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2024年2月18日发(作者：逗号运算符的语法规则)
《嵌入式系统设计与应用》课程教学大纲
基本信息
课程代码
学分
总学时
2
课程名称（中文）
课程名称（英文）
嵌入式系统设计与应用(B)
The Design and Application of Embedded System
共 48 学时
（理论： 38 学时，实践：10学时）
课程简介
课程性质：《嵌入式系统设计与应用》是为计算机科学与技术、电子信息工程、物联网工程专业本科生开设的专业基础必修课，大二下学期开设。它是结合嵌入式芯片、电子技术、C语言、通信技术的一门综合应用开发课程，对培养学生的工程应用能力具有重要作用。
主要内容：本课程以理论教学为主，并包含部分实验教学，使理论和实践更好结合。通过本课程的学习，使学生了解有关嵌入式系统的基本原理和设计方法，初步掌握嵌入式系统开发的过程、开发工具使用及常用的基本理论知识，如：交叉编译、文件处理、进程管理、串口通信、网络通信、嵌入式设备驱动等，使学生对于嵌入式系统的开发有一个系统的知识支撑，后续能够快速投入嵌入式相关的工作开发。
课程目标：
预期素质获得：发掘学生自身的兴趣，对今后的职业进行规划，参与嵌入式领域讨论意识，并能以理性的、积极的态度关注问题的解决。鼓励学生通过实验进行创新。
预期能力获得：学习嵌入式系统基本理论及其应用，学习嵌入式系统的组成及应用的知识；培养分析与设计嵌入式系统的基本能力。培养自学、分析问题和解决问题的能力，以及认真负责的工作态度和严谨细致的工作作风。
预期知识获得： 1．熟悉嵌入式系统的基本概念；掌握ARM微处理器体系结构的基础知识。2．掌握嵌入式系统的基本分析与设计方法，能进行典型嵌入式系统的分析与设计。3．熟悉实时操作系统的基础知识。4．掌握嵌入式编程技术，能进行典型嵌入式系统环境下程序设计。
基本要求：
有一定的程序开发基础，熟悉C语言编程，熟悉和了解Linux操作系统。
教材及教学参考资料
使用教材：
《嵌入式系统设计与应用（第3版）》，张思民编著，清华大学出版社，2019.08.
先修要求
修读条件：有程序开发基础，熟悉Linux系统。
先修课程：无
教学安排
课次 学时 教学内容
一、嵌入式系统基础
1. 嵌入式系统简介；
2. 嵌入式系统的发展和应用领域；
3. 嵌入式操作系统；
4. 嵌入式系统的开发过程（重点）；
5. 嵌入式系统应用方案。
作业
（包含预习安排、练习题、知识拓展三部分）
思考点
生活中的嵌入式有哪些应用？
1 2
2、3 4
二、嵌入式系统硬件体系结构
1. 相关基础知识；
2. 嵌入式系统硬件平台（重点、难点）；
3. ARM微处理器体系（重点）；
4. 微处理器的结构。
三、嵌入式Linux操作系统
1. Linux基本概念；
2. 嵌入式Linux文件系统（重点、难点）；
3. Linux常用操作命令（重点）；
4. Linux的文件编辑器；
5. Linux启动过程。
练习题：解释嵌入式系统构成；
知识拓展：ARM处理器体系；
预习：Linux系统
练习题：Linux各项命令的使用。
4 2
5、6 4
四、嵌入式Linux程序开发基础 练习题：Linux程序编译的1. 嵌入式Linux编译器； 过程是哪些？
2. “文件包含”处理（重点）；
3. Make命令和Makefile工程管理（重点、难点）；
4. 嵌入式Linux汇编语言程序设计。
五、嵌入式Linux 开发基础操作
1. 认识Make与Makefile实际流程（重点）；
2. 编写Makefile文档，实现自动编译。
要求：
1. 编写基本的功能程序；
2. 按照Makefile隐式要求，编写工程文档；
3. 运行程序，检测。
六、嵌入式Linux程序开发shell与位运算（实践2学时）
1. 嵌入式Linux shell编程（重点）；
2. 位运算程序编写（重点）。
七、嵌入式开发环境的建立
（一）理论教学
1. 建立主机开发环境（重点）；
2. 配置超级终端minicom；
3. 建立数据共享服务；
4. 嵌入式系统开发板的烧写方法。
（二）实践教学（实践2学时）
1. 虚拟机与开发板的连接；
2. 应用程序编写、交叉编译并写入开发板。
八、文件处理
（一）理论教学
1. 嵌入式Linux的文件处理；
2. Open、Close、Read、Write、Lseek函数的使用（重点）。
（二）实践教学（实践2学时）
文件操作实验：
要求：编写程序，包含2个功能：
(1) 输入10个学生的2门课程的信息，包括学号、姓名、课程名和成绩；将这些信息存入文件中。
(2) 成绩查询：以姓名、学号和课程名称为条件，查询课程成绩。
练习题：Make和Makefile的应用
7 2
8 2
练习题：Shell编程与位运算。
9、10 4
编写的hello.c 程序如何让其成功在开发板上运行？
11 2
12 2
练习题：文件的处理函数有哪些？其原型分别是什么？
13 2
14 2
九、进程与控制
1. 进程的概念
2. 管道通信；
3. 共享内存（重点、难点）。
十、串口通信
1. 嵌入式串口通信原理；
2. 嵌入式Linux串口通信技术（重点）。
十一、嵌入式网络应用开发
1. 网络编程的基础知识（重点）；
2. Socket网络编程（重点、难点）；
十二、嵌入式网络应用开发（实践2学时）
Socket网络通信实验。
要求：
1. 编写一个通过Socket发送信息的程序；
2. 编写一个通过Socket接收信息的程序；
3. 分别在虚拟机和实验箱上运行。
十三、嵌入式字符设备驱动程序设计
（一）理论教学
1. 嵌入式设备驱动程序基础（重点）；
2. 字符设备驱动程序设计（重点）。
(二)实践教学
字符设备驱动程序设计实验（实践2学时）
1. 设备驱动程序的编写和编译
2. 用户应用程序的编写和编译
十四、设备驱动程序开发实例
1. GPIO设备驱动程序设计（重点）；
2. 直流电机驱动程序的设计
十六、Android系统开发环境的建立
1. 创建Android应用程序（重点）；
2. Android应用程序设计示例（重点）。
十七、综合应用实例：通过云端控制远程设备
1. 设计目标与系统结构
2. 开发板设备端程序设计（重点）；
3. 服务器端网关程序设计（重点）；
4. 手机端程序设计（重点）。
练习题：进程间通信方式与原理；
预习：串口通信。
15 2
16 2
练习题：Socket通信中的常用函数及原型描述
17 2
常见的Linux网络应用程序Apache的工作原理？
18 2
练习题：编写简单的字符型设备驱动。
19 2
20、21 4
练习题：设计一个GPIO控制程序。
22 2
练习题：设计一个通过手机
远程控制电机运行的程序。
23、24 4
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