嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)課程教學(xué)大綱模板一、課程基本信息課程名稱：嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)課程代碼：（依據(jù)院校課程體系設(shè)置）學(xué)分/學(xué)時：[X]學(xué)分，總計[X]學(xué)時（理論教學(xué)[X]學(xué)時，實驗/實踐教學(xué)[X]學(xué)時）授課對象：本科電子信息工程、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動化等相關(guān)專業(yè)（[X]年級）先修課程：C語言程序設(shè)計、計算機(jī)組成原理、單片機(jī)原理與應(yīng)用二、課程目標(biāo)（一）知識目標(biāo)學(xué)生需系統(tǒng)掌握嵌入式系統(tǒng)的核心理論與技術(shù)體系：理解嵌入式系統(tǒng)的定義、發(fā)展脈絡(luò)及典型應(yīng)用場景；熟悉嵌入式硬件架構(gòu)（處理器、存儲器、接口與外設(shè)）的工作原理與選型邏輯；掌握嵌入式軟件的開發(fā)流程（交叉編譯、操作系統(tǒng)移植、驅(qū)動與應(yīng)用層開發(fā)）；了解嵌入式系統(tǒng)從需求分析到部署維護(hù)的全生命周期管理。（二）能力目標(biāo)通過理論學(xué)習(xí)與實踐訓(xùn)練，學(xué)生應(yīng)具備：獨(dú)立搭建小型嵌入式硬件平臺（如基于開發(fā)板的傳感器/執(zhí)行器系統(tǒng)）的能力；運(yùn)用C/C++完成嵌入式程序開發(fā)、調(diào)試與優(yōu)化的能力；基于開源操作系統(tǒng)（如FreeRTOS）進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、資源管理的實踐能力；分析并解決嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中硬件兼容性、軟件異常等問題的工程思維能力。（三）素質(zhì)目標(biāo)培養(yǎng)工程領(lǐng)域的系統(tǒng)思維與創(chuàng)新意識，能針對實際需求提出嵌入式系統(tǒng)解決方案；強(qiáng)化團(tuán)隊協(xié)作能力，通過小組項目實踐提升溝通、分工與問題解決效率；樹立嵌入式行業(yè)的規(guī)范意識與安全意識，關(guān)注技術(shù)倫理與可持續(xù)發(fā)展。三、課程內(nèi)容與學(xué)時分配模塊1：嵌入式系統(tǒng)概述（2學(xué)時）知識點：嵌入式系統(tǒng)的定義、特征與分類；發(fā)展歷程（從單片機(jī)到智能終端）；典型應(yīng)用領(lǐng)域（工業(yè)控制、智能家居、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)）；嵌入式系統(tǒng)與通用計算機(jī)的區(qū)別。教學(xué)形式：課堂講授+案例分析（如對比手機(jī)、智能手表與PC的架構(gòu)差異）。模塊2：嵌入式硬件基礎(chǔ)（6學(xué)時）知識點：處理器架構(gòu)：ARM（Cortex-M/R/A系列）、RISC-V等指令集與核的特點；處理器選型依據(jù)（性能、功耗、成本、生態(tài)）；存儲器系統(tǒng)：ROM（Bootloader）、RAM（運(yùn)行時存儲）、Flash（非易失性存儲）的工作原理與接口設(shè)計；接口與外設(shè)：GPIO（通用輸入輸出）、UART（串口通信）、I2C/SPI（總線協(xié)議）的時序與編程；傳感器（溫濕度、加速度）、執(zhí)行器（電機(jī)、LED）的硬件接口與數(shù)據(jù)采集邏輯。教學(xué)形式：理論講授+硬件實驗（開發(fā)板GPIO控制LED、I2C讀取傳感器數(shù)據(jù)）。模塊3：嵌入式軟件基礎(chǔ)（8學(xué)時）知識點：編程語言：C語言在嵌入式開發(fā)中的特性（指針、位操作、內(nèi)存管理）；C++面向?qū)ο缶幊淘谇度胧街械膽?yīng)用（如RTOS對象封裝）；匯編語言（ARM匯編）的基礎(chǔ)指令與混合編程；開發(fā)環(huán)境：交叉編譯工具鏈（GCC）、集成開發(fā)環(huán)境（Keil、STM32CubeIDE）的使用；調(diào)試工具（J-Link、OpenOCD）的原理與操作；操作系統(tǒng)：嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）的核心概念（任務(wù)、調(diào)度、中斷、同步）；FreeRTOS/RT-Thread的內(nèi)核架構(gòu)與API使用；無OS系統(tǒng)的前后臺程序設(shè)計；驅(qū)動與應(yīng)用開發(fā)：設(shè)備驅(qū)動的分層設(shè)計（硬件抽象層、驅(qū)動層）；字符設(shè)備/塊設(shè)備驅(qū)動的編寫；應(yīng)用層程序的模塊化設(shè)計（如數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信）。教學(xué)形式：課堂演示+編程實驗（FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建與調(diào)度、驅(qū)動程序編寫）。模塊4：嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程（6學(xué)時）知識點：需求分析：嵌入式系統(tǒng)的需求文檔撰寫（功能、性能、功耗、成本約束）；硬件設(shè)計：原理圖繪制（AltiumDesigner）、PCBLayout基礎(chǔ)（層疊、布線規(guī)則）；軟件設(shè)計：模塊化設(shè)計、狀態(tài)機(jī)建模、代碼規(guī)范（MISRAC）；調(diào)試與測試：硬件調(diào)試（示波器、邏輯分析儀）、軟件調(diào)試（斷點、日志輸出）；單元測試、集成測試的方法；部署與維護(hù)：系統(tǒng)燒錄、OTA（空中升級）原理、故障診斷與修復(fù)。教學(xué)形式：案例教學(xué)（以智能手環(huán)開發(fā)為例拆解全流程）+小組討論（分析實際項目的開發(fā)痛點）。模塊5：綜合實踐項目（10學(xué)時）項目主題：基于開發(fā)板的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（或“物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點”“小型機(jī)器人”等，可根據(jù)教學(xué)資源調(diào)整）實踐內(nèi)容：1.硬件設(shè)計：傳感器（溫濕度、光照）、通信模塊（WiFi/BLE）、電源電路的選型與焊接；2.軟件設(shè)計：FreeRTOS任務(wù)劃分（數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸）、驅(qū)動程序開發(fā)（傳感器、通信模塊）、應(yīng)用層邏輯（數(shù)據(jù)上傳至云平臺）；3.調(diào)試與優(yōu)化：解決硬件兼容性問題（如電源紋波、通信丟包）、軟件性能優(yōu)化（內(nèi)存泄漏、任務(wù)調(diào)度沖突）；4.成果展示：系統(tǒng)功能演示、項目報告撰寫（含需求分析、設(shè)計方案、測試結(jié)果）。教學(xué)形式：項目驅(qū)動+小組協(xié)作（2-3人一組）+教師答疑。四、教學(xué)方法講授法：系統(tǒng)講解嵌入式系統(tǒng)的理論框架（如處理器架構(gòu)、RTOS原理），結(jié)合行業(yè)動態(tài)（如RISC-V的發(fā)展）拓展視野；案例教學(xué)：以“智能家居網(wǎng)關(guān)”“工業(yè)控制器”等真實項目為案例，拆解技術(shù)難點與設(shè)計思路；項目驅(qū)動：通過綜合實踐項目，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，提升工程實踐能力；實驗教學(xué)：依托實驗室開發(fā)板（如STM32、ESP32），完成硬件接口、驅(qū)動開發(fā)、系統(tǒng)移植等實操任務(wù)；小組討論：針對“嵌入式系統(tǒng)功耗優(yōu)化”“開源生態(tài)選擇”等議題，組織學(xué)生辯論與經(jīng)驗分享。五、考核方式平時成績（30%）：考勤（10%）、作業(yè)（代碼調(diào)試、方案設(shè)計，15%）、課堂表現(xiàn)（參與討論、案例分析，5%）；實驗/實踐成績（40%）：實驗報告（硬件接線、代碼注釋、問題解決，20%）、綜合項目成果（功能完整性、創(chuàng)新性、團(tuán)隊協(xié)作，20%）；期末考試（30%）：理論考核（選擇題、簡答題，考查知識體系，15%）+實操考核（現(xiàn)場編程、硬件調(diào)試，15%）。六、教材與參考資料（一）主教材《嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用（第X版）》，[作者]，[出版社]（建議選擇貼合課程內(nèi)容、案例豐富的教材）。（二）參考資料《ARMCortex-M3與Cortex-M4處理器權(quán)威指南》，JosephYiu，北京航空航天大學(xué)出版社；《FreeRTOS源碼詳解與應(yīng)用開發(fā)》，[作者]，機(jī)械工業(yè)出版社；行業(yè)資料：ARM官方技術(shù)手冊、RISC-V基金會白皮書、TI/ST等廠商的開發(fā)文檔；開源項目：GitHub上的嵌入式開源項目（如ZephyrRTOS、Arduino生態(tài)）；學(xué)術(shù)資源：IEEEXplore、中國知網(wǎng)收錄的嵌入式系統(tǒng)前沿研究論文。七、教學(xué)資源與環(huán)境硬件資源：實驗室配備嵌入式開發(fā)板（如STM32F4、ESP32、樹莓派Pico）、示波器、邏輯分析儀、編程器（J-Link、ST-Link）；軟件資源：安裝KeilMDK、STM32CubeIDE、VSCode（含嵌入式插件）、FreeRTOS源碼、串口調(diào)試助手等工具；網(wǎng)絡(luò)資源：推薦學(xué)習(xí)平臺（如B站“江科大自化協(xié)”、Coursera“EmbeddedSystems”課程）、技術(shù)論壇（電子發(fā)燒友、CSDN嵌入式專區(qū)）。八、課程特色與創(chuàng)新點產(chǎn)教融合：引入企業(yè)真實項目案例（如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端開發(fā)），邀請行業(yè)工程師開展講座