千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦嵌入式系統(tǒng)原理與應用課程教學大綱《嵌入式系統(tǒng)原理與應用》課程教學大綱

一、課程基本信息

課程代碼：230449

課程名稱：嵌入式系統(tǒng)原理與應用

英文名稱：PrincipleandApplicationofEmbeddedSystem

課程類別：專業(yè)課

學時：72（其中試驗32學時）

學分：3.5

適用對象:計算機科學與技術(shù)業(yè)

考核方式：考試（平常成果占總評成果的30%，期末考試成果占70%）

先修課程：計算機組成原理、操作系統(tǒng)、編譯原理

二、課程簡介

嵌入式系統(tǒng)原理與應用是計算機科學技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課，敘述嵌入式系統(tǒng)的基本理論、原理。本課程是一門既與硬件關系緊密，又與嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式軟件關系非常緊密課程。它圍繞目前流行的32位ARM處理器和源碼開放的Linux操作系統(tǒng)，敘述嵌入式系統(tǒng)的概念，軟、硬件組成，開發(fā)過程以及嵌入式應用程序開發(fā)設計辦法。本課程的學問將為同學今后從事嵌入式系統(tǒng)討論與開發(fā)打下堅實的基礎。Theprincipleofembeddedsystemisanimportantcourseofcomputerscienceandtechnology,whichintroducetheprinciplesandthetheoryofembeddedsystem.Thiscurriculumistiedcloselywithnotonlyhardwarebutalsoembeddedoperatingsystemandembeddedsoftware.Itintroducetheconceptionofembeddedsystem,componentsofsoftwareandhardware,developingprogressesanddesigningmethodsofembeddedprogrammingwhichbasedonthe32bitarmprocessorandoperatingsystemofopenedlinux.Theknowledgeofthiscoursewouldbesolidfoundationforthestudentwhowouldbeengagedinresearchingordevelopingaboutembeddedsystem.

三、課程性質(zhì)與教學目的

嵌入式系統(tǒng)原理與應用課程的性質(zhì)：該課程是計算機科學與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課。

嵌入式系統(tǒng)原理與應用課程的教學目的：通過對基于ARM嵌入式芯片的系統(tǒng)的基本組織結(jié)構(gòu)與工作原理的學習，使同學對計算機系統(tǒng)的硬件部分有一個全面的了解，對嵌入式軟件的開發(fā)過程有一個清晰的熟悉，通過對嵌入式操作系統(tǒng)的工作原理的學習，使同學對嵌入式操作系統(tǒng)有一個清楚的熟悉，提高同學在嵌入式軟件設計設計能力及解決實際問題的動手能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎。

四、教學內(nèi)容及要求

第一章嵌入式系統(tǒng)導論

（一）目的與要求

1．把握嵌入式系統(tǒng)的特點

2．把握嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的區(qū)分

3．了解嵌入式系統(tǒng)在日常生活種的應用

4．把握影響嵌入式系統(tǒng)實時性和牢靠性的主要因素

5．了解嵌入式系統(tǒng)的進展趨勢

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

嵌入式系統(tǒng)概述、嵌入式系統(tǒng)的應用領域、嵌入式系統(tǒng)的實時性與可

靠性、嵌入式系統(tǒng)的進展趨勢

2．基本概念與學問點

嵌入式系統(tǒng)的進展過程、嵌入式系統(tǒng)的特點、嵌入式系統(tǒng)的分類、嵌

入式系統(tǒng)的應用領域、嵌入式系統(tǒng)的牢靠性、嵌入式系統(tǒng)的實時性、

嵌入式系統(tǒng)的進展趨勢

3．問題與應用（能力要求）

a)把握嵌入式系統(tǒng)的概念。

b)嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的區(qū)分是什么？

c)了解嵌入式系統(tǒng)在進展歷程中的幾個階段？

d)把握嵌入式系統(tǒng)的特點是什么？

e)了解嵌入式系統(tǒng)的分類。

f)嵌入式系統(tǒng)的牢靠性分為幾個方面？嵌入式軟件牢靠性有哪些措

施可以用來保證？

（三）課后練習

1．什么是嵌入式系統(tǒng)？嵌入式系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)的異同是什么？

2．嵌入式系統(tǒng)的特點是什么？

3．按實時性來分，嵌入式系統(tǒng)可以分為幾類？它們的特點是什么？

4．按軟件結(jié)構(gòu)來分，嵌入式系統(tǒng)可分為幾類？它們的優(yōu)缺點是什么？分離適用于哪些系統(tǒng)？

5．前后臺系統(tǒng)的組成和運行模式是怎樣的？需要考慮的主要因素有哪些?

主要性能指標是什么？

6．單處理器多任務系統(tǒng)由哪些部分組成？其運行方式如何？

7．嵌入式系統(tǒng)的主要應用領域有哪些？

8．影響嵌入式軟件牢靠性的主要因素有哪些？如何保證嵌入式軟件的牢靠性？

9．影響系統(tǒng)響應時光的主要因素有哪些？

10．描述嵌入式系統(tǒng)的進展歷程和進展趨勢。

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，布置部分作業(yè)，在講解時多舉一些嵌入式系統(tǒng)的應用實例，使同學對嵌入式系統(tǒng)有更好的熟悉與理解。

第2章嵌入式硬件系統(tǒng)

（一）目的與要求

1．把握嵌入式系統(tǒng)的硬件的基本組成

2．了解嵌入式微處理器的基本組成和運行模式

3．基本了解ARM芯片的指令系統(tǒng)

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

嵌入式硬件的基本組、嵌入式微處理器，總線、存儲器、指令系統(tǒng)、

輸入輸出接口和設備

2．基本概念與學問點

嵌入式系統(tǒng)的基本組成、CISC與RISC指令系統(tǒng)的對照、嵌入式微處

理器的特點、嵌入式微處理器的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式微處理器的分類、

AMBA總線、PCI總線、ARM指令系統(tǒng)

3．問題與應用（能力要求）

a)要求了解在嵌入式微處理器中算術(shù)格式的表示格式。

b)要求了解嵌入式微處理器中的流水線。

c)要求把握ARM芯片的指令集。

d)理解影響嵌入式處理器價格的因素。

e)把握ARM芯片中具有的各種處理器模式。

f)把握ARM芯片中的寄存器。

（三）課后練習

1．嵌入式硬件系統(tǒng)由那些部分組成？

2．嵌入式系統(tǒng)處理器的分類、特點是什么？主流的嵌入式處理器有哪些？

3．ARM有幾種異樣？其異樣處理方式和X86有什么不同？

4．ARM有幾種運行模式？哪些具有特權(quán)？如何轉(zhuǎn)變處理器的模式？運行模式和寄存器的關系如何？什么是影子寄存器？

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂練習為輔，布置部分作業(yè)。

第3章嵌入式軟件系統(tǒng)

（一）目的與要求

1．了解嵌入式軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、分類和運行流程

2．把握嵌入式操作系統(tǒng)的功能和特點

3．基本把握嵌入式軟件開發(fā)工具的特點和軟件開發(fā)的過程

4．了解嵌入式軟件開發(fā)工具的進展趨勢。

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

嵌入式軟件系統(tǒng)概述、分類、體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)簡介、嵌入

式軟件開發(fā)工具

2．基本概念與學問點

軟件同傳統(tǒng)的工業(yè)相比的獨特性質(zhì)、嵌入式軟件的特點、嵌入式軟件

的分類、嵌入式軟件體系結(jié)構(gòu)、嵌入式軟件運行流程、嵌入式操作系

統(tǒng)的分類、嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)的組成、內(nèi)

核的功能、嵌入式操作系統(tǒng)的進展趨勢

3．問題與應用（能力要求）

a)了解常見的嵌入式軟件開發(fā)工具ADS的使用。

b)把握什么是宿主機，什么是目標機。

c)把握交錯開發(fā)環(huán)境的搭建。

d)把握交錯編譯、調(diào)試的過程與步驟。

（三）課后練習

1．嵌入式軟件的種類與特點是什么？

2．嵌入式軟件的體系結(jié)構(gòu)包括哪幾個部分？每部分的作用是什么？

3．嵌入式軟件的運行流程普通分為幾個階段？每個階段完成的主要工作是什么？

4．什么是交錯調(diào)試？交錯調(diào)試的方式有哪幾種？

5．嵌入式軟件固化運行與調(diào)試運行環(huán)境有何不同？

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂練習為輔，布置部分作業(yè)。支配一次實驗，讓同學認識嵌入式軟件交錯開發(fā)環(huán)境。

第4章嵌入式實時內(nèi)核基礎

（一）目的與要求

1．把握嵌入式實時內(nèi)核的實時性、可移植性、可剪裁可配置性、牢靠性

的詳細含義和影響因素

2．了解實時內(nèi)核的任務管理、中斷管理、時光管理、分享資源的互斥管理、同步與通信管理、內(nèi)存管理、IO管理、出錯管理、用戶擴展管理

和電源管理的主要內(nèi)容

3．把握嵌入式實時內(nèi)核的重要性能指標

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

嵌入式實時內(nèi)核的關鍵設計問題、嵌入式實時內(nèi)核的主要功能、嵌入

式實時內(nèi)核的重要性能指標

2．基本概念與學問點

實時性、可移植性、可剪裁可配置性、牢靠性、應用編程接口、任務

管理、中斷管理、時光管理、分享資源的互斥管理、同步與通信管理、

內(nèi)存管理、IO管理、出錯管理、用戶擴展管理、電源管理、中斷時序

圖、中斷延遲時光、內(nèi)核最大關中斷時光、中斷響應時光、中斷恢復

時光、非屏蔽中斷、中斷處理時光、任務上下文切換時光、任務響應

時光、系統(tǒng)調(diào)用的執(zhí)行時光

3．問題與應用（能力要求）

a)把握不同的調(diào)度算法對系統(tǒng)實時性的影響。

b)把握差分時光鏈的特點和常見操作。

c)把握中斷的特點與過程。

（三）實踐環(huán)節(jié)與課后練習

1．嵌入式實時內(nèi)核設計的關鍵問題包括哪些方面？

2．任務響應時光受到哪些因素的影響？

3．采納特地的棧處理中斷，有哪些益處？

4．試編程實現(xiàn)差分時光鏈的插入與刪除節(jié)點的算法。

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂提問為輔，布置部分作業(yè)。支配一次實驗，讓同學把握差分時光鏈，進一步了解嵌入式軟件的開發(fā)過程。

第5章任務管理與調(diào)度

（一）目的與要求

1．把握任務的定義、任務的三種基本狀態(tài)改變

2．把握在嵌入式系統(tǒng)中各種調(diào)度算法的詳細思想

3．把握優(yōu)先級反轉(zhuǎn)解決機制，時序圖和多處理器調(diào)度算法。

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

任務管理與調(diào)度概述、任務的概念、任務管理、任務調(diào)度、優(yōu)先級反

轉(zhuǎn)、多處理器調(diào)度

2．基本概念與學問點

任務管理與調(diào)度概述、任務的概念、特性、內(nèi)容、參數(shù)、任務管理、

任務控制塊、任務切換、任務隊列、任務管理機制、優(yōu)先級搶占調(diào)度、

時光片輪轉(zhuǎn)調(diào)度、靜態(tài)調(diào)度、動態(tài)調(diào)度、靜態(tài)調(diào)度與動態(tài)調(diào)度的比較、

優(yōu)先級反轉(zhuǎn)、優(yōu)先級繼承協(xié)議、優(yōu)先級天花板協(xié)議、多處理器調(diào)度3．問題與應用（能力要求）

a)把握嵌入式系統(tǒng)中任務的狀態(tài)變遷。

b)把握優(yōu)先級的位圖算法。

c)把握RMS調(diào)度算法。

d)要求的在優(yōu)先級反轉(zhuǎn)的狀況下，能畫出任務的執(zhí)行序列圖。（三）課后練習

1．請解釋什么叫RMS和EDF調(diào)度算法，并分離說明CPU使用率的可調(diào)度范圍。

2．什么叫任務切換？任務切換通常在什么時候舉行？任務切換的主要工作內(nèi)容是什么？

3．基于RMS調(diào)度算法，為表5-11中的任務分配優(yōu)先級(假定數(shù)字越大，優(yōu)先級越低)。假如全部任務的運行時光均為6ms，請問這些任務是否

可調(diào)度？請用圖示和文字描述的方式對任務的運行狀況舉行具體說

4．什么叫優(yōu)先級反轉(zhuǎn)？解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn)有哪些主要辦法？

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂提問為輔，布置部分作業(yè)。

第6章同步、互斥和通信

（一）目的與要求

1．把握信號量的分類及其基本用法

2．把握用PV操作來實現(xiàn)任務之間的同步

3．了解嵌入式系統(tǒng)中的郵箱、消息隊列、大事和異步信號機制。

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

信號量、郵箱與消息隊列、大事、異步信號

2．基本概念與學問點

信號量的種類及用途、互斥信號量、二值信號量、計數(shù)信號量、信號

量機制的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、信號量機制的主要功能、任務間的通信方式、

消息、郵箱、隊列、消息隊列機制的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、消息隊列機制的

主要功能、大事機制、大事機制的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、大事機制的主要功

能、異步信號機制的概述、異步信號機制與中斷機制的比較、異步信

號機制與大事機制的比較、異步信號機制的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、異步信號

機制的主要功能

3．問題與應用（能力要求）

a)把握生產(chǎn)者與消費者問題的解決辦法。

b)什么是大事？有什么特點？

c)把握異步信好與中斷機制的異同點。

d)把握異步信號與大事機制的異同點。

（三）課后練習

1．嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核提供的同步、互斥與通信機制主要有哪些？

2．在創(chuàng)建互斥信號量、二值信號量和計數(shù)信號量是由哪些異同點？

3．任務等待消息的方式有哪幾種？當任務試圖接收消息時，什么狀況下系統(tǒng)可能發(fā)生任務的重新調(diào)度？

4．請列表說明異步信號機制與中斷的異同點。

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂提問為輔，布置部分作業(yè)。

第7章中斷和時光管理

（一）目的與要求

1．把握中斷的概念、分類、中斷的處理過程

2．了解實時內(nèi)核的中斷管理和用戶中斷服務程序

3．了解時光管理的基本功能、差分時光鏈在時光管理中的應用。

（二）教學內(nèi)容

1．主要內(nèi)容

中斷管理、時光管理

2．基本概念與學問點

中斷的分類、中斷處理過程、實時內(nèi)核的中斷管理、硬件時鐘設備、

時光管理

3．問題與應用（能力要求）

a)中斷處理過程分為幾個階段？

b)中斷響應過程主要包括哪些操作？

c)中斷服務程序的主要內(nèi)容有哪些？

（三）課后練習

1．請闡述中斷的概念，并說明中斷與自陷、異樣之間在概念上有哪些聯(lián)系與區(qū)分.

2．請說明在系統(tǒng)時鐘中斷服務程序中，主要完成哪些工作。

3．以一種開源的嵌入式操作系統(tǒng)為例，就該操作系統(tǒng)所采納的中斷管理方式舉行具體分析，并寫出分析報告。

4．中斷是如何分類的？

5．描述中斷處理的基本過程。

（四）教學辦法與手段

課堂講授為主，結(jié)合課堂提問為輔，布置部分作業(yè)。

第8章內(nèi)存管理和I/O管理

（一）目的與要求

1．把握在嵌入式操作系統(tǒng)中內(nèi)存管理的基本辦法

2．了解內(nèi)存管理機制

3．了解I/O管理的基本