以目标板任务为导向,整合嵌入式软硬件教学的论文

2021-06-12 论文

　　论文摘要：本文提出一种从目标板的工作原理和技术参数方面入手的设计思路，并将设计，制作，调试，开发目标板的实验引入到教学当中，对各种软硬件教学都适用，通过目标板来替代实验箱，实验台，激发了学生的动手能力和创造性，加强了学生实践能力的培养，实现了一种创新型人才的培养方法。

　　论文关键词：嵌入式系统,目标板,任务驱动,创新

　　创新是一个民族的灵魂，是人类社会发展的不竭的动力。在建设创新型国家的过程中，高等学校承担着培养拔尖创新人才的神圣使命。要以加强大学生创新精神和实践能力的培养为核心目标，必须积极推进大学人才培养模式的改革和创新。

　　嵌入式系统是多学科融合的结果，包括计算机、电子、半导体、通信、控制等技术；嵌入式系统广泛应用于工业自动控制、智能交通、信息处理、仪器仪表、航空航天、家用电器、汽车电子、通信技术、安防系统和信息家电中；嵌入式系统设计方法的演化总的来说是因为应用需求的牵引和IT技术的推动；嵌入式系统通常是面向用户、面向产品、面向特定应用，产品具有较长的生命周期，软件固化存储，OS内核小，OS和应用程序的区分不明显。

　　一、嵌入式系统教学方法变化的背景和意义

　　嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备管理、网络通信、图形界面、文件系统等模块；嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点，能够有效管理越来越复杂的系统资源；能够把硬件虚拟化，使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来；能够提供库函数、驱动程序、工具集以及一些典型应用程序。嵌入式系统开发与桌面应用开发存在很大区别，软件和系统平台紧密相关；嵌入式系统将迅速普及和发展，但不会取代传统的单片机嵌入式测控系统，二者的发展空间并不冲突；嵌入式系统设计开发中的处理器、操作系统选择。

　　目前大多数学校嵌入式实验实训课授课都采用嵌入式实验箱，嵌入式实验箱的大量采用，降低了嵌入式课程的授课成本并降低了课程的实验难度。然而，嵌入式实验箱的大量采用，也带来了一系列的问题。在以“应用型”人才培养为目标的理工科院校的实践教学中应特别重视学生嵌入式系统设计能力的培养，加强实践教学环节，提高学生实践能力、职业技能与就业能力。在此结合地方高校通信工程专业的特点对学生“嵌入式系统设计”能力培养的相关课程内容、实践教学方案和实践教学环节等进行探索，探讨地方高校理工科学生创新型人才培养体系，培养出理论与实践相结合的创新性人才。

　　由于嵌入式实验箱的硬件相对固定，扩展其它硬件相对困难。嵌入式实验箱硬件线路固定，对于使用者来说，相当于一个“黑匣子”，使用者无法也无需知道硬件线路就可以完成实验。使用机器码输入对嵌入式实验箱使用者来说枯燥无味，与嵌入式程序调试概念大相径庭，只是查找输入错误。

　　长期使用嵌入式实验箱会阻碍使用者对嵌入式学习的兴趣，扭曲对嵌入式设计的概念：认为输入些机器码就是嵌入式设计了。其实嵌入式设计是一个范围非常广的概念：从系统设计到软、硬件的设计，从嵌入式核心到外围器件的选取，甚至非电量器件等交叉学科的内容，都属于嵌入式设计涉及的内容。

　　嵌入式目标板的设计可以培养学习者对嵌入式学习的兴趣，并通过学习和完成嵌入式目标板的设计，掌握嵌入式系统设计和嵌入式软、硬件设计的正确思路，熟悉嵌入式硬件和编程语言，增加对嵌入式外围器件和非电量器件等交叉学科的了解，为以后的学习和工作打下良好的基础。

　　二、嵌入式系统设计最小目标板教学实践方案

　　嵌入式系统设计最小目标板主要完成以嵌入式为核心的，包含存储器、A/D、D/A、键盘显示、输入输出端口、时钟等外围电路的几种嵌入式目标板的硬件设计与制作，并编写相应的软件，以利于学生学习以及创新设计。以完成嵌入式最小系统板任务为导向，将理论与实践进行有效合理的整合，应用现代教育技术，结合工程实践进行分解，变成可供实际推广操作的学习任务，辅以必要的教育技术支持手段，强调学生自主学习，在实际工程环境中掌握和内化工程的`理念。

　　嵌入式系统最小目标板设计任务包括嵌入式系统硬件与软件的设计，在以模拟电子技术、数字电子技术及计算机辅助设计与单片机原理与接口技术等基础教学的同时，加强学生在设计能力方面的培养，提高学生的电路设计和软件开发能力。因而，通信技术专业的实践教学可在基于现代电子技术进行信息的采集、传输、处理、检测、控制和现代通信网工程应用的同时，以信息与通信工程技术为主线，融电子技术、计算机技术、自动化控制技术于一体，学生软硬件课程结构如图1所示。

　　图1学生软硬件课程结构图

　　核心板提供相对应微处理器的最小系统，包括了处理器、RAM、ROM、寄存器接口等；扩展板提供电源、LCD显示、串口、USB、以太网口等模块。改革课程考核方式，加强学生动手能力的培养，单片机技术、DSP技术、EDA技术、嵌入式系统、可视化程序设计等技术课程的考核成绩全部采用实践环节，实验占总成绩的40%，课程设计(要求有硬件和软件制作)占总成绩的40%，创意制作占总成绩的20%。学生在完成实验基础上，完成选定题目的课程设计，实验与课程设计题目每年不断更新，学生可以根据自身掌握的程度选择不同难度的题目，分值依据题目难易程度而定。使学生在不断改进、反复锻炼中提高分析问题、解决问题的能力，在实践过程中真正做到举一反三。学生须进行嵌入式系统的软硬件设计，为了使实践内容和教学内容联系得更紧密，可结合前面所讲的教学层面要求学生设计实践核心板与扩展板这样将“嵌入式系统设计”系列课程实践教学融合到地方理工科院校的人才培养体系中。通过加强开放实验与科技制作及科技竞赛等创新学分的管理，改革相关课程考核方式，综合考虑知识、能力和素质三者的关系，统筹实践教学体系，提供丰富的工程设计课题，加强学生对“嵌入式系统设计”的工程训练，促进大学教育的创新性人才培养。

　　在教学过程中，学生在完成以计算机、电子、半导体、通信、控制等多学科相融合的嵌入式最小系统板的软、硬件设计任务的基础上加强对嵌入式软、硬件的了解和嵌入式设计的概念。从而实现对软、硬件课程教学的整合。

　　三、结束语

　　以目标板任务为导向，整合嵌入式软硬件以嵌入式目标板的软、硬件结构的设计任务驱动教学，同时制定切实可行的教学计划，大纲的设计以及实施细则。并在教学过程中逐渐完善，，都是一种新的尝试，是创新。

　　参考文献

　　[1]嵌入式系统是多学科融合的结果，包括计算机、电子、半导体、通信、控制等技术。教学过程以学生完成任务为导向，是教学方法的创新尝试。

　　[2]嵌入式目标板的设计可以培养学习者对嵌入式学习的兴趣，并通过学习和完成嵌入式目标板的设计，掌握嵌入式系统设计和嵌入式软、硬件设计的正确思路，熟悉嵌入式硬件和编程语言，增加对嵌入式外围器件和非电量器件等交叉学科的了解，在完成任务的过程中整合有关的硬件课程。为以后的学习和工作打下良好的基础。

　　[3]学生完成嵌入式最小系统后，熟悉硬件结构，在进行软件的设计，能够完成教学任务并进行创新设计，突破了以往教学验证实验的单一模式。

　　[4]嵌入式最小系统可以回收再利用，供软件类专业仿真编程或练习用。节约了实验成本。

　　[5]嵌入式发展迅速，嵌入式最小系统的制作可以更快的跟进企业与技术的发展，有利于学生就业。