《嵌入式系统》教学大纲

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2023年12月14日发(作者：)

《嵌入式系统》教学大纲

一、课程基本信息

中文名称

适用专业

课程类别

学分/学时

嵌入式系统

物联网工程

专业核心课

3.5学分/5I学时

英文名称

先修课程

修读性质

考核方式

Embedded Systems

C语言、微型计算机原理

必修

考查

二、教学目标

本课程以嵌入式软件工程思想为指导，通过突出嵌入式系统软硬件依赖、实时、可靠、 低功耗等特性，使学生利用工具开发实际嵌入式软件程序的同时，帮助他们理解符合嵌入式 系统特色的各种原理和方法，培养嵌入式系统产品方案规划、体系架构选择、处理器和芯片 选型、操作系统应用、总体及详细设计、可靠性测试评估等方面的综合能力，为将来的进一 步开展奠定坚实的基础。

三、教学内容及基本要求第一章嵌入式系统导论（理论3学时）

（一）教学目标

1.

掌握嵌入式系统基本概念、分类和特点：

2.

了解嵌入式实时系统基本概念；

3.

了解嵌入式系统和实时系统的关系和区别；

（二）重点、难点

教学重点：嵌入式系统定义，嵌入式系统的分类、特点；

教学难点：嵌入式系统的软硬件组成。

（三）教学方法

多媒体教学。

（四）教学内容

1 .嵌入式系统概述

2 .嵌入式系统的应用领域

3 .嵌入式系统的开展趋势第二章嵌入式硬件系统（理论6学时）

（一）教学目标

1 .掌握嵌入式系统的硬件的基本组成；

2

.了解嵌入式微处理器的基本组成和运行模式；

3 .掌握主流嵌入式处理器ARM的相关知识；

（二）重点、难点

教学重点：ARM编程模型；嵌入式存储器；

教学难点：ARM编程模型；AMBA总线工作原理。

（三）教学方法

多媒体式对嵌入式微处理器进行全方位讲解。

（四）教学内容

1 .嵌入式硬件系统的基本组成

2 .嵌入式微处理器 3 .嵌入式总线

4 .嵌入式存储器

5 .输入/输出与典型接口第三章嵌入式软件系统（理论6学时）

（一）教学目标

1

.了解当今几款主流的嵌入式操作系统：Linux、Vxworks> WinCE的基础知识；

2 .掌握嵌入式软件系统的体系结构和运行流程；

3 .掌握嵌入式软件系统的功能和特点；

4 .掌握嵌入式软件开发工具的特点和软件开发的过程；

5 .

了解嵌入式操作系统的开展趋势。

（二）重点、难点

教学重点：嵌入式软件体系结构、运行流程、交叉环境、交叉调试：

教学难点：客户/服务器结构、交叉调试与非交叉调试的区别：JTAG技术。

（三）教学方法

通过多媒体演示软件系统。

（四）教学内容

1 .嵌入式软件系统的分类、组成、特点

2 .嵌入式软件的体系结构、运行流程

3 .嵌入式操作系统的体系结构、功能、特点及开展趋势

4 .嵌入式软件开发工具的分类，交又开发环境，现阶段的开发过程及开发工具的开展 趋势第四章嵌入式实时内核基础（理论6学时）

（一）教学目标

1 .掌握嵌入式实时内核的实时性、可移植性、可剪裁可配置性、可靠性的具体含义和 影响因素；

2 .

了解实时内核的任务管理、中断管理、时间管理、共享资源的互斥管理、同步与通 信管理、内存管理、10管理、出错管理、用户扩展管理和电源管理的主要内容；

3 .掌握嵌入式实时内核的重要性能指标；

（二）重点、难点

教学重点：不同的调度算法对系统实时性的影响；差分时间链的特点和常见操作；

教学难点：嵌入式实时操作系统中断的特点与过程。

（三）教学方法

多媒体教学。

（四）教学内容

1 .嵌入式实时内核的关键设计问题

2 .嵌入式实时内核的主要功能

3 .嵌入式实时内核的重要性能指标第五章 任务管理及调度（理论6学时）

（一）教学目标

1 .

了解任务的定义、分类、参数、内容及主要特征；

2 .

了解任务的状态与变迁、任务控制块的内容； 3 .掌握任务切换过程及任务切换时间对实时系统的影响、任务队列的管理方法；

4 .掌握优先级可抢占调度机制、优先级反转问题的定义；

5 .掌握优先级反转问题的两种解决方法、时序图和多处理器调度算法。

（二）重点、难点

教学重点：任务管理机制；为提高系统的实时性在任务调度、队列管理采用的特殊方法; 优先级反转及解决；

教学难点：任务切换与优先级位图相关算法；优先级继承与优先级天花板协议的比照。

（三）教学方法

多媒体教学。

（四）教学内容

1

.任务的定义、分类、参数、内容及主要特性；

2

.任务管理

3

.任务调度

4 .优先级反转

5 .多处理器调度第六章同步、互斥与通信（理论6学时）

（一）教学目标

1 .掌握三种常见信号量机制的分类及其基本用法；

2 .掌握用PV操作来实现任务之间的同步；

3 .

了解嵌入式系统中的邮箱、消息队列、事件和异步信号机制。

（二）重点、难点

教学重点：三种常见信号量机制的使用方法；消息队列的使用和管理方法；事件机制的 应用；

教学难点：任务事件集等待控制块结构，异步信号机制与中断机制、事件机制的比照。

（三）教学方法

本章以课堂教学为主，结合实例代码演示。

（四）教学内容

1 .概述信号量

2

.信号量

3 .邮箱和消息队列

4 .事件机制的作用、

特点和使用方法

（-）教学目标

1.掌握中断的概念、

5 .异步信号第七章中断和时间管理（理论6学时）

（-）教学目标

1.掌握中断的概念、

分类、中断的处理过程;

2.

了解实时内核的中断管理和用户中断服务程序；

3.

了解时间管理的基本功能、差分时间链在时间管理中的应用。

（二）重点、难点

教学重点：实时内核的中断管理机制、编写用户中断服务程序；实时时钟的产生;

教学难点：实时内核的中断接管程序；tick处理程序及差分时间链。

（三）教学方法

本章以课堂教学为主，结合实例代码演示。

（四）教学内容

1 .系统调用和库函数 2 .文件操作

3 .进程控制

4 .进程通信

5 .内存管理第八章内存管理和I/O管理（理论6学时）

（一）教学目标

1.

掌握在嵌入式操作系统中内存管理的基本方法；

2.

了解内存管理机制；

3.

了解I/O系统实现的典型结构；

（二）重点、难点

教学重点：嵌入式内存管理机制；

教学难点：MMU

（内存管理单元）机制。

（三）教学方法

本章以课堂教学为主，结合课堂演示以加深嵌入式内存管理的理解。

（四）教学内容

1 .内存管理的概述

2 .嵌入式实时操作系统内存管理机制及特点

3 . I/O系统实现方法第十章嵌入式系统软件的开发（理论6学时）

（一）教学目标

1 .掌握嵌入式软件的交叉开发环境的定义、嵌入式软件的开发过程、嵌入式软件分析 设计方法；

2 .

了解嵌入式软件开发中软硬件平台的选定，常见的嵌入式软件开发工具。

（二）重点、难点

教学重点：嵌入式软件开发模式、任务划分方法；

教学难点：任务划分方法及任务间接口的实现。

（三）教学方法

多媒体演示嵌入式系统软件开发。

（四）教学内容

1 .嵌入式软件开发模式

2 .嵌入式实时软件分析设计方法

3 .平安关键领域软件开发

四、考核形式及成绩评定

（一）考核形式：

期末考试为开卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。

（二）成绩评定：

课程考核分为平时成绩和期末考试。其中平时考核成绩占课程总成绩的30%,期末考 试成绩占课程总成绩的70%。

五、教材与参考书

教材：

罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发.（第三版）.北京：北京航空航天大学，2011,

参考书：

fl］邱铁.ARM嵌入式系统结构与编程.北京：清华大学出版社，2009, 3.

L2J韦东山.嵌入式Linux应用开发完全手册.北京：人民邮电出版社，2()08, 8. 六、其他

通过本课程的学习使学生熟悉嵌入式系统的概念及其组成，了解嵌入式系统软件、硬件 结构和开发方法；能够开发和调试简单的驱动程序和应用程序；能够看懂并设计简单的接口 电路。

七、课程学时分配表

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

教学内容(章、节或篇名)

学时分配

理论 实践

作业、考查

第1章嵌入式系统导论

第2章嵌入式硬件系统

第3章嵌入式软件系统

第4章嵌入式实时内核基础

第5章任务管理与调度

第6章同步、互斥与通信

第7章中断和时间管理

第8章内存管理和I/O管理

第10章嵌入式系统软件开发

合计

3

6

6

6

6

6

6

6

6

51

本文标签： 系统管理任务嵌入式软件开发