辑安全技术的保护。当然，上述例子也提出了以下几个安全性问题：

・加密技术只提供一层保护，不能完全阻止攻击者的行为。

・贮存在ATM机中最有价值的东西是密钥，而非账号、PIN数据或现金。

・一个安全的嵌入式设备必须在遭受攻击时有所反应，擦除有价值的密钥。

对嵌入式系统的攻击

攻击者通过什么途径得到ATM的密钥呢?

攻击着可能从最简单的操作开始，假如密钥存储在外部存储器，攻击者只需简单地访问地址和数据总线窃取密钥。即使密钥没有连续存放在存储器内，攻击者仍然可以破解外部代码，确定哪个存储器包含有密码。引导装入、调试和测量状态下都是遭受简单攻击的薄弱环节。这些工作状态通常允许对微处理器内存和寄存器读/写操作。即使这些状态的文件不公开，对于有着广泛社交经验的工程师来说，通过微处理器厂商的雇员来获取这些信息也是轻而易举的事情。

尝试了简单的攻击手段后，如果没有达到目的的话，攻击者还会采取更为诡异的手段。从简单的时序和功率分析中观察加密操作的时序和功率消耗。对于设计不理想的加密过程可能会在处理密钥1时比处理O时消耗更多的时间和功率，这为攻击者提供了足够的信息，使其推算出密钥。如果这种简单的分析手段不起作用，攻击者便会使用差分能量分析(DPA)技术。差分能量分析是一种统计攻击方法，通过采集上千次运行时的能量损耗数据，最终，从功率脉冲信号中获取密码。虽然这种方法耗时，但可以自动操作。此外，攻击者还可能采用故障注入攻击，使微处理器运行在工作范围以外的条件下，从而产生故障信息，导致密码泄漏。攻击者也可能试图拆除微处理器的塑料封装，用微探针分析密码数据。内存具有规则的结构，很容易在硅片中识别出来，利用微探针设备可以很容易地对此操作。

面对上述种种攻击，工程师必须采取适当的措施为嵌入式系统提供有效防护。

防攻击措施

在高安全性应用中需要具有唯一的质询，单一品牌的处理器。安全微处理器，例如Dallas Semiconductor的DS5250，能够满足最高安全级别的设计需求。

优秀的安全处理器非常注重密钥保护，使用非易失电池备份SRAM储存敏感信息。这种SRAM应该采用定制的可归零或瞬间擦除的存储器，一旦检测到篡改操作时即刻擦除存储器内容。利用连续工作的传感器或有电池供电的时钟检测篡改事件(例如温度攻击、电压攻击或微探针攻击)。这种安全监测可以确保攻击者利用外部时钟控制时无法阻止清零过程。使用片上存储器，攻击者无法窃取器件内部传输的密钥。另外，假如对器件实施物理攻击，密钥会被立刻擦除。

为了确保攻击者无法控制内存总线、插入可能窃取密钥的指令，安全处理器对外部存储器总线进行加密，并对程序存储器提供完整性监测，密钥随机产生，每个器件不同，这种加密方法确保攻击者无法复制或窃取产品设计，提供有效的知识产权保护。假如攻击者试图插入随机指令，完整性检查就会报告检测错误，认为侦测到篡改事件。

篇5

作者简介：梁冀（1985-），女，广西贵港人，广西民族师范学院物理与电子工程系，讲师；蒋志年（1965-），男，壮族，广西宾阳人，广西民族师范学院物理与电子工程系，副教授。（广西 崇左 532200）

基金项目：本文系广西民族师范学院2013年教育教学改革研究项目（项目编号：JGYB201322）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0119-02

近年来，随着嵌入式系统在通信、电子、工业、网络等领域的应用越来越广泛，人才需求也越来越旺盛，各高校都相继开设了嵌入式系统相关课程。[1]嵌入式系统是通信类和电子信息类专业的一门实践性很强的后续课程，是专用于培养学生实践能力的系统课程中很重要的一门。但由于嵌入式系统所包含的基础知识非常多，涉及的知识内容相当广，学科随着应用的发展迅猛，知识的更新相当快，开设课程课时偏少尤其是实践课时严重缺乏，[2]导致了高校中嵌入式系统课程的学习远远跟不上嵌入式系统技术的发展趋势，直接造成了学生实践能力跟不上实际生活领域的应用和相关实践人才的缺乏。

根据嵌入式系统课程的特点，结合广西民族师范学院（以下简称“我校”）通信类和电子信息类专业实践能力、职业能力的培养目标以及学生的学习特点，在嵌入式系统课程教学过程当中，以培养学生实践能力为切入点，在嵌入式系统教学内容、教学方式和教学方法等方面，遵循由易到简、由基础过渡到综合的原则基础上，进行了一系列的教学改革与探索，[3]使得嵌入式系统教学分别从理论知识、实验操作、实际应用的设计三方面相互提携，全面提升课程的教学效果，提高学生的实践能力，提升学生的职业能力。

一、软硬件理论方面知识教学改革

嵌入式系统是一门实践应用性很强的课程，在课程理论知识的深度上，并没有也不需要知识深度的要求，更多是介绍处理器的各个模块各种功能的性能特点、相关寄存器以及使用要求、步骤。但是课程所需要的知识广度要求却相当高，如课程需要学生具备有“电路基础”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“微机原理”、“汇编语言”、“C语言”、“单片机”等相关方面的知识，而学生在学习过程当中广度远远不够，这就要求在理论知识的教学方面，根据课程的特点，做出相对应的调整、改革，以满足课程教学的要求。

1.教材

目前，市场上关于嵌入式系统方面的教材种类相当多，内容分布各具特点，但缺乏一本权威的教材。而因为嵌入式技术更新相当快的特点，想要选择一本内容和难度方面都非常合适的教材很难，为了更好完成教学目标，同时结合我校的实验设备，笔者选择了周立功先生主编的《ARM嵌入式系统基础教程》作为教参。结合实际情况，添加相关部分的内容，教参只是教学内容的参考，不拘泥于教材，具体的教学内容必须要跟学生的具体知识结构、专业基础结合起来。在51单片机的基础之上，开展软硬件协同开发的理论教学，主张缺什么补什么，有什么省略什么，多本教材多方面知识协同，强化教学内容。

2.教学模式、方法

传统的教学，往往是教师在授课前先设置好教学大纲，然后按照教学大纲设置内容，通过教师的讲解、授课，让学生能够掌握相关知识点，做好理论准备。然而，这种教学模式并不适合实践性很强的嵌入式系统教学，不能激发学生的学习兴趣，学生的学习能动性较差，不能学以致用，这对培养学生的实践能力非常不利。

针对这些实际情况，笔者在嵌入式系统教学的过程当中更加注重理论与实际的结合，教学内容尽量做到一边讲解知识点，一边对该知识点的相关原理过程进行演示，加强教学立体效果。因此，在我校的嵌入式系统教学过程当中，笔者主要通过在理论教学中采用现代计算机仿真技术，如proteus加IAR软件仿真等，将嵌入式系统各个模块各种功能的工作原理、工作过程等看不见摸不着的抽象过程具体化、形象化，让学生更加直观了解、掌握课程的重点、难点；同时充分利用现代教育技术的辅助作用，利用多媒体技术容量大、图文并茂的生动特点，将课本中一些难以理解的知识点，通过动画演示，是学生能够形象地理解一些抽象的理论知识，调动学生视觉、听觉等各方面的感观，变抽象为具体，充分调动学生的学习兴趣、积极性；而在理论教学的方法上，笔者主要采用的是分类法、比拟法，把嵌入式系统的众多知识点按照模块进行分类，把种类繁多的知识点分成有序的模块。同时，将各个分类好的模块与之前开设的51单片机进行一个类比学习，充分利用之前学习51单片机的知识、经验，以达到提高教学效果的目的。

3.共享学习资源

在课程教学过程当中，笔者主要通过自己建立的网络课堂进行学习交流，同时给学生介绍一些著名的学习网站，如21IC网、电子工程师网等。通过这些网络资源，使同学们能充分了解行业的发展情况，通过与工作经验丰富的工程师进行在线交流，也能培养学生的专业兴趣，提高学生课外解决问题的能力；而另外一方面，在课余的时间，笔者也尽可能地邀请行业内的嵌入式系统开发技术工程师来校做一些相关方面的学术报告，使学生能更直接地接触专业技术人员，更深入体会行业的风范。课外与课堂的有机结合，充分保证学习的效果，为培养学生的实践能力、职业能力做好理论铺垫。

二、实践操作教学改革

实践能力的培养体现在通信工程专业学生身上，就是通过教学和训练，使得学生具有实际产品设计的总体意识，依据这种意识掌握、运用相关科学技术，实现产品的总体设计。这要求在实践课程教学当中有目的有意识地引导、培养学生，因此，实践操作的教学在嵌入式课程教学当中更为重要。

基于以上因素的考虑，在我校的嵌入式系统实践教学当中，主要依托嵌入式系统开发实验室，利用ARM7开发系统，将嵌入式实践教学融入“两种模式，三个阶段”的团队学习模式。所谓两种模式，就是课堂必修训练模式和课外开放实验室训练模式。而三个阶段，指的是基础验证实验阶段、综合实验阶段和设计性实验阶段。

在实践教学阶段，笔者将整个教学过程分为三个阶段，其中基础性试验阶段主要用于熟悉和巩固嵌入式系统各个模块的功能。初步掌握独立模块使用的方法、步骤，这部分的实验课时设置相对缩短，保证只占整个实践课时的五分之一左右。掌握独立模块的使用后，紧接着要进入综合实验阶段，在这个阶段主要设置一些综合性较强的实验，在一个实验当中，将会同时使用三个或者三个以上的模块，这样，通过这部分实验主要培养学生的调节能力，使学生逐渐掌握同时使用多个模块时，各个模块之间该如何调节，如何关联，这阶段较为关键，主要占据实践教学的一半课时。最后，为了巩固学生的综合能力，同时也为了培养学生的实际应用能力，笔者将设置1～2个的设计性实验，让学生利用嵌入式技术去动手设计一个小产品，完整地体验一个小产品的开发过程，达到课程教学的真正目的，这一部分的课时占据课程的大概2/5的课时。

当然，在这三个阶段实施的过程当中，不仅仅只是在课堂上利用课堂教学时间让学生在实验室真正地学习、操作，更重要的是必须要提供一个课外的实验室开放学习模式。不仅只是在嵌入式的教学期间，在整个大学生涯期间嵌入式实验室利用专人负责管理，全天候开放环境的模式，为广大的学生们提供一个开放式学习环境。学生可以在任何有空余的时间，有学习想法的时候，随时进入实验室进行开发学习，展宽他们的学习机会以及为学习提供必要的帮助。同时，考虑到学生的实际基础各有不同以及嵌入式系统所需知识的广度太大，学生单人实践，学习效果将会产生参差不齐的状况，效果非常有限，因此，在实施两种模式，三个阶段的实践教学过程当中，将学生分成若干个团队进行实践练习。一方面，可以促进学生之间的学习交流，使他们能够取长补短，彼此之间深入探索问题，共同合作，增进学习效果的同时，也逐渐培养学生一种团队合作的意识和习惯，为将来走上职业岗位做好充分的准备。

三、以赛带练，强化实践

嵌入式系统是一门实践为主的课程，尽管笔者在课程教学过程中有意识地偏向实践教学，但毕竟实践教学都处于实验室教学，实验室操作开发阶段，即使在实践教学过程中为了弥补这个缺点加入了设计性试验的环节，但实践教学证明，这个过程虽然具备一定的效果，但由于设计性实践教学课时较短，只能设置一两个较为简单的小应用设计，与实际应用当中真正做一个嵌入式系统开发的过程差别较大。因此需要为学生提供一个更加具备挑战性，更加接近实际应用的一种锻炼机会，那就是组织学生参加各种学科设计竞赛，[4]比如全国大学生电子设计竞赛、广西区电子设计竞赛等。在这些权威的学科竞赛当中，每一年都有嵌入式系统相关的开发设计，并且严格规定设计要求、设计时间，学生的参与面非常广。通过组织学生参加这样一些设计比赛，以比赛带动练习，使学生能够学会应用自己所学的知识去解决产品开发的问题，同时充分体会产品设计过程，掌握产品设计过程当中应该怎么做，遇到问题该如何解决等，参加学科设计竞赛，以赛带练。通过这样一种延伸式的实践教学，真正使学生的实践能力、职业能力得到很好的锻炼，从根本上提高我校通信工程的人才培养质量。

四、总结

为了适合社会的需求，也为了使得学生能够更好地进入社会，笔者在通信类及电子类专业的培养过程中必须时刻调整，注意培养学生的实践能力、职业能力。作为通信类及电子类专业实践课程的最后一类课程，嵌入式系统课程的教学有着十分重要的作用，嵌入式系统的教学改革，从一定程度上，影响着学生的培养质量。我校通过一系列理论、实践及延伸式实践的改革，在理论教学时，注意抓重点，抓知识广度，理论与实践相结合，将抽象的理论知识具体化、形象化。在实践教学上，根据我校的实际采用了“两种模式，三个阶段”的团队式学习模式的改革，不仅从教学的角度，更重要的是在实践的角度进行改革，并且通过权威性的学科设计竞赛，充分带动学生的学习、训练，使学生的实践能力、职业能力得到了最充分的锻炼。实践证明，这样的教学改革深得我校通信类及电子类学生的认可及肯定，带动了学生的学习兴趣。组织学生参加各类的学科竞赛都有省部级、地厅级等各方面的奖励，毕业生走向工作岗位也受到了用人单位的一致肯定，这使得我校的人才培养质量得到了进一步的提高。

参考文献：

[1]王慧娟.嵌入式课程中实践教学的探讨[J].北华航天工业学院学报，2011，21（5）：54-56.

篇6

在即将到来的第四阶段，会有越来越多的设备加入到互联网，比如车载娱乐系统，远程医疗，数字标牌和网络摄像头等，嵌入式设备及其应用将真正让互联网无处不在，人们不论是在工作、娱乐、学习甚至休息的时候，都能随时与互联网保持连接。嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。

嵌入式设备虽然不能够非常绝对地做一个界定，但可以简单理解为功能相对固定的应用设备，或者说，嵌入式设备就是一个不想成为电脑的“电脑”。例如超市中的POS机，马路边新设立的视频大幅广告牌，娱乐场所里的游戏机，机场里的电子信息牌等等。与个人电脑的不同是，嵌入式设备需要把有限的计算能力用在一个主要应用中，应用功能方面被限制在特定领域，但它的硬件很可能用的就是英特尔奔腾或者酷睿处理器。

微处理器引入到嵌入式领域是一个革新式的事件，并且提供了灵活性和可迁移性。这样，微处理器和计算平台将会与通讯能力进一步整合，人们就可以创造出更多的使用模式和设备。谈到嵌入式处理器产品的创新和应用，大家可能会立刻想到凌动(Atom)处理器。这款英特尔史上体积最小、功率虽低的处理器能为最终产品带来性能、功耗、外形尺寸和成本等各方面的优势，一进入市场就非常受欢迎。经过持续的技术更新和市场推广，迄今它已融入到2000多款嵌入式产品设计中。通过“凌动”这样为多种应用而生的嵌入式处理器平台，原本基于个人电脑的众多应用就可以便捷地迁移到各类消费电子平台上，让未来人们生活中的电子设备变得更加智能。

篇7

中图分类号：TP273 文献标识码：A

嵌入式计算系统在一般情况下不运用在通用计算机，我们通常所说的固件就是在运行中固化的软件，用户最终是很难或者根本不可能改变固件，操作系统和应用软件集成到计算机的硬件系统中，形成系统的应用软件和系统硬件集成。嵌入式系统软件具有代码少，高度自动化，响应快等特点，特别是适合于实时和多任务处理的情况下。相比与通用计算机系统，嵌入式系统的低功耗，高可靠性，功能强大，性能价格比高，实时，多任务处理，占用空间小，效率高，应用程序特定，可灵活定制就非常占据优势。

1 嵌入式系统中的应用现状

就目前而言，中国嵌入式系统市场进入快速增长期。在过去几年和未来几年，为几乎所有的电子设备的嵌入式系统的发展注入了新的活力，由速发展的互联网趋势和微处理器以廉价的形式出现使嵌入式系统在我们日常的生活中形成一个更大的应用领域。中国嵌入式系统的主要客户集中在消费电子，通信，医疗，安防等行业。中国目前的嵌入式系统市场，几大热点应用领域包括：汽车和电力系统的电源管理，高清晰度数字电视和数字机顶盒，智能手机与智能工业设备，终端和联网能力。嵌入式工业设备将融入更多的智能功能，如通信和网络，并在汽车电子市场，医疗电子市场，机械和电子产品市场，视频电子市场和数码电子产品市场已越来越广泛的应用。

1.1 消费类电子产品

环球资源2004年联合研究，这项报告显示，在亚太地区的嵌入式系统最迫切的需求行业是消费电子行业。近年来FPGA技术的飞速发展和广泛的应用程序和嵌入式消费类电子产品。全球数字和高清晰度广播和电视传输标准，游戏和多媒体娱乐系统，液晶和等离子显示技术，家庭DVR和DVD-W技术，汽车驾驶室娱乐系统和GPS导航系统，信息，通信和安全系统及其他持续上升的需求和应用，标志着前者在消费类电子产品是普遍深入人们的生活。

1.2 汽车和动力系统，智能电源管理技术

随着搭载CPU的汽车电子设备要求电源电压变得更加多样化，需要更低的电压和更强大的功能，电源管理也变得越来越重要，电源管理的要求也在不断变化。汽车电子设备变得更大，屏幕分辨率变高，但在同一时间，其规模要小得多。所有这些新的应用程序将需要高集成度，高性能，高效率的电源管理。车载电源延长便携式设备的电池寿命，它也需要设法消除自动开关电源敏感电路的干扰。电力系统，变电站点多面广，以及减员增效适应现代管理要求的，有很大一部分的无人值守变电站，同时也为基于嵌入式Web服务器的配置管理技术的设备提供了良好的条件。可以大大减少劳动力，设备运行，设备管理，及时了解变电站运行信息，设备故障的处理也更迅速和有效。随着国家电网的发展，基于嵌入式Web服务器设备的维护比基于传统的拨号远程维护方法更有利。

1.3 工业控制嵌入式设备

全球各行业各领域迅速发展时，在中国工业控制领域，医疗电子市场，与国民生产总值，机械和电子产品市场，视频和数码电子产品市场的电子产品市场，航空航天，运输相关的嵌入式应用程序也快速增长起来。近年来，嵌入式网络解决方案，已经发生了重大的变化：首先是小设备，如手持式扫描仪；其次是具有更高的网络传输速度和便携无线功能要求；需求再度降低功耗；最后需要进行数据安全和加密。

2 嵌入式系统的发展趋势

（1）根据行业和领域不同的发展阶段来看，嵌入式应用软件开发时需要对此进行配套相同能力的开发工具和操作系统支持。随着互联网技术的日趋成熟，随着带宽的增加，ICP和ASP提供的信息内容在互联网上越来越丰富，形式多样的应用项目。在为了满足应用程序升级功能，设计师不仅需要越发强大的嵌入式处理器，如32，64R工人SC芯片或信号处理器DSP增强处理能力；还需要采用实时多任务编程技术和交叉开发工具技术来控制嵌入式系统功能的复杂性，从而达到简化设计应用程序，以此来确保软件的质量和缩短软件的开发周期。

（2）网络发展已经成为一个必然的趋势，以满足嵌入式的分布式处理架构和应用程序的访问，在二十一世纪的需要配备标准要求的嵌入式系统中，一个或多个网络通信接口。外部网络的要求，配备必要的通信接口，相应的需要TCP/IP协议套件的软件支持，还需要提供相应的通信网络协议软件和物理层驱动软件的嵌入式设备。

（3）嵌入式产品设计师在设计时要考虑到嵌入式系统支持小型电子设备体积小，微功耗，成本低等性能，内存容量的限制和复用接口芯片。因此，设计嵌入式产品需要经验丰富的软件人才，也需要发展先进的嵌入式软件技术，如Java，Web和WAP等等。

篇8

随着经济危机的到来，研华趁势开始了战略转型：从应用导向平台，到暇务导向平台

即不仅停留在销售板卡本身，更看重板卡背后的整套服务。不追求竞争价格，而期望为客户带来更多的价值。

近日，在研华嵌入式应用设计论坛(ADF)北京站期间，研华嵌入式设计服务(Embedded Design-in Services)事业群副总经理魏廷晃和嵌入式运算核心事业群副总经理张家豪与我们分享了研华的创新理念和成功经验。

嵌入式Design-in服务

“研华在同业中的定位是成为市场的龙头公司。”魏廷晃说，“我们并不很在意价格竟争和比较的问题。对于采用我们服务的客户，我们更在意满意度如何。

随着技术的发展和竞争的残酷，客户的需求越来越高，为了获得客户青睐，厂商必须倾听并满足客户需求。对客户而言，最大的诱惑就是帮助其提高商业效率，面对现在的市场发展形势，研华认为作为仅提供硬件板卡的供货商角色已不能满足客户的需求。

多年丰富的嵌入式经验，帮助研华了解如何将know how(诀窍)转化为提供完整的解决方案，也清晰地发现客户在设计生产流程中的各类需求。为此，公司除了提供各式的硬件产品外，还整合了内外资源推出EmbeddedDesign－in Servlces(嵌入式设计服务)的概念，以全新的Emb'Core(嵌入式核心服务)经营模式，提供客户从产品规划、硬件设计、验证、系统整合到量产各个阶段中相应的服务。

Emb'Core经营模式

Emb'Core(嵌入式核心服务)是研华嵌入式运算核心事业群提出的特有经营模式，是以设计为目的的服务。这是―种可广泛集成嵌入式板卡、模块和软件的流线型解决方案。所谓Design-in，不是简单的产品设计(Design)，而是包括完全参与客户的每个设计阶段：计划、板卡设计、设计验证和系统集成一大量生产的全过程，在每个阶段都能提供符合客户需要的服务。

具体来说，除了准时提供与Intel等芯片厂商同步上市的嵌入式板卡之外，研华也已提早开始开发下一代嵌入式板卡，同时专注于达到几项智能嵌入式平台的核心特征：更低的功耗、轻薄的造型、降低软件复杂度以及即插即用等特点。

在软件开发上，未来的设计趋势包括EFI(Extenslhie Fi rmwa reInterface。可扩展固件接口)的架构、智能型管理、实时操作系统(RTOS)、系统安全、远程访问、远程维护解决方案。研华已经针对嵌入式BIOS(基本输入输出系统)、OS和软件API(应用程序接口)提供上述相关的整合开发服务。其中Emb'Core提出三项EFI解决方案：嵌入式EFO BIOS、嵌入式EFI Pre-Boot应用方案与嵌入式EFIRemote Manager解决方案，将可让客户针对垂直市场的需求安装BIOS，并可提供多功能的嵌入式软件功能与定制化服务。

不仅如此，在Emb'Core的智能型管理上要能做到跨平台的数据安全、硬件监控、智能风扇等管理能力；在系统安全上能提供涵盖BIOS、平台和储存装置等三层安全机制，并能进行远程访问和灾难诊断能力。此外，也将提供储存模块、远程维护解决方案、触控等工业级嵌入式模块方案。

iManager

同样是提供板卡产品，但研华的服务模式已经从被动变为主动：除了销售板卡，还提供广泛的软件和硬件服务。张家豪指出，定制化的整合软件解决方案是提升产品价值和市场品牌的关键所在。为此，研华推出了智能管理软件iManager。这是一种基于研华SUSl(安全＆统一智能接口)API软件的高级服务。这样即使在操作系统出现瘫痪时，板载芯片监控硬件和软件也能保留一些功能。

iManager包含5种主要模块：省电、监控、热键、视频亮度和安全。这些功能简化并增强了软硬件应用集成。通过这个新型嵌入式芯片，系统集成商可以更加优化设计，如简化系统更新、增强系统稳定性、提供智能板卡保护、增加安全性和方便设计配置。所有这些优点提高了客户的商业效率以及嵌入式产品的质量。

“iManager具有一些独特的创新。”张家豪举例说，尽管很多同业厂商也可以做BIOS，但只对BIOS进行修改，做一些定制化的服务，例如BIOS开机后换成客户需要的屏显内容，加上客户的商标等。但是研华继续研发到EFI BIOS层面，可以把BIOS做成3秒内开机。

从追求价格翻追求价值

Design-in理念的服务、Emb'Core经营模式的服务、iManager的软件服务……，除了服务，还是服务。服务之外研华的优势又是什么?是什么支撑研华28年来从小到大、成为业界翘楚?

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中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-9599(2011)23-0000-01

Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系统是指以应用为核心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗严格要求的专用计算机系统。它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实现诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术、计算机技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可剪裁，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求[1]。

嵌入式系统已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域，如手机、PDA、MP3、手持设备、智能电话、机顶盒等，可以说嵌入式技术无处不在。由于社会对掌握嵌入式技术人才的大量需求，使嵌入式软硬件工程师成为未来几年最为热门的职业之一。

目前，随着嵌入式技术越来越热，国内越来越多的高校陆续开设了相关课程，并建立了嵌入式实验室。但是通过各种渠道反映出，很多高校嵌入式课程开设的情况不理想，很多学校建立了优良的嵌入式实验室，却很难达到理想的授课效果。归结其原因主要有两点：一、没有完善的课程体系；二、需要合适的师资力量。吉首大学作为一所办在民族地区的省属高校，其办学宗旨之一就是为地方经济建设服务。吉首大学计算机系一直就是秉承此种宗旨来发展和培养应用型人才的。从目前的嵌入式系统技术发展趋势来看，计算机专业本科教学不仅要面向计算机软硬件系统，更应与嵌入式系统方向相结合，与人才培养模式和人才需求相结合进行适时调整，从理论及实践课程体系、师资能力到人才培养模式进行整体规划，以适应当前应用广泛的嵌入式系统人才需要。

二、计算机本科专业嵌入式方向的人才培养目标

按照嵌入式技术及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，培养与我国社会主义现代化建设要求相适应的，在德、智、体、美等方面全面发展，掌握计算机科学与技术基本理论、基本知识和基本技能，具有深厚嵌入式理论基础、能从事嵌入式系统设计与开发、集成电路设计与应用、无线通信等实际工作，具有良好的政治素养、文化科学素养、较强的学习能力、实践能力和创新意识和综合解决实际问题能力的高级应用型人才。嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具[2]，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术的人才。

毕业生具有的知识、素质、能力包括：1.具有良好的思想道德素养和团结协作的精神，熟悉计算机方面的有关法规，遵纪守法，善于合作，勇于创新。掌握较丰富的科学文化知识、较扎实的计算机学科基础知识、系统的专业基础知识和基本技能，了解计算机专业的发展趋势和新进展。2.具有较强的学习能力和实践能力，能够熟练地运用多种方法获取知识、理解知识、掌握知识，能够综合性地提出问题、分析问题和解决问题；具有较强的计算机综合应用能力和一定的科学研究能力。3.掌握嵌入式系统开发的理论和基本方法，具有嵌入式系统软硬件的设计、开发、调试及维护的基本能力。具体掌握一种嵌入式操作系统，具有在该操作系统环境下设计、编程及开发的能力。兼具软件及硬件的协调开发能力。4.具有良好的语言表达和书面表达的能力，适应现代社会的交往沟通方式，具有较强的集体合作和组织协调的意识与能力。5.熟练掌握一门外语,并能顺利阅读本专业的外文书刊，了解文献检索、资料查询的基本方法。能够较熟练地使用英语从事嵌入式方向的研究与开发。

三、计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设思路

嵌入式系统作为一个完整的智能电子系统，需要掌握有关电子和计算机等相关领域的硬、软件综合知识。一般而言，自动化、测控和电子类的学生电子设计的基础较好，程序设计偏弱；而计算机类的学生程序设计基础好，电子设计能力偏弱。计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的建设和规划，应从以下几方面结合进行。

（一）计算机本科专业课程与嵌入式系统方向相结合

嵌入式系统是将先进的计算机技术以及电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物。嵌入式系统的应用范围可以粗略分为两大类：电子系统的智能化(工业控制、现代农业、家用电器、汽车电子、测控系统、数据采集等)，计算机应用的延伸(MP3、手机、通信、网络、计算机设备等)。从这些应用可以看出，要完成一个以MCU为核心的嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识。硬件主要有MCU的硬件最小系统、输入／输出电路、人机接口设计。软件设计有固化软件的设计，也可能含PC机软件的设计，这些有关嵌入式系统的硬、软件设计和测试也是计算机系统的组成部分之一，嵌入式系统知识体系最主要的三大技术仍然是计算机体系结构、计算机操作系统和计算机网络，嵌入式系统方向的课程设置应与这些计算机本科专业课程相结合，在计算机相关软硬件知识基础进一步拓展设计和应用知识。

（二）与嵌入式系统自身特点相结合

嵌入式系统以计算机、电子技术为基础，但嵌入式系统也有其自身的特点。按照层次结构看待嵌入式系统，嵌入式系统分为4层：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层，不能片面地从“电子”或“计算机软件”角度认识嵌入式系统，嵌入式系统软件硬件密切相关，软硬件协同设计已经成为电子系统级工具和方法的主要应用，是软件与硬件的综合体，没有对硬件的理解就不可能写好嵌入式软件，同没有对软件的理解也不可能设计好嵌入式硬件。软硬件相结合进行课程设置是嵌入式系统的特点要求之一[3]。嵌入式系统设计也是一门实践性非常强的课程,作为以应用为中心的课程，实践教学是嵌入式系统教学的关键，要求理论与实践并重，为将学生的操作能力、分析能力、工程设计能力与应用实践结合起来，引导学生由浅入深地掌握嵌入式系统设计的理论与技术，嵌入式系统方向课程设置应以培养实践动手能力为核心。

（三）与市场、企业需求相结合

高校计算机专业嵌入式方向从需求的角度，总体培养目标是培养人才市场紧缺，企业需求量大，就业率高的软硬结合的复合型嵌入式开发工程师。嵌入式系统人才的培养应与社会需求相接轨，充分培养学生技能水平与职业素养，使学生能够达到企业实际岗位的用人标准，满足企业应用需求，缩短企业二次岗前培训，成为具有完备的专业知识和技术能力的应用型人才。

四、嵌入式方向课程体系基本内容

要完成一个嵌入式系统应用产品设计，需要硬件、软件及行业领域相关知识与实践训练，嵌入式方向人才培养的定位为应用型技术人才，综合计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系建设的三个结合点，制定一套培养应用型人才为目标的课程体系[4]。

（一）理论课程体系

计算机科学与技术专业课程包括电路与模拟电子技术、数字逻辑电路、汇编语言程序设计、计算机组成原理、计算机体系结构、微机原理与接口技术等硬件课程；C语言程序设计、离散数学、数据结构与算法、面向对象程序设计（Java和C++）、软件工程等软件课程；操作系统原理、计算机网络、数据库原理等专业核心课程，这些课程也应该为嵌入式方向的支撑课程群。操作系统考虑嵌入式方向课程设置，应增加Linux操作系统的实训内容。

在这些计算机专业课程基础上，删减原来与嵌入式方向联系不大，相对独立的若干专业课程，适当增大嵌入式系统应用技术方向课程比例，构成计算机专业嵌入式方向理论课程体系。基础课程中增加嵌入式系统概论，硬件层面上增加可编程逻辑器件及描述语言FPGA/VHDL、嵌入式处理器体系结构。软件层面上增设Linux下C语言编程、嵌入式Linux驱动开发、嵌入式实时操作系统、嵌入式应用程序开发；嵌入式系统级别上考虑软硬结合增设嵌入式系统设计课程，考虑嵌入式发展方向，增设WinCE设计与开发、嵌入式软件测试技术课程。

（二）实践课程体系

嵌入式系统是面向应用的，实践是整个嵌入式系统课程体系中最重要的环节，其目标是培养学生实际的嵌入式软硬件设计能力。在嵌入式课程实践中，采用多层次专业实践与培训认证相结合的实践体系。专业实践包括课内实验、课程设计、综合项目实践、毕业实习与毕业设计，课内实验学时占每门课总学时数比例不低于30%，课程设计包括软硬件和应用系统开发等课程，综合项目实践以项目团队的形式使学生得到团队协作的训练，毕业实习以校企合作、实习基地形式进行。课内实验和课程设计可使学生课程理论知识得到巩固提高，综合项目实践则培养学生阶段性综合性实践能力，毕业实习和毕业设计可培养学生综合分析设计的应用能力。目前，在嵌入式专业领域内的知名厂商及相关认证也越来越为更多的大学毕业生及在职工程师所关注，在实践教学中，引入国际和国内嵌入式认证的培训内容和知识更新体系，增加实践动手能力，积累项目开发经验，增加就业竞争力。

五、结束语

在IEEE计算机协会和ACM共同制定的2004版计算机类课程体系中，嵌入式系统已经被列为核心课程之一。嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，计算机本科专业嵌入式系统方向课程体系的规划与建设，需要明确人才培养目标和建设思路，并在计算机专业课程基础上进行，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术的发展。

参考文献：

[1]马义德,汤书森,张北斗等.嵌入式系统课程群建设与创新型人才培养[J].高等理科教育,2004(8):23-25

[2]徐劲松,刘钰碧,蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发,2009(28):145-146

[3]徐敏,林瑞金,关健生.嵌入式系统教学改革与实践[J].电气电子教学学报,2009(3):13-15

[4]杨立林.从企业招聘需求看嵌入式系统教学课程体系设置[J].中国电力教育,2011(22):69-70

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中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)18-4491-02

Summary of Real-time Operating System

ZHANG Jun-lin1, WANG Shi-hao2

(1.The Department of the Information of Lu'an Vocational and Technical College, Lu'an 237158, China; 2.ASIC Research Center of Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

Abstract: Currently, computer technology, computer chip technology and software technology as the core digital technology has made rapid development of modern control technology, multimedia technology and popularity to promote consumer electronics, computer, communications integration, the trend accelerated, re-embedded technology become a research hotspot.

Key words: embedded systems; real-time operating system; RTOS

目前，以计算机技术、芯片技术和计算机软件技术为核心的数字化技术取得了迅猛发展，数字化产品不仅广泛渗透到社会、经济、军事、交通、通信等相关行业，而且深入到家电、娱乐、艺术、文化等各领域，掀起了一场数字化技术革命。现代控制技术、多媒体技术的应用与普及，促使消费电子、计算机、通信一体化趋势步伐加快，嵌入式技术再度成为研究热点。

早期的嵌入式技术，以功能简单的专用计算机和单片机为处理核心，通过对处理器直接编程完成系统特定工作，由于处理器结构和目标系统功能简单，因此，以处理器基础的嵌入式应用的开发广泛应用与工业制造和控制行业。

计算机硬件的发展和高性能的处理器出现，使高性能和功能复杂应用系统实现成为可能，嵌入式系统开发变得越来越复杂。为了管理复杂的处理器和设备，简化开发过程，嵌入式实时操作系统RTOS（Real Time Operation System）开始出现并得到迅速的发展，嵌入式操作系统能运行于各种微处理器上，用于管理嵌入式系统的硬件资源，提供丰富的通用程序库，简化嵌入式系统的开发过程，方便嵌入式产品的升级和移植。

随着微电子技术发展，以芯片技术为核心的嵌入式系统开始出现，今天的集成电路规模能够使复杂的应用系统集成到单一的芯片上，从而形成片上系统（SoC: System on Chip），片上系统出现，使嵌入式产品结构越来越小，功能越来越强大。为简化SoC的开发过程，提高产品的可靠性和性能，SoC产品广泛采用基于嵌入式操作系统开发方法。

1 实时操作系统（RTOS）特点

同传统的操作系统相同，RTOS用于管理嵌入式系统的硬件资源，方便用户式用于开发，典型的RTOS包括CPU管理与调度、存储器管理、设备管理、文件管理和网络访问等。RTOS具有可剪裁性和可扩展性，真正的RTOS内核很小，一般只有十几K甚至几K字节，使用时嵌入在目标代码中。用户根据RTOS移植对象（处理器）和应用程序特点，适当选择RTOS其它的功能组件。目前广泛使用手机和PDA等产品都是典型的基于RTOS嵌入式应用。基于RTOS的嵌入式软件开发具有以下特点：

1）RTOS引入简化了嵌入式系统的复杂性。随着嵌入式系统的功能越来越多样化，性能要求愈来愈高，嵌入式产品开发变得更加复杂。RTOS提供系统各功能模块的标准接口，复杂嵌入式系统通过RTOS接口可以分为各个独立的开发模块，各模块只与RTOS交换信息，与其它模块设计者无关，从而简化了复杂嵌入式系统。使开发过程更易管理。

2）基于RTOS开发的系统，具有很好的移植性。由于RTOS封装硬件部分功能，而嵌入式软件采用基于RTOS开发方式，这样，嵌入式软件的移植工作，只要重写RTOS与处理器有关的代码即可。一般情况下，RTOS与硬件相关的代码占整个RTOS代码量的5%～10%左右，商业化的RTOS一般都提供各种处理器支持，因此代码移植很方便。

3）RTOS的功能重用，缩短开发周期，提高开发效率。RTOS封装CPU调度、I/O访问、定时器等系统资源，把对硬件资源标准调用接口提供给开发者，这样软件开发者不必关心软件-硬件接口部分是如何工作。直接使用标准调用接口，请求系统资源的分配和使用。这样，嵌入式软件的很大部分功能由RTOS完成，从而大幅度提高开发效率。

4）RTOS具有很高的灵活性，系统扩展方便。最小RTOS内核一般只提供一些基本功能，根据用户应用的需要，开发者可在RTOS内核的基础上，扩展RTOS功能，如增加文件管理功能，设备驱动功能，TCP/IP协议支持等。

5）RTOS具有可综合特点。软件提供商以软IP核形式固化RTOS代码，将SoC所需的RTOS内核软件，如通信协议软件，FAX功能软件等，以标准API方式和IP核形式，供EDA工具调用，并固化到FLASH或ROM。目前一些嵌入式软件供应商纷纷把成熟的RTOS内核和功能扩展件，以软件IP核构件形式出售，如Microtec的VRTXoc for ARM就是典型例子。

目前，我国的大多数嵌入式软件还没有采用基于RTOS下的开发方式，而是采用基于处理器直接编写代码的传统方式，这种对系统软件和应用软件不加区分的开发方式存在很多弊端。随着嵌入时技术的发展，特别是系统芯片SoC（System on a Chip）技术的出现，嵌入式应用系统变得越来越庞大、复杂。传统的设计方法已经无法满足日益发展的嵌入式产品设计的需要，目前，嵌入系统设计正趋向于采用软/硬件协调设计（codesign）的方法，作为嵌入式协调设计重要组成部分的软件开发，正在朝着基于RTOS上的应用软件开发方向发展。

2 基于RTOS的嵌入式系统开发

基于RTOS嵌入式系统开发是嵌入式产品开发的发展方向，国内外很多厂商提供基于RTOS的嵌入式系统开发环境和工具。主要包括：

1）交叉编译器，主要是C/C++编译器。目前市场上存在专用和通用的C/C＋＋编译器，通用的C/C++编译器主要是美国自由软件基金会（GNU）提供GCC编译器，它支持目前市场上主流处理器类型，而且可以免费获得，因此被广泛采用。

2）RTOS本身，RTOS是嵌入式系统开发基础和平台，包括实时内核和扩展功能库，为嵌入式应用提供API调用和功能扩展接口。

3）RTOS开发调试工具，提供基于RTOS应用的调试，帮助开发人员更好的完成系统功能。特别多任务实时应用系统，调试工具不可缺少。

4）硬件仿真和模拟器，提供实时在线开发和调试，一般由处理器制造商提供，一些公司还提供类似仿真器和逻辑分析仪的硬件调试工具。

嵌入式系统结构如图1所示，RTOS直接运行于嵌入式芯片之上，用于管理嵌入式芯片硬件资源，提供系统调用接口。嵌入式软件建立于RTOS之上，通过调用RTOS调用接口访问嵌入式芯片资源，这种层次化系统结构大大简化系统开发过程，方便系统维护和后期管理，而且，通过修改少量的RTOS代码，可以用不同类型的芯片实现系统功能，方便系统的移植和硬件的升级。

对于特定芯片的嵌入式应用系统的开发，首先选择合适的实时操作系统RTOS，通过RTOS的功能库函数和调用接口，开发特定功能的应用软件代码。并交叉编译生成面向特定处理器的目标代码，目标代码下载并固化到处理器的存储器，从而形成满足特定功能的嵌入式应用系统。目前广泛应用的掌上电脑和手机都是典型的嵌入式应用。

3 RTOS发展前景

从1981年Ready System发展了世界上第1个商业嵌入式实时内核（VRTX32），到今天已经有近20年的历史。20世纪80年代的产品还只支持一些16位的微处理器，如68k,8086等。这时候的RTOS还只有内核，以销售二进制代码为主。进入20世纪90年代，现代操作系统的设计思想，如微内核设计技术和模块化设计思想，开始渗入RTOS领域。进入20世纪90年代中期，互联网之风在北美日渐风行。网络设备制造商、终端产品制造商都要求RTOS有网络和图形界面的功能。为了方便使用大量现存的软件代码，他们希望RTOS厂家都支持标准的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的开发环境与他们已经熟悉的UNIX，Windows一致。这个时期代表性的产品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。

目前，RTOS 已经在全球形成了一个新产业，据美国EMF(电子市场分析)报告，1999年全球RTOS市场产值达3.6亿美圆，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达9亿美圆。市场上的RTOS产品也趋于成熟，比较流行的实时操作系统：VxWorks、PSOS、QNX、WinCE、Hopen OS等。VxWorks是由美国WindRiver System Inc.公司推出的，其产品在高可靠、高性能领域中被广泛应用。成功用于1997年发射的火星探测器“探路者”而声名大噪；PSOS、VxWorks 都提供丰富的、适应各种通信协议的驱动程序，特别是用于通信产品的开发。

在我国，嵌入式操作系统开发起步较晚，目前市场上还不存在具有竞争力产品。由北京凯思软件集团开发的嵌入式操作系统Hopen OS，是我国具有自主知识产权的计算机操作系统，虽然由于“女娲计划”而备受瞩目，但目前仍然没有的到广泛的推广和应用。

国外技术垄断严重限制我国信息技术的发展，在嵌入式产品开发方面，昂贵的RTOS使用版税和服务费用，使我国的嵌入式产品成本大大增加，限制产品市场和国际竞争力。而且，资金的短缺和研究经费的不足一直中小科研机构和厂商面临的难题。

自由软件诞生和源代码开放为我国的嵌入式技术带来了新的发展机遇，自由软件最大的特点就是源代码开放，目前广泛流行的Linux操作系统就是其中一例，Linux提供操作系统所具备全部功能，有很高灵活性，用户可以根据要求进行剪裁和重组。RT-Linux（Real C Time Linux）就是利用自由软件Linux进行开发的嵌入式操作系统，由美国新墨西哥州FSM实验室开发。类似公开源代码的嵌入式操作系统还有Cygnus的u/Cos等。

4 小结

在嵌入式产品功能高度复杂的今天，嵌入式产品的开发方式发生了巨大的变化，基于RTOS的嵌入式产品开发方式逐渐成为嵌入式产品的开发的主流，RTOS成为嵌入式产品功能核心和灵魂。为了摆脱对国外RTOS产品的依赖，我们应该开发具有自主版权的实时操作系统。但是，实时操作系统结构非常复杂，即使在软件技术高度发达的今天，要从头设计一个完整的实时操作系统绝非一朝一夕能够完成，我们应该充分利用信息化的网络优势，利用现有的公开源码RTOS，并在此基础上进行功能调整和扩展，最终形成自主版权的RTOS产品。

参考文献：

[1] Jean J. Labrosse. MicroC/OS-II The Real-Time Kernel[Z]. R&D Publications,Inc.

[2] 邵贝贝,许庆丰,王若鹏.一个源码公开的实时内核[J].单片机与嵌入是系统应用,2001(9):70-75.

[3] Gien M. 实时操作系统走入开放世界[J].电子产品世界,1996(2):43-45.