導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇嵌入式產(chǎn)品設(shè)計，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

一、嵌入式產(chǎn)品制作實踐課程目標(biāo)與定位

通過本課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，學(xué)生能夠掌握嵌入式產(chǎn)品的制作工藝，能夠具備制作出合乎要求、完成指定動作的產(chǎn)品模型的能力，并能夠掌握模型動作的程序設(shè)計思路，為更深入的產(chǎn)品制作設(shè)計與開發(fā)打下基礎(chǔ)。

1.課程目標(biāo)

（1）知識目標(biāo)

掌握Keil C程序軟件的應(yīng)用與設(shè)置；掌握產(chǎn)品設(shè)計與制作基本原則；掌握不同材料的選用方法；熟悉匯編和C51編程方法；掌握參數(shù)配置處理方法。

（2）能力目標(biāo)

能夠靈活運用C語言程序設(shè)計與其它工具軟件；能夠結(jié)合產(chǎn)品制作要求繪制建模圖；能夠應(yīng)用產(chǎn)品要求搭建硬件平臺與電路測試；能夠利用程序設(shè)計進(jìn)行動作處理。

（3）素質(zhì)目標(biāo)

培養(yǎng)溝通能力；培養(yǎng)自學(xué)與鉆研能力；培養(yǎng)環(huán)保、節(jié)約意識；鍛煉團(tuán)隊協(xié)調(diào)能力；鍛煉實踐動手操作能力。

2.課程定位

本課程是電子信息學(xué)院計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)人才培養(yǎng)方案嵌入式技術(shù)應(yīng)用方向一門重要的專業(yè)技術(shù)課，課程開設(shè)的目的是作為嵌入式技術(shù)應(yīng)用專業(yè)方向?qū)W生所學(xué)知識與技能的綜合應(yīng)用能力，并通過產(chǎn)品的功能進(jìn)行直觀展示。其前應(yīng)學(xué)習(xí)的課程有：電工電子技術(shù)、C語言程序設(shè)計、單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用、嵌入式操作系統(tǒng)UC/OS、Linux、Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)。

二、課程設(shè)計理念

本課程的任務(wù)是要讓學(xué)習(xí)過嵌入式技術(shù)應(yīng)用的學(xué)生都能夠以教育機(jī)器人制作為工程對象，讓他們在開發(fā)自己的教育機(jī)器人過程中學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)的基本原理與應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)技能，用C51編程實現(xiàn)機(jī)器人基本智能的展示，教學(xué)和學(xué)習(xí)過程充滿挑戰(zhàn)和興趣，大大提高學(xué)習(xí)效率，同時在學(xué)習(xí)和實踐的過程中，還可以培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)世界觀和方法論。

1.關(guān)注學(xué)生的素質(zhì)發(fā)展，著力提高學(xué)生的多元素養(yǎng)。

2.注重學(xué)生創(chuàng)造潛能的開發(fā)，加強(qiáng)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。

3.立足科學(xué)、技術(shù)、社會的視野，加強(qiáng)人文素養(yǎng)的教育。

4.緊密聯(lián)系學(xué)生生活實際，努力反映先進(jìn)技術(shù)。

5.豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，倡導(dǎo)學(xué)習(xí)方式的多樣化。

三、嵌入式產(chǎn)品制作實踐課程教學(xué)內(nèi)容：

1.教學(xué)內(nèi)容選取依據(jù)

采取了“以項目引導(dǎo)學(xué)習(xí)過程”的結(jié)構(gòu)形式，注重培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的嵌入式產(chǎn)品制作和面向應(yīng)用的編程能力。在內(nèi)容安排上，以簡易機(jī)器人制作項目作為主線，貫穿了全部學(xué)習(xí)內(nèi)容，使教學(xué)目標(biāo)明確、脈絡(luò)清晰，同時也使同學(xué)們能體會項目設(shè)計與制作的全過程，加深對“技術(shù)與設(shè)計”的思想和方法的理解。

貫穿教學(xué)過程的“探究嘗試”、“實踐活動”、“活動延伸”與理論知識有機(jī)地融為一體，完美地體現(xiàn)了“師生互動”、“在探究中學(xué)習(xí)”的教學(xué)理念，特別有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和開發(fā)其創(chuàng)造潛能。

2.教學(xué)具體內(nèi)容安排

C51單片機(jī)程序下載與測試，輸出接口與伺服電機(jī)控制，巡航控制，I/O接口與機(jī)器人觸覺導(dǎo)航，51 I/O接口與紅外線導(dǎo)航，機(jī)器人的距離檢測，機(jī)器人中UART的應(yīng)用，LCD應(yīng)用編程與產(chǎn)品集成技術(shù)，多傳感器智能機(jī)器人的設(shè)計。

四、嵌入式產(chǎn)品制作實踐教學(xué)模式與方法

1.教材編寫

建議選用教育部高等學(xué)?！笆晃濉币?guī)劃教材，同時也可以由一線教師與行業(yè)專家依據(jù)本課程標(biāo)準(zhǔn)編寫教材，基本要求為：

（1）教材依據(jù)本課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)編寫教材，將知識學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)緊密結(jié)合。

（2）教材以體現(xiàn)訓(xùn)練項目導(dǎo)入、工作任務(wù)目標(biāo)達(dá)成，為課程設(shè)計主體思想。

（3）教材內(nèi)容注重能力培養(yǎng)，并體現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動，要以學(xué)生為教學(xué)主體，靈活多樣設(shè)計任務(wù)，創(chuàng)立真實情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、調(diào)研、創(chuàng)意、制作等活動。著重培養(yǎng)學(xué)生的分析判斷與表現(xiàn)能力，為學(xué)生完整地再現(xiàn)基于機(jī)器人工程對象的實踐展開制作。

（4）教材編寫的體例和呈現(xiàn)方式盡量考慮崗位需求和學(xué)生的認(rèn)知水平，強(qiáng)調(diào)實用和夠用原則，以方便教學(xué)。

（5）教材應(yīng)圖文并茂，引用圖片清晰精美，文字語言深入淺出。

（6）教材內(nèi)容貫徹與時俱進(jìn)的原則，借鑒國內(nèi)外最新的研究成果，及時更新教學(xué)內(nèi)容。案例設(shè)計注意典型性、時代性與可操作性。

2.教學(xué)模式

遵循“工學(xué)結(jié)合、行動導(dǎo)向”及“教、學(xué)、做”一體化模式，在教學(xué)過程中將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式、教學(xué)進(jìn)程重新進(jìn)行有機(jī)的整合和序化。通過第二課堂的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生利用機(jī)器人操作及維護(hù)資料和設(shè)備對機(jī)器人進(jìn)行操作調(diào)試的能力、利用所學(xué)知識。通過第二課堂的鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力。

3.教學(xué)方法

實行任務(wù)導(dǎo)入、項目工作的新型教育模式，采用以啟發(fā)式、案例分析、實例制作為主體的教學(xué)方法。選擇目標(biāo)明確、現(xiàn)實可行、有教育意義和典型性的工作任務(wù)為載體，在完成工作任務(wù)的過程中，實現(xiàn)能力培養(yǎng)目標(biāo)。加強(qiáng)與深圳歐鵬等企業(yè)合作，以項目和工作任務(wù)為導(dǎo)向設(shè)計課程內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)校與企業(yè)的互動，通過對接加強(qiáng)與企業(yè)的溝通與協(xié)作，努力為學(xué)生在企業(yè)展示自我、施展才干搭建平臺，增強(qiáng)校企合作、共生共贏的依存和關(guān)聯(lián)度。

4.教學(xué)手段

采取項目教學(xué)，以工作任務(wù)為出發(fā)點來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)過程中要注重創(chuàng)設(shè)教育情境，采取“教學(xué)做”一體化的教學(xué)模式，要充分利用掛圖、投影、多媒體等現(xiàn)代化手段。

5.課程資源的開發(fā)與利用

篇2

設(shè)提升市場的快速響應(yīng)能力

當(dāng)今，客戶個性化需求日益增多，并且經(jīng)常會向企業(yè)提出定制獨一無二的產(chǎn)品。因此，工業(yè)企業(yè)從批量生產(chǎn)模式漸漸轉(zhuǎn)入按訂單定制生產(chǎn)的模式來響應(yīng)客戶的需求。但是，沒有靈活的產(chǎn)品設(shè)計過程、產(chǎn)品生產(chǎn)過程，過硬的企業(yè)管理模式，快速響應(yīng)定制是很難實現(xiàn)的，其背后必須有強(qiáng)大的實力支撐。與此同時，市場的不確定性，也需要企業(yè)的生產(chǎn)對市場需求快速反應(yīng)。由此，企業(yè)只有通過兩化融合，走新型工業(yè)化道路，從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品和設(shè)備、管理三個方面進(jìn)行改造升級，以此提升企業(yè)快速響應(yīng)能力，滿足客戶的需求。

1.產(chǎn)品設(shè)計過程的信息化和數(shù)字化，提高產(chǎn)品研發(fā)效率

設(shè)計是產(chǎn)品制造的第一個環(huán)節(jié)，是決定產(chǎn)品性能、水平的重要環(huán)節(jié)，同時，設(shè)計又是快速響應(yīng)市場、滿足用戶需求的重要工具和手段。一方面，產(chǎn)品設(shè)計的信息化和數(shù)字化，將使設(shè)計開發(fā)的效率和成功率大大提高，降低設(shè)計和開發(fā)的成本，減少物質(zhì)消耗。另一方面，為了實現(xiàn)快速響應(yīng)市場和生產(chǎn)的柔性化，制造過程同樣要自動化、數(shù)字化，從而保證產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，提高勞動生產(chǎn)率。企業(yè)在設(shè)計過程的數(shù)字化，有利于促進(jìn)并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計，有利于推行網(wǎng)絡(luò)制造模式，并將加速社會資源的整合和充分利用。

2.產(chǎn)品和設(shè)備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化提升企業(yè)的生產(chǎn)能力

企業(yè)通過建立數(shù)字化的車間生產(chǎn)線，把數(shù)字化手段和生產(chǎn)設(shè)備結(jié)合起來，實現(xiàn)高度的自動化和智能化，提升企業(yè)的生產(chǎn)能力；將信息化融入到研發(fā)體系，將產(chǎn)品定義、仿真分析與實驗過程集成為新的研發(fā)平臺，實現(xiàn)異地協(xié)同等。這些都是通過信息技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品及設(shè)備的應(yīng)用提升企業(yè)的核心業(yè)務(wù)能力，從而支撐工業(yè)化的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)。

3.管理過程的信息化建設(shè)提升企業(yè)管理水平

利用信息化手段，可以提高企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理水平。在生產(chǎn)控制層面，以數(shù)控設(shè)備為基礎(chǔ)，圍繞創(chuàng)新研究和開發(fā)設(shè)計、工藝管理和加工制造、過程協(xié)同和質(zhì)量控制、物料配送和產(chǎn)品管理等生產(chǎn)制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)推進(jìn)信息化，以提高生產(chǎn)制造全過程的工作效能。在資源配置層面，以成本分析為基礎(chǔ)，圍繞外部協(xié)作、內(nèi)部計劃、及時響應(yīng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)推進(jìn)信息化，以提高企業(yè)市場響應(yīng)效率。在管理決策層面，以信息管理為基礎(chǔ)，圍繞產(chǎn)品市場與客戶關(guān)系、人力資源與資本運作、發(fā)展戰(zhàn)略與風(fēng)險管理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)推進(jìn)信息化，推廣應(yīng)用業(yè)務(wù)流程重組(BPR)、企業(yè)資源管理(ERP)、管理信息系統(tǒng)(MIS)、計算機(jī)決策支持(DSS)、數(shù)據(jù)挖掘(DM)、商業(yè)智能(BI)、供應(yīng)鏈管理(SCM)、客戶關(guān)系管理(CRM)、知識管理(KM)等信息技術(shù)，提升企業(yè)的管理水平和運行效率，實現(xiàn)管理信息化。例如重慶長安汽車公司通過在汽車生產(chǎn)管理和信息化建設(shè)方面的努力探索和實踐，保持年均20％以上的增長速度，實現(xiàn)了企業(yè)的快速發(fā)展。

軟件服務(wù)推動企業(yè)的工業(yè)化進(jìn)程

1.嵌入式技術(shù)提升產(chǎn)品設(shè)計過程、產(chǎn)品及設(shè)備的數(shù)字化、智能化水平

嵌入式軟件是推進(jìn)工業(yè)化的重要工具。嵌入式軟件，又可以細(xì)分為操作系統(tǒng)、支撐軟件(嵌入式數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具)、應(yīng)用軟件等，他們被植入嵌入式系統(tǒng)之中，達(dá)到自動化、智能化的控制、監(jiān)測、管理各種裝備、機(jī)器和系統(tǒng)運行的目的。嵌入式系統(tǒng)和軟件在各種工業(yè)設(shè)計、工業(yè)產(chǎn)品、設(shè)備和過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，不僅使企業(yè)的產(chǎn)品，而且使企業(yè)的工業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)流程具備數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的特征，因而是促進(jìn)“兩化融合”極為重要的技術(shù)手段之一。

2.IC設(shè)計提升產(chǎn)品及設(shè)備的數(shù)字化水平

IC設(shè)計是將系統(tǒng)、邏輯與性能的設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為具體的物理版圖的過程，也是一個把產(chǎn)品從抽象的過程一步步具體化、直至最終物理實現(xiàn)的過程。在工業(yè)企業(yè)定制化、個性需求的引導(dǎo)下，IC設(shè)計在工業(yè)產(chǎn)品和設(shè)備的應(yīng)用成為主流，將電路模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字模擬，提升產(chǎn)品和設(shè)備的數(shù)字化水平。

3.輔助設(shè)計技術(shù)提升產(chǎn)品設(shè)計效率

在產(chǎn)品設(shè)計過程，計算機(jī)輔助技術(shù)(Computer Aided Design，CAD)、計算機(jī)輔助制造(computer Aided Manufacturing，CAM)、計算機(jī)輔助工藝流程(Computer Aided Engineering，CAE)、計算機(jī)輔助生產(chǎn)計劃(Computer Aided Process Plan-ning，CAPP)、計算機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)等信息技術(shù)，在提高產(chǎn)品設(shè)計效率和質(zhì)量上發(fā)揮了重要作用并得到了廣泛應(yīng)用。例如東風(fēng)汽車公司在產(chǎn)品設(shè)計過程中，借助計算機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)建立了CV-BOM管理信息系統(tǒng)，解決了產(chǎn)品研發(fā)周期過長，無法快速響應(yīng)市場的需求的問題。同時降低了產(chǎn)品的設(shè)計成本、管理成本，降低了產(chǎn)品研發(fā)風(fēng)險和企業(yè)成本，提升汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計知識管理水平，增強(qiáng)了企業(yè)的核心競爭力。此外該系統(tǒng)提出并實現(xiàn)了達(dá)到了國際先進(jìn)水平的汽車產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)和實現(xiàn)流程，推動中國汽車行業(yè)的科技進(jìn)步。

4.SaaS提升企業(yè)管理的信息化水平

篇3

1 嵌入式軟件開發(fā)的特點

嵌入式軟件的開發(fā)具有如下幾方面的特點：

1）需要交叉開發(fā)工具和環(huán)境。由于嵌入式軟件本身不具備自主開發(fā)能力，即使設(shè)計完成以后用戶通常也不能對其中的程序功能進(jìn)行修改，因此必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。這些工具和環(huán)境一般基于通用計算機(jī)上的軟硬件設(shè)備以及各種邏輯分析儀、混合信號示波器等。開發(fā)時往往有主機(jī)和目標(biāo)機(jī)交叉開發(fā)的概念，主機(jī)用于程序的開發(fā)、調(diào)試，目標(biāo)機(jī)作為最后的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。開發(fā)時主機(jī)和目標(biāo)機(jī)需要交替結(jié)合進(jìn)行。

2）軟硬件協(xié)同設(shè)計。軟硬件協(xié)同設(shè)計涉及以下方面：嵌入式軟件設(shè)計、實時系統(tǒng)設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。軟硬件協(xié)同設(shè)計強(qiáng)調(diào)硬件與軟件的協(xié)同性與整合性、軟件與硬件的可裁減，以滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求。

3）嵌入式軟件開發(fā)人員以應(yīng)用專家為主。通用計算機(jī)的開發(fā)人員一般是計算機(jī)科學(xué)或計算機(jī)工程方面的專業(yè)人士，而嵌入式軟件則是要和各個不同行業(yè)的應(yīng)用相結(jié)合的，要求更多的計算機(jī)以外的專業(yè)知識，其開發(fā)人員往往是各個應(yīng)用領(lǐng)域的專家。

4）軟件要求固態(tài)化存儲。為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存儲于磁盤等載體中。

5）軟件代碼高質(zhì)量、高可靠性。盡管半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使處理器速度不斷提高，片上存儲器容量不斷增加，但在大多數(shù)應(yīng)用中，存儲空間仍然是寶貴的，還存在實時性的要求。為此要求程序編寫和編譯工具的質(zhì)量要高，以減少程序二進(jìn)制代碼長度，提高執(zhí)行速度。嵌入式軟件的核心是系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，由于存儲空間有限，因而要求軟件代碼緊湊、可靠，大多對實時性有嚴(yán)格要求。

6）系統(tǒng)軟件的高實時性。在多任務(wù)嵌入式軟件中，對重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧和合理調(diào)度是保證每個任務(wù)及時執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，這種任務(wù)調(diào)度只能由優(yōu)化編寫的系統(tǒng)軟件來完成，因此系統(tǒng)軟件的高實時性是基本要求。嵌入式軟件應(yīng)用程序雖然可以沒有操作系統(tǒng)直接在芯片上運行，但是為了合理地調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源，系統(tǒng)一般以成熟的實時操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。

2 軟硬件協(xié)同設(shè)計概念

嵌入式軟件設(shè)計是使用一組物理硬件和軟件來完成所需功能的過程。系統(tǒng)是指任何由硬件、軟件或者兩者的結(jié)合來構(gòu)成的功能設(shè)備。由于嵌入式軟件是一個專用系統(tǒng)，所以在嵌入式產(chǎn)品的設(shè)計過程中，軟件設(shè)計和硬件設(shè)計是緊密結(jié)合、相互協(xié)調(diào)的。這就產(chǎn)生了一種全新的發(fā)展中的設(shè)計理論——軟硬件協(xié)同設(shè)計。這種方法的特點是，在設(shè)計時從系統(tǒng)功能的實現(xiàn)角度考慮，把實現(xiàn)時的軟硬件同時考慮進(jìn)去，硬件設(shè)計包括芯片級“功能定制”設(shè)計。既可最大限度地利用有效資源，縮短開發(fā)周期，又能取得更好的設(shè)計效果。

系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計的整個流程從確定系統(tǒng)要求開始，包含系統(tǒng)要求的功能、性能、功耗、成本、可靠性和開發(fā)時間等。這些要求形成了由項目開發(fā)小組和市場專家共同制定的初步說明文檔。系統(tǒng)設(shè)計首先確定所需的功能。復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計最常用的方法是將整個系統(tǒng)劃分為較簡單的子系統(tǒng)及這些子系統(tǒng)的模塊組合，然后以一種選定的語言對各個對象子系統(tǒng)加以描述，產(chǎn)生設(shè)計說明文檔。其次，是把系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)換成組織結(jié)構(gòu)，將抽象的功能描述模型轉(zhuǎn)換成組織結(jié)構(gòu)模型。由于針對一個系統(tǒng)可建立多種模型，因此應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的仿真和先前的經(jīng)驗米選擇模型。

3 嵌入式軟件開發(fā)的方法論

在建立一個完整的嵌入式軟件或是產(chǎn)品時，大部分系統(tǒng)都很復(fù)雜，不但功能規(guī)格很多，還必須考慮例如價格、性能等其他因素，否則很容易做出一個失敗的系統(tǒng)或是產(chǎn)品。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)之前，必須先了解一些系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，使得在開發(fā)過程中更為順利。一般來說，產(chǎn)品設(shè)計的過程會經(jīng)歷幾個步驟，為了確保這些步驟的合理性，我們需要一個設(shè)計方法論來面對整個設(shè)計過程。采用方法論有以下三個重要理由。

確認(rèn)所做的每一件事情都是必須要做的，不做無謂的工作，也不漏掉關(guān)鍵性的重要工作，其中包含性能最佳化或是功能測試。

根據(jù)設(shè)計方法論可以發(fā)展出計算機(jī)輔助工具或是設(shè)計經(jīng)驗累積，汲取每一次產(chǎn)品開發(fā)的經(jīng)驗。再經(jīng)過量化之后，可以發(fā)展出一套工具或是方法，讓往后的產(chǎn)品設(shè)計步入自動化。

開發(fā)團(tuán)隊遵循同一套方法論，可以讓團(tuán)隊成員更容易彼此溝通。每個人都能在短時間內(nèi)了解整體過程中將經(jīng)歷哪些過程，需要何種支持與接收到何種結(jié)果。此外，也容易通過一套已經(jīng)定義好的方法論，彼此相互合作協(xié)調(diào)。設(shè)計過程的目標(biāo)是做出有一定用途且具有創(chuàng)新點的產(chǎn)品。產(chǎn)品的典型規(guī)格包含功能性、制造成本、性能表現(xiàn)、省電考慮和其他特性。

篇4

新聞總是樂于報道安全系統(tǒng)遭到攻擊的事件：操作系統(tǒng)漏洞、非法入侵政府網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦的信用卡帳戶信息被竊等等。安全性不僅僅涉及到筆記本電腦和服務(wù)器，嵌入式領(lǐng)域也越來越關(guān)注安全性問題，例如交通燈、家庭安全系統(tǒng)、煙霧探測器、ATM、收銀機(jī)等，由此看來，風(fēng)險無處不在。

嵌入式系統(tǒng)需要安全保護(hù)的原因有多種，某些應(yīng)用中，政府部門需要對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，例如：病歷、信用卡信息等。有時還會對銷售流程進(jìn)行安全保護(hù)，例如，公司可能以低于成本價出售打印機(jī)，通過打印機(jī)耗材的高利潤進(jìn)行補(bǔ)償。利用安全技術(shù)可以鑒別耗材的真?zhèn)?，避免使用第三方的假冒產(chǎn)品。某些情況下，安全技術(shù)被用來保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)，嵌入式設(shè)備中可能包含極具創(chuàng)新的算法，制成成品后，為了保護(hù)來之不易的產(chǎn)品設(shè)計，需要增加安全性，以防止盜版。

安全性設(shè)計是一個折中的過程－理想的安全產(chǎn)品設(shè)計將耗資無限，而不具備安全保護(hù)的設(shè)計則不需要任何安全功能的花費。每種特定應(yīng)用都必須確定所要求的安全等級，具體了解安全系統(tǒng)需要保護(hù)什么?

加密安全嗎?

選擇合適的加密工具對于通訊架構(gòu)來說至關(guān)重要，應(yīng)選擇公共算法，應(yīng)用較為普遍的算法包括：DES、RSA或DSA。許多人認(rèn)為選擇一個模糊的私有算法會更安全，實際情況并非如此，公開算法已經(jīng)經(jīng)過學(xué)術(shù)界、政府機(jī)構(gòu)和業(yè)內(nèi)專家的評估。私有算法看起來安全，而且也經(jīng)過一位收取一定費用的專家的評審，但是，如何保證事物背后的安全性，如何保證評審人員的可信度?另外，私有算法還可能需要支付許可權(quán)費用、版權(quán)費用等，限制今后的選擇權(quán)。

盡管加密技術(shù)對于嵌入式系統(tǒng)的安全性來說至關(guān)重要，但這只是一個方面。假設(shè)現(xiàn)實世界場景中，兩個人通過相互傳遞編碼信息進(jìn)行交流。攻擊者可能竊取此信息，如果信息編碼所采用的加密技術(shù)可靠，這種攻擊將是無效的。有膽量的攻擊者可能會直接對人進(jìn)行攻擊。與破解加密信息相比，強(qiáng)迫參與者泄漏通訊密碼會更加容易。

這個例子對于嵌入式應(yīng)用非常形象，例如ATM與銀行之間的加密通信。試圖破譯傳輸線上的加密PIN數(shù)據(jù)幾乎是不可能的，有些攻擊者可能認(rèn)為攻擊ATM機(jī)更有效。攻擊者可能會在夜深人靜時打開ATM。在一系列攻擊后獲取ATM與銀行通信的密鑰。然后，攻擊者將ATM恢復(fù)原位后離開。這種情況下，對傳輸線的監(jiān)測使攻擊人員獲取了密鑰，可以解密所有帳號和PIN數(shù)據(jù)。

值得慶幸的是，目前的ATM具備強(qiáng)大的物理層和邏輯安全技術(shù)的保護(hù)。當(dāng)然，上述例子也提出了以下幾個安全性問題：

?加密技術(shù)只提供一層保護(hù)，不能完全阻止攻擊者的行為。

?貯存在ATM機(jī)中最有價值的東西是密鑰，而非賬號、PIN數(shù)據(jù)或現(xiàn)金。

?一個安全的嵌入式設(shè)備必須在遭受攻擊時有所反應(yīng)，擦除有價值的密鑰。

對嵌入式系統(tǒng)的攻擊

攻擊者通過什么途徑得到ATM的密鑰呢?

攻擊著可能從最簡單的操作開始，假如密鑰存儲在外部存儲器，攻擊者只需簡單地訪問地址和數(shù)據(jù)總線竊取密鑰。即使密鑰沒有連續(xù)存放在存儲器內(nèi)，攻擊者仍然可以破解外部代碼，確定哪個存儲器包含有密碼。引導(dǎo)裝入、調(diào)試和測量狀態(tài)下都是遭受簡單攻擊的薄弱環(huán)節(jié)。這些工作狀態(tài)通常允許對微處理器內(nèi)存和寄存器讀/寫操作。即使這些狀態(tài)的文件不公開，對于有著廣泛社交經(jīng)驗的工程師來說，通過微處理器廠商的雇員來獲取這些信息也是輕而易舉的事情。

嘗試了簡單的攻擊手段后，如果沒有達(dá)到目的的話，攻擊者還會采取更為詭異的手段。從簡單的時序和功率分析中觀察加密操作的時序和功率消耗。對于設(shè)計不理想的加密過程可能會在處理密鑰1時比處理O時消耗更多的時間和功率，這為攻擊者提供了足夠的信息，使其推算出密鑰。如果這種簡單的分析手段不起作用，攻擊者便會使用差分能量分析(DPA)技術(shù)。差分能量分析是一種統(tǒng)計攻擊方法，通過采集上千次運行時的能量損耗數(shù)據(jù)，最終，從功率脈沖信號中獲取密碼。雖然這種方法耗時，但可以自動操作。此外，攻擊者還可能采用故障注入攻擊，使微處理器運行在工作范圍以外的條件下，從而產(chǎn)生故障信息，導(dǎo)致密碼泄漏。攻擊者也可能試圖拆除微處理器的塑料封裝，用微探針分析密碼數(shù)據(jù)。內(nèi)存具有規(guī)則的結(jié)構(gòu)，很容易在硅片中識別出來，利用微探針設(shè)備可以很容易地對此操作。

面對上述種種攻擊，工程師必須采取適當(dāng)?shù)拇胧榍度胧较到y(tǒng)提供有效防護(hù)。

防攻擊措施

在高安全性應(yīng)用中需要具有唯一的質(zhì)詢，單一品牌的處理器。安全微處理器，例如Dallas Semiconductor的DS5250，能夠滿足最高安全級別的設(shè)計需求。

優(yōu)秀的安全處理器非常注重密鑰保護(hù)，使用非易失電池備份SRAM儲存敏感信息。這種SRAM應(yīng)該采用定制的可歸零或瞬間擦除的存儲器，一旦檢測到篡改操作時即刻擦除存儲器內(nèi)容。利用連續(xù)工作的傳感器或有電池供電的時鐘檢測篡改事件(例如溫度攻擊、電壓攻擊或微探針攻擊)。這種安全監(jiān)測可以確保攻擊者利用外部時鐘控制時無法阻止清零過程。使用片上存儲器，攻擊者無法竊取器件內(nèi)部傳輸?shù)拿荑€。另外，假如對器件實施物理攻擊，密鑰會被立刻擦除。

為了確保攻擊者無法控制內(nèi)存總線、插入可能竊取密鑰的指令，安全處理器對外部存儲器總線進(jìn)行加密，并對程序存儲器提供完整性監(jiān)測，密鑰隨機(jī)產(chǎn)生，每個器件不同，這種加密方法確保攻擊者無法復(fù)制或竊取產(chǎn)品設(shè)計，提供有效的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。假如攻擊者試圖插入隨機(jī)指令，完整性檢查就會報告檢測錯誤，認(rèn)為偵測到篡改事件。

篇5

作者簡介：梁冀（1985-），女，廣西貴港人，廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程系，講師；蔣志年（1965-），男，壯族，廣西賓陽人，廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程系，副教授。（廣西 崇左 532200）

基金項目：本文系廣西民族師范學(xué)院2013年教育教學(xué)改革研究項目（項目編號：JGYB201322）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0119-02

近年來，隨著嵌入式系統(tǒng)在通信、電子、工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，人才需求也越來越旺盛，各高校都相繼開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程。[1]嵌入式系統(tǒng)是通信類和電子信息類專業(yè)的一門實踐性很強(qiáng)的后續(xù)課程，是專用于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的系統(tǒng)課程中很重要的一門。但由于嵌入式系統(tǒng)所包含的基礎(chǔ)知識非常多，涉及的知識內(nèi)容相當(dāng)廣，學(xué)科隨著應(yīng)用的發(fā)展迅猛，知識的更新相當(dāng)快，開設(shè)課程課時偏少尤其是實踐課時嚴(yán)重缺乏，[2]導(dǎo)致了高校中嵌入式系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢，直接造成了學(xué)生實踐能力跟不上實際生活領(lǐng)域的應(yīng)用和相關(guān)實踐人才的缺乏。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)課程的特點，結(jié)合廣西民族師范學(xué)院（以下簡稱“我?！保┩ㄐ蓬惡碗娮有畔㈩悓I(yè)實踐能力、職業(yè)能力的培養(yǎng)目標(biāo)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)特點，在嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程當(dāng)中，以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力為切入點，在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)方法等方面，遵循由易到簡、由基礎(chǔ)過渡到綜合的原則基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革與探索，[3]使得嵌入式系統(tǒng)教學(xué)分別從理論知識、實驗操作、實際應(yīng)用的設(shè)計三方面相互提攜，全面提升課程的教學(xué)效果，提高學(xué)生的實踐能力，提升學(xué)生的職業(yè)能力。

一、軟硬件理論方面知識教學(xué)改革

嵌入式系統(tǒng)是一門實踐應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，在課程理論知識的深度上，并沒有也不需要知識深度的要求，更多是介紹處理器的各個模塊各種功能的性能特點、相關(guān)寄存器以及使用要求、步驟。但是課程所需要的知識廣度要求卻相當(dāng)高，如課程需要學(xué)生具備有“電路基礎(chǔ)”、“模擬電子技術(shù)”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“微機(jī)原理”、“匯編語言”、“C語言”、“單片機(jī)”等相關(guān)方面的知識，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程當(dāng)中廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這就要求在理論知識的教學(xué)方面，根據(jù)課程的特點，做出相對應(yīng)的調(diào)整、改革，以滿足課程教學(xué)的要求。

1.教材

目前，市場上關(guān)于嵌入式系統(tǒng)方面的教材種類相當(dāng)多，內(nèi)容分布各具特點，但缺乏一本權(quán)威的教材。而因為嵌入式技術(shù)更新相當(dāng)快的特點，想要選擇一本內(nèi)容和難度方面都非常合適的教材很難，為了更好完成教學(xué)目標(biāo)，同時結(jié)合我校的實驗設(shè)備，筆者選擇了周立功先生主編的《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》作為教參。結(jié)合實際情況，添加相關(guān)部分的內(nèi)容，教參只是教學(xué)內(nèi)容的參考，不拘泥于教材，具體的教學(xué)內(nèi)容必須要跟學(xué)生的具體知識結(jié)構(gòu)、專業(yè)基礎(chǔ)結(jié)合起來。在51單片機(jī)的基礎(chǔ)之上，開展軟硬件協(xié)同開發(fā)的理論教學(xué)，主張缺什么補(bǔ)什么，有什么省略什么，多本教材多方面知識協(xié)同，強(qiáng)化教學(xué)內(nèi)容。

2.教學(xué)模式、方法

傳統(tǒng)的教學(xué)，往往是教師在授課前先設(shè)置好教學(xué)大綱，然后按照教學(xué)大綱設(shè)置內(nèi)容，通過教師的講解、授課，讓學(xué)生能夠掌握相關(guān)知識點，做好理論準(zhǔn)備。然而，這種教學(xué)模式并不適合實踐性很強(qiáng)的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性較差，不能學(xué)以致用，這對培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力非常不利。

針對這些實際情況，筆者在嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的過程當(dāng)中更加注重理論與實際的結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容盡量做到一邊講解知識點，一邊對該知識點的相關(guān)原理過程進(jìn)行演示，加強(qiáng)教學(xué)立體效果。因此，在我校的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)過程當(dāng)中，筆者主要通過在理論教學(xué)中采用現(xiàn)代計算機(jī)仿真技術(shù)，如proteus加IAR軟件仿真等，將嵌入式系統(tǒng)各個模塊各種功能的工作原理、工作過程等看不見摸不著的抽象過程具體化、形象化，讓學(xué)生更加直觀了解、掌握課程的重點、難點；同時充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)的輔助作用，利用多媒體技術(shù)容量大、圖文并茂的生動特點，將課本中一些難以理解的知識點，通過動畫演示，是學(xué)生能夠形象地理解一些抽象的理論知識，調(diào)動學(xué)生視覺、聽覺等各方面的感觀，變抽象為具體，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、積極性；而在理論教學(xué)的方法上，筆者主要采用的是分類法、比擬法，把嵌入式系統(tǒng)的眾多知識點按照模塊進(jìn)行分類，把種類繁多的知識點分成有序的模塊。同時，將各個分類好的模塊與之前開設(shè)的51單片機(jī)進(jìn)行一個類比學(xué)習(xí)，充分利用之前學(xué)習(xí)51單片機(jī)的知識、經(jīng)驗，以達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

3.共享學(xué)習(xí)資源

在課程教學(xué)過程當(dāng)中，筆者主要通過自己建立的網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，同時給學(xué)生介紹一些著名的學(xué)習(xí)網(wǎng)站，如21IC網(wǎng)、電子工程師網(wǎng)等。通過這些網(wǎng)絡(luò)資源，使同學(xué)們能充分了解行業(yè)的發(fā)展情況，通過與工作經(jīng)驗豐富的工程師進(jìn)行在線交流，也能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，提高學(xué)生課外解決問題的能力；而另外一方面，在課余的時間，筆者也盡可能地邀請行業(yè)內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)工程師來校做一些相關(guān)方面的學(xué)術(shù)報告，使學(xué)生能更直接地接觸專業(yè)技術(shù)人員，更深入體會行業(yè)的風(fēng)范。課外與課堂的有機(jī)結(jié)合，充分保證學(xué)習(xí)的效果，為培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、職業(yè)能力做好理論鋪墊。

二、實踐操作教學(xué)改革

實踐能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在通信工程專業(yè)學(xué)生身上，就是通過教學(xué)和訓(xùn)練，使得學(xué)生具有實際產(chǎn)品設(shè)計的總體意識，依據(jù)這種意識掌握、運用相關(guān)科學(xué)技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品的總體設(shè)計。這要求在實踐課程教學(xué)當(dāng)中有目的有意識地引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生，因此，實踐操作的教學(xué)在嵌入式課程教學(xué)當(dāng)中更為重要。

基于以上因素的考慮，在我校的嵌入式系統(tǒng)實踐教學(xué)當(dāng)中，主要依托嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實驗室，利用ARM7開發(fā)系統(tǒng)，將嵌入式實踐教學(xué)融入“兩種模式，三個階段”的團(tuán)隊學(xué)習(xí)模式。所謂兩種模式，就是課堂必修訓(xùn)練模式和課外開放實驗室訓(xùn)練模式。而三個階段，指的是基礎(chǔ)驗證實驗階段、綜合實驗階段和設(shè)計性實驗階段。

在實踐教學(xué)階段，筆者將整個教學(xué)過程分為三個階段，其中基礎(chǔ)性試驗階段主要用于熟悉和鞏固嵌入式系統(tǒng)各個模塊的功能。初步掌握獨立模塊使用的方法、步驟，這部分的實驗課時設(shè)置相對縮短，保證只占整個實踐課時的五分之一左右。掌握獨立模塊的使用后，緊接著要進(jìn)入綜合實驗階段，在這個階段主要設(shè)置一些綜合性較強(qiáng)的實驗，在一個實驗當(dāng)中，將會同時使用三個或者三個以上的模塊，這樣，通過這部分實驗主要培養(yǎng)學(xué)生的調(diào)節(jié)能力，使學(xué)生逐漸掌握同時使用多個模塊時，各個模塊之間該如何調(diào)節(jié)，如何關(guān)聯(lián)，這階段較為關(guān)鍵，主要占據(jù)實踐教學(xué)的一半課時。最后，為了鞏固學(xué)生的綜合能力，同時也為了培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用能力，筆者將設(shè)置1～2個的設(shè)計性實驗，讓學(xué)生利用嵌入式技術(shù)去動手設(shè)計一個小產(chǎn)品，完整地體驗一個小產(chǎn)品的開發(fā)過程，達(dá)到課程教學(xué)的真正目的，這一部分的課時占據(jù)課程的大概2/5的課時。

當(dāng)然，在這三個階段實施的過程當(dāng)中，不僅僅只是在課堂上利用課堂教學(xué)時間讓學(xué)生在實驗室真正地學(xué)習(xí)、操作，更重要的是必須要提供一個課外的實驗室開放學(xué)習(xí)模式。不僅只是在嵌入式的教學(xué)期間，在整個大學(xué)生涯期間嵌入式實驗室利用專人負(fù)責(zé)管理，全天候開放環(huán)境的模式，為廣大的學(xué)生們提供一個開放式學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生可以在任何有空余的時間，有學(xué)習(xí)想法的時候，隨時進(jìn)入實驗室進(jìn)行開發(fā)學(xué)習(xí)，展寬他們的學(xué)習(xí)機(jī)會以及為學(xué)習(xí)提供必要的幫助。同時，考慮到學(xué)生的實際基礎(chǔ)各有不同以及嵌入式系統(tǒng)所需知識的廣度太大，學(xué)生單人實踐，學(xué)習(xí)效果將會產(chǎn)生參差不齊的狀況，效果非常有限，因此，在實施兩種模式，三個階段的實踐教學(xué)過程當(dāng)中，將學(xué)生分成若干個團(tuán)隊進(jìn)行實踐練習(xí)。一方面，可以促進(jìn)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流，使他們能夠取長補(bǔ)短，彼此之間深入探索問題，共同合作，增進(jìn)學(xué)習(xí)效果的同時，也逐漸培養(yǎng)學(xué)生一種團(tuán)隊合作的意識和習(xí)慣，為將來走上職業(yè)崗位做好充分的準(zhǔn)備。

三、以賽帶練，強(qiáng)化實踐

嵌入式系統(tǒng)是一門實踐為主的課程，盡管筆者在課程教學(xué)過程中有意識地偏向?qū)嵺`教學(xué)，但畢竟實踐教學(xué)都處于實驗室教學(xué)，實驗室操作開發(fā)階段，即使在實踐教學(xué)過程中為了彌補(bǔ)這個缺點加入了設(shè)計性試驗的環(huán)節(jié)，但實踐教學(xué)證明，這個過程雖然具備一定的效果，但由于設(shè)計性實踐教學(xué)課時較短，只能設(shè)置一兩個較為簡單的小應(yīng)用設(shè)計，與實際應(yīng)用當(dāng)中真正做一個嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的過程差別較大。因此需要為學(xué)生提供一個更加具備挑戰(zhàn)性，更加接近實際應(yīng)用的一種鍛煉機(jī)會，那就是組織學(xué)生參加各種學(xué)科設(shè)計競賽，[4]比如全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、廣西區(qū)電子設(shè)計競賽等。在這些權(quán)威的學(xué)科競賽當(dāng)中，每一年都有嵌入式系統(tǒng)相關(guān)的開發(fā)設(shè)計，并且嚴(yán)格規(guī)定設(shè)計要求、設(shè)計時間，學(xué)生的參與面非常廣。通過組織學(xué)生參加這樣一些設(shè)計比賽，以比賽帶動練習(xí)，使學(xué)生能夠?qū)W會應(yīng)用自己所學(xué)的知識去解決產(chǎn)品開發(fā)的問題，同時充分體會產(chǎn)品設(shè)計過程，掌握產(chǎn)品設(shè)計過程當(dāng)中應(yīng)該怎么做，遇到問題該如何解決等，參加學(xué)科設(shè)計競賽，以賽帶練。通過這樣一種延伸式的實踐教學(xué)，真正使學(xué)生的實踐能力、職業(yè)能力得到很好的鍛煉，從根本上提高我校通信工程的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

四、總結(jié)

為了適合社會的需求，也為了使得學(xué)生能夠更好地進(jìn)入社會，筆者在通信類及電子類專業(yè)的培養(yǎng)過程中必須時刻調(diào)整，注意培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、職業(yè)能力。作為通信類及電子類專業(yè)實踐課程的最后一類課程，嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)有著十分重要的作用，嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)改革，從一定程度上，影響著學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量。我校通過一系列理論、實踐及延伸式實踐的改革，在理論教學(xué)時，注意抓重點，抓知識廣度，理論與實踐相結(jié)合，將抽象的理論知識具體化、形象化。在實踐教學(xué)上，根據(jù)我校的實際采用了“兩種模式，三個階段”的團(tuán)隊式學(xué)習(xí)模式的改革，不僅從教學(xué)的角度，更重要的是在實踐的角度進(jìn)行改革，并且通過權(quán)威性的學(xué)科設(shè)計競賽，充分帶動學(xué)生的學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，使學(xué)生的實踐能力、職業(yè)能力得到了最充分的鍛煉。實踐證明，這樣的教學(xué)改革深得我校通信類及電子類學(xué)生的認(rèn)可及肯定，帶動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。組織學(xué)生參加各類的學(xué)科競賽都有省部級、地廳級等各方面的獎勵，畢業(yè)生走向工作崗位也受到了用人單位的一致肯定，這使得我校的人才培養(yǎng)質(zhì)量得到了進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慧娟.嵌入式課程中實踐教學(xué)的探討[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2011，21（5）：54-56.

篇6

在即將到來的第四階段，會有越來越多的設(shè)備加入到互聯(lián)網(wǎng)，比如車載娛樂系統(tǒng)，遠(yuǎn)程醫(yī)療，數(shù)字標(biāo)牌和網(wǎng)絡(luò)攝像頭等，嵌入式設(shè)備及其應(yīng)用將真正讓互聯(lián)網(wǎng)無處不在，人們不論是在工作、娛樂、學(xué)習(xí)甚至休息的時候，都能隨時與互聯(lián)網(wǎng)保持連接。嵌入式系統(tǒng)是家庭信息網(wǎng)絡(luò)、IT融合的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

嵌入式設(shè)備雖然不能夠非常絕對地做一個界定，但可以簡單理解為功能相對固定的應(yīng)用設(shè)備，或者說，嵌入式設(shè)備就是一個不想成為電腦的“電腦”。例如超市中的POS機(jī)，馬路邊新設(shè)立的視頻大幅廣告牌，娛樂場所里的游戲機(jī)，機(jī)場里的電子信息牌等等。與個人電腦的不同是，嵌入式設(shè)備需要把有限的計算能力用在一個主要應(yīng)用中，應(yīng)用功能方面被限制在特定領(lǐng)域，但它的硬件很可能用的就是英特爾奔騰或者酷睿處理器。

微處理器引入到嵌入式領(lǐng)域是一個革新式的事件，并且提供了靈活性和可遷移性。這樣，微處理器和計算平臺將會與通訊能力進(jìn)一步整合，人們就可以創(chuàng)造出更多的使用模式和設(shè)備。談到嵌入式處理器產(chǎn)品的創(chuàng)新和應(yīng)用，大家可能會立刻想到凌動(Atom)處理器。這款英特爾史上體積最小、功率雖低的處理器能為最終產(chǎn)品帶來性能、功耗、外形尺寸和成本等各方面的優(yōu)勢，一進(jìn)入市場就非常受歡迎。經(jīng)過持續(xù)的技術(shù)更新和市場推廣，迄今它已融入到2000多款嵌入式產(chǎn)品設(shè)計中。通過“凌動”這樣為多種應(yīng)用而生的嵌入式處理器平臺，原本基于個人電腦的眾多應(yīng)用就可以便捷地遷移到各類消費電子平臺上，讓未來人們生活中的電子設(shè)備變得更加智能。

篇7

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

嵌入式計算系統(tǒng)在一般情況下不運用在通用計算機(jī)，我們通常所說的固件就是在運行中固化的軟件，用戶最終是很難或者根本不可能改變固件，操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件集成到計算機(jī)的硬件系統(tǒng)中，形成系統(tǒng)的應(yīng)用軟件和系統(tǒng)硬件集成。嵌入式系統(tǒng)軟件具有代碼少，高度自動化，響應(yīng)快等特點，特別是適合于實時和多任務(wù)處理的情況下。相比與通用計算機(jī)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的低功耗，高可靠性，功能強(qiáng)大，性能價格比高，實時，多任務(wù)處理，占用空間小，效率高，應(yīng)用程序特定，可靈活定制就非常占據(jù)優(yōu)勢。

1 嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

就目前而言，中國嵌入式系統(tǒng)市場進(jìn)入快速增長期。在過去幾年和未來幾年，為幾乎所有的電子設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的活力，由速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)趨勢和微處理器以廉價的形式出現(xiàn)使嵌入式系統(tǒng)在我們?nèi)粘５纳钪行纬梢粋€更大的應(yīng)用領(lǐng)域。中國嵌入式系統(tǒng)的主要客戶集中在消費電子，通信，醫(yī)療，安防等行業(yè)。中國目前的嵌入式系統(tǒng)市場，幾大熱點應(yīng)用領(lǐng)域包括：汽車和電力系統(tǒng)的電源管理，高清晰度數(shù)字電視和數(shù)字機(jī)頂盒，智能手機(jī)與智能工業(yè)設(shè)備，終端和聯(lián)網(wǎng)能力。嵌入式工業(yè)設(shè)備將融入更多的智能功能，如通信和網(wǎng)絡(luò)，并在汽車電子市場，醫(yī)療電子市場，機(jī)械和電子產(chǎn)品市場，視頻電子市場和數(shù)碼電子產(chǎn)品市場已越來越廣泛的應(yīng)用。

1.1 消費類電子產(chǎn)品

環(huán)球資源2004年聯(lián)合研究，這項報告顯示，在亞太地區(qū)的嵌入式系統(tǒng)最迫切的需求行業(yè)是消費電子行業(yè)。近年來FPGA技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用程序和嵌入式消費類電子產(chǎn)品。全球數(shù)字和高清晰度廣播和電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，游戲和多媒體娛樂系統(tǒng)，液晶和等離子顯示技術(shù)，家庭DVR和DVD-W技術(shù)，汽車駕駛室娛樂系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，信息，通信和安全系統(tǒng)及其他持續(xù)上升的需求和應(yīng)用，標(biāo)志著前者在消費類電子產(chǎn)品是普遍深入人們的生活。

1.2 汽車和動力系統(tǒng)，智能電源管理技術(shù)

隨著搭載CPU的汽車電子設(shè)備要求電源電壓變得更加多樣化，需要更低的電壓和更強(qiáng)大的功能，電源管理也變得越來越重要，電源管理的要求也在不斷變化。汽車電子設(shè)備變得更大，屏幕分辨率變高，但在同一時間，其規(guī)模要小得多。所有這些新的應(yīng)用程序?qū)⑿枰呒啥?，高性能，高效率的電源管理。車載電源延長便攜式設(shè)備的電池壽命，它也需要設(shè)法消除自動開關(guān)電源敏感電路的干擾。電力系統(tǒng)，變電站點多面廣，以及減員增效適應(yīng)現(xiàn)代管理要求的，有很大一部分的無人值守變電站，同時也為基于嵌入式Web服務(wù)器的配置管理技術(shù)的設(shè)備提供了良好的條件?？梢源蟠鬁p少勞動力，設(shè)備運行，設(shè)備管理，及時了解變電站運行信息，設(shè)備故障的處理也更迅速和有效。隨著國家電網(wǎng)的發(fā)展，基于嵌入式Web服務(wù)器設(shè)備的維護(hù)比基于傳統(tǒng)的撥號遠(yuǎn)程維護(hù)方法更有利。

1.3 工業(yè)控制嵌入式設(shè)備

全球各行業(yè)各領(lǐng)域迅速發(fā)展時，在中國工業(yè)控制領(lǐng)域，醫(yī)療電子市場，與國民生產(chǎn)總值，機(jī)械和電子產(chǎn)品市場，視頻和數(shù)碼電子產(chǎn)品市場的電子產(chǎn)品市場，航空航天，運輸相關(guān)的嵌入式應(yīng)用程序也快速增長起來。近年來，嵌入式網(wǎng)絡(luò)解決方案，已經(jīng)發(fā)生了重大的變化：首先是小設(shè)備，如手持式掃描儀；其次是具有更高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度和便攜無線功能要求；需求再度降低功耗；最后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)安全和加密。

2 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

（1）根據(jù)行業(yè)和領(lǐng)域不同的發(fā)展階段來看，嵌入式應(yīng)用軟件開發(fā)時需要對此進(jìn)行配套相同能力的開發(fā)工具和操作系統(tǒng)支持。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日趨成熟，隨著帶寬的增加，ICP和ASP提供的信息內(nèi)容在互聯(lián)網(wǎng)上越來越豐富，形式多樣的應(yīng)用項目。在為了滿足應(yīng)用程序升級功能，設(shè)計師不僅需要越發(fā)強(qiáng)大的嵌入式處理器，如32，64R工人SC芯片或信號處理器DSP增強(qiáng)處理能力；還需要采用實時多任務(wù)編程技術(shù)和交叉開發(fā)工具技術(shù)來控制嵌入式系統(tǒng)功能的復(fù)雜性，從而達(dá)到簡化設(shè)計應(yīng)用程序，以此來確保軟件的質(zhì)量和縮短軟件的開發(fā)周期。

（2）網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已經(jīng)成為一個必然的趨勢，以滿足嵌入式的分布式處理架構(gòu)和應(yīng)用程序的訪問，在二十一世紀(jì)的需要配備標(biāo)準(zhǔn)要求的嵌入式系統(tǒng)中，一個或多個網(wǎng)絡(luò)通信接口。外部網(wǎng)絡(luò)的要求，配備必要的通信接口，相應(yīng)的需要TCP/IP協(xié)議套件的軟件支持，還需要提供相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件和物理層驅(qū)動軟件的嵌入式設(shè)備。

（3）嵌入式產(chǎn)品設(shè)計師在設(shè)計時要考慮到嵌入式系統(tǒng)支持小型電子設(shè)備體積小，微功耗，成本低等性能，內(nèi)存容量的限制和復(fù)用接口芯片。因此，設(shè)計嵌入式產(chǎn)品需要經(jīng)驗豐富的軟件人才，也需要發(fā)展先進(jìn)的嵌入式軟件技術(shù)，如Java，Web和WAP等等。

篇8

隨著經(jīng)濟(jì)危機(jī)的到來，研華趁勢開始了戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型：從應(yīng)用導(dǎo)向平臺，到暇務(wù)導(dǎo)向平臺

即不僅停留在銷售板卡本身，更看重板卡背后的整套服務(wù)。不追求競爭價格，而期望為客戶帶來更多的價值。

近日，在研華嵌入式應(yīng)用設(shè)計論壇(ADF)北京站期間，研華嵌入式設(shè)計服務(wù)(Embedded Design-in Services)事業(yè)群副總經(jīng)理魏廷晃和嵌入式運算核心事業(yè)群副總經(jīng)理張家豪與我們分享了研華的創(chuàng)新理念和成功經(jīng)驗。

嵌入式Design-in服務(wù)

“研華在同業(yè)中的定位是成為市場的龍頭公司?！蔽和⒒握f，“我們并不很在意價格竟?fàn)幒捅容^的問題。對于采用我們服務(wù)的客戶，我們更在意滿意度如何。

隨著技術(shù)的發(fā)展和競爭的殘酷，客戶的需求越來越高，為了獲得客戶青睞，廠商必須傾聽并滿足客戶需求。對客戶而言，最大的誘惑就是幫助其提高商業(yè)效率，面對現(xiàn)在的市場發(fā)展形勢，研華認(rèn)為作為僅提供硬件板卡的供貨商角色已不能滿足客戶的需求。

多年豐富的嵌入式經(jīng)驗，幫助研華了解如何將know how(訣竅)轉(zhuǎn)化為提供完整的解決方案，也清晰地發(fā)現(xiàn)客戶在設(shè)計生產(chǎn)流程中的各類需求。為此，公司除了提供各式的硬件產(chǎn)品外，還整合了內(nèi)外資源推出EmbeddedDesign－in Servlces(嵌入式設(shè)計服務(wù))的概念，以全新的Emb'Core(嵌入式核心服務(wù))經(jīng)營模式，提供客戶從產(chǎn)品規(guī)劃、硬件設(shè)計、驗證、系統(tǒng)整合到量產(chǎn)各個階段中相應(yīng)的服務(wù)。

Emb'Core經(jīng)營模式

Emb'Core(嵌入式核心服務(wù))是研華嵌入式運算核心事業(yè)群提出的特有經(jīng)營模式，是以設(shè)計為目的的服務(wù)。這是―種可廣泛集成嵌入式板卡、模塊和軟件的流線型解決方案。所謂Design-in，不是簡單的產(chǎn)品設(shè)計(Design)，而是包括完全參與客戶的每個設(shè)計階段：計劃、板卡設(shè)計、設(shè)計驗證和系統(tǒng)集成一大量生產(chǎn)的全過程，在每個階段都能提供符合客戶需要的服務(wù)。

具體來說，除了準(zhǔn)時提供與Intel等芯片廠商同步上市的嵌入式板卡之外，研華也已提早開始開發(fā)下一代嵌入式板卡，同時專注于達(dá)到幾項智能嵌入式平臺的核心特征：更低的功耗、輕薄的造型、降低軟件復(fù)雜度以及即插即用等特點。

在軟件開發(fā)上，未來的設(shè)計趨勢包括EFI(Extenslhie Fi rmwa reInterface?？蓴U(kuò)展固件接口)的架構(gòu)、智能型管理、實時操作系統(tǒng)(RTOS)、系統(tǒng)安全、遠(yuǎn)程訪問、遠(yuǎn)程維護(hù)解決方案。研華已經(jīng)針對嵌入式BIOS(基本輸入輸出系統(tǒng))、OS和軟件API(應(yīng)用程序接口)提供上述相關(guān)的整合開發(fā)服務(wù)。其中Emb'Core提出三項EFI解決方案：嵌入式EFO BIOS、嵌入式EFI Pre-Boot應(yīng)用方案與嵌入式EFIRemote Manager解決方案，將可讓客戶針對垂直市場的需求安裝BIOS，并可提供多功能的嵌入式軟件功能與定制化服務(wù)。

不僅如此，在Emb'Core的智能型管理上要能做到跨平臺的數(shù)據(jù)安全、硬件監(jiān)控、智能風(fēng)扇等管理能力；在系統(tǒng)安全上能提供涵蓋BIOS、平臺和儲存裝置等三層安全機(jī)制，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和災(zāi)難診斷能力。此外，也將提供儲存模塊、遠(yuǎn)程維護(hù)解決方案、觸控等工業(yè)級嵌入式模塊方案。

iManager

同樣是提供板卡產(chǎn)品，但研華的服務(wù)模式已經(jīng)從被動變?yōu)橹鲃樱撼虽N售板卡，還提供廣泛的軟件和硬件服務(wù)。張家豪指出，定制化的整合軟件解決方案是提升產(chǎn)品價值和市場品牌的關(guān)鍵所在。為此，研華推出了智能管理軟件iManager。這是一種基于研華SUSl(安全＆統(tǒng)一智能接口)API軟件的高級服務(wù)。這樣即使在操作系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓時，板載芯片監(jiān)控硬件和軟件也能保留一些功能。

iManager包含5種主要模塊：省電、監(jiān)控、熱鍵、視頻亮度和安全。這些功能簡化并增強(qiáng)了軟硬件應(yīng)用集成。通過這個新型嵌入式芯片，系統(tǒng)集成商可以更加優(yōu)化設(shè)計，如簡化系統(tǒng)更新、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、提供智能板卡保護(hù)、增加安全性和方便設(shè)計配置。所有這些優(yōu)點提高了客戶的商業(yè)效率以及嵌入式產(chǎn)品的質(zhì)量。

“iManager具有一些獨特的創(chuàng)新?！睆埣液琅e例說，盡管很多同業(yè)廠商也可以做BIOS，但只對BIOS進(jìn)行修改，做一些定制化的服務(wù)，例如BIOS開機(jī)后換成客戶需要的屏顯內(nèi)容，加上客戶的商標(biāo)等。但是研華繼續(xù)研發(fā)到EFI BIOS層面，可以把BIOS做成3秒內(nèi)開機(jī)。

從追求價格翻追求價值

Design-in理念的服務(wù)、Emb'Core經(jīng)營模式的服務(wù)、iManager的軟件服務(wù)……，除了服務(wù)，還是服務(wù)。服務(wù)之外研華的優(yōu)勢又是什么?是什么支撐研華28年來從小到大、成為業(yè)界翹楚?

篇9

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599(2011)23-0000-01

Curriculum Study for Computer Undergraduate Embedded System

Li Biyun,Shi Junping,Li Zongshou

(College of Information Science&Engineering,Jishou University,Jishou 416000,China)

Abstract:For the lag teaching and training in higher education embedded system,this article analyzes the development characteristics of the embedded system,identify curriculum thinking and personnel training objectives of building embedded systems of major computer science in colleges,a new curriculum system with theory and practice of the embedded system is proposed based on the courses of major in computer.

Keywords:Embedded system;Talents training objective;Computer undergraduate;

Curriculum system

一、引言

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為核心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積和功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制應(yīng)用軟件組成，共同實現(xiàn)諸如實時控制、監(jiān)視、管理、移動計算、數(shù)據(jù)處理等各種自動化處理任務(wù)。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統(tǒng)對功能、成本、體積和功耗等要求[1]。

嵌入式系統(tǒng)已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設(shè)備、醫(yī)療儀器、智能儀器儀表等眾多領(lǐng)域，如手機(jī)、PDA、MP3、手持設(shè)備、智能電話、機(jī)頂盒等，可以說嵌入式技術(shù)無處不在。由于社會對掌握嵌入式技術(shù)人才的大量需求，使嵌入式軟硬件工程師成為未來幾年最為熱門的職業(yè)之一。

目前，隨著嵌入式技術(shù)越來越熱，國內(nèi)越來越多的高校陸續(xù)開設(shè)了相關(guān)課程，并建立了嵌入式實驗室。但是通過各種渠道反映出，很多高校嵌入式課程開設(shè)的情況不理想，很多學(xué)校建立了優(yōu)良的嵌入式實驗室，卻很難達(dá)到理想的授課效果。歸結(jié)其原因主要有兩點：一、沒有完善的課程體系；二、需要合適的師資力量。吉首大學(xué)作為一所辦在民族地區(qū)的省屬高校，其辦學(xué)宗旨之一就是為地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。吉首大學(xué)計算機(jī)系一直就是秉承此種宗旨來發(fā)展和培養(yǎng)應(yīng)用型人才的。從目前的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢來看，計算機(jī)專業(yè)本科教學(xué)不僅要面向計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)，更應(yīng)與嵌入式系統(tǒng)方向相結(jié)合，與人才培養(yǎng)模式和人才需求相結(jié)合進(jìn)行適時調(diào)整，從理論及實踐課程體系、師資能力到人才培養(yǎng)模式進(jìn)行整體規(guī)劃，以適應(yīng)當(dāng)前應(yīng)用廣泛的嵌入式系統(tǒng)人才需要。

二、計算機(jī)本科專業(yè)嵌入式方向的人才培養(yǎng)目標(biāo)

按照嵌入式技術(shù)及其密切相關(guān)的電子信息產(chǎn)業(yè)目前及未來的發(fā)展需求，培養(yǎng)與我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)要求相適應(yīng)的，在德、智、體、美等方面全面發(fā)展，掌握計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)基本理論、基本知識和基本技能，具有深厚嵌入式理論基礎(chǔ)、能從事嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)、集成電路設(shè)計與應(yīng)用、無線通信等實際工作，具有良好的政治素養(yǎng)、文化科學(xué)素養(yǎng)、較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力、實踐能力和創(chuàng)新意識和綜合解決實際問題能力的高級應(yīng)用型人才。嵌入式系統(tǒng)方向重點培養(yǎng)學(xué)生嵌入式系統(tǒng)軟件工程實踐能力，包括軟件工程及各種嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、調(diào)試和測試工具[2]，畢業(yè)后學(xué)生將具備嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)能力，有能力適應(yīng)巨大的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品市場需求，成為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品企業(yè)所急需的掌握嵌入式系統(tǒng)軟件技術(shù)的人才。

畢業(yè)生具有的知識、素質(zhì)、能力包括：1.具有良好的思想道德素養(yǎng)和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，熟悉計算機(jī)方面的有關(guān)法規(guī)，遵紀(jì)守法，善于合作，勇于創(chuàng)新。掌握較豐富的科學(xué)文化知識、較扎實的計算機(jī)學(xué)科基礎(chǔ)知識、系統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能，了解計算機(jī)專業(yè)的發(fā)展趨勢和新進(jìn)展。2.具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力和實踐能力，能夠熟練地運用多種方法獲取知識、理解知識、掌握知識，能夠綜合性地提出問題、分析問題和解決問題；具有較強(qiáng)的計算機(jī)綜合應(yīng)用能力和一定的科學(xué)研究能力。3.掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的理論和基本方法，具有嵌入式系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試及維護(hù)的基本能力。具體掌握一種嵌入式操作系統(tǒng)，具有在該操作系統(tǒng)環(huán)境下設(shè)計、編程及開發(fā)的能力。兼具軟件及硬件的協(xié)調(diào)開發(fā)能力。4.具有良好的語言表達(dá)和書面表達(dá)的能力，適應(yīng)現(xiàn)代社會的交往溝通方式，具有較強(qiáng)的集體合作和組織協(xié)調(diào)的意識與能力。5.熟練掌握一門外語,并能順利閱讀本專業(yè)的外文書刊，了解文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法。能夠較熟練地使用英語從事嵌入式方向的研究與開發(fā)。

三、計算機(jī)本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系建設(shè)思路

嵌入式系統(tǒng)作為一個完整的智能電子系統(tǒng)，需要掌握有關(guān)電子和計算機(jī)等相關(guān)領(lǐng)域的硬、軟件綜合知識。一般而言，自動化、測控和電子類的學(xué)生電子設(shè)計的基礎(chǔ)較好，程序設(shè)計偏弱；而計算機(jī)類的學(xué)生程序設(shè)計基礎(chǔ)好，電子設(shè)計能力偏弱。計算機(jī)本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系的建設(shè)和規(guī)劃，應(yīng)從以下幾方面結(jié)合進(jìn)行。

（一）計算機(jī)本科專業(yè)課程與嵌入式系統(tǒng)方向相結(jié)合

嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范圍可以粗略分為兩大類：電子系統(tǒng)的智能化(工業(yè)控制、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、家用電器、汽車電子、測控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集等)，計算機(jī)應(yīng)用的延伸(MP3、手機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)設(shè)備等)。從這些應(yīng)用可以看出，要完成一個以MCU為核心的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計，需要硬件、軟件及行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識。硬件主要有MCU的硬件最小系統(tǒng)、輸入／輸出電路、人機(jī)接口設(shè)計。軟件設(shè)計有固化軟件的設(shè)計，也可能含PC機(jī)軟件的設(shè)計，這些有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件設(shè)計和測試也是計算機(jī)系統(tǒng)的組成部分之一，嵌入式系統(tǒng)知識體系最主要的三大技術(shù)仍然是計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、計算機(jī)操作系統(tǒng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，嵌入式系統(tǒng)方向的課程設(shè)置應(yīng)與這些計算機(jī)本科專業(yè)課程相結(jié)合，在計算機(jī)相關(guān)軟硬件知識基礎(chǔ)進(jìn)一步拓展設(shè)計和應(yīng)用知識。

（二）與嵌入式系統(tǒng)自身特點相結(jié)合

嵌入式系統(tǒng)以計算機(jī)、電子技術(shù)為基礎(chǔ)，但嵌入式系統(tǒng)也有其自身的特點。按照層次結(jié)構(gòu)看待嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)分為4層：硬件層、驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層，不能片面地從“電子”或“計算機(jī)軟件”角度認(rèn)識嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)軟件硬件密切相關(guān)，軟硬件協(xié)同設(shè)計已經(jīng)成為電子系統(tǒng)級工具和方法的主要應(yīng)用，是軟件與硬件的綜合體，沒有對硬件的理解就不可能寫好嵌入式軟件，同沒有對軟件的理解也不可能設(shè)計好嵌入式硬件。軟硬件相結(jié)合進(jìn)行課程設(shè)置是嵌入式系統(tǒng)的特點要求之一[3]。嵌入式系統(tǒng)設(shè)計也是一門實踐性非常強(qiáng)的課程,作為以應(yīng)用為中心的課程，實踐教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的關(guān)鍵，要求理論與實踐并重，為將學(xué)生的操作能力、分析能力、工程設(shè)計能力與應(yīng)用實踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的理論與技術(shù)，嵌入式系統(tǒng)方向課程設(shè)置應(yīng)以培養(yǎng)實踐動手能力為核心。

（三）與市場、企業(yè)需求相結(jié)合

高校計算機(jī)專業(yè)嵌入式方向從需求的角度，總體培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)人才市場緊缺，企業(yè)需求量大，就業(yè)率高的軟硬結(jié)合的復(fù)合型嵌入式開發(fā)工程師。嵌入式系統(tǒng)人才的培養(yǎng)應(yīng)與社會需求相接軌，充分培養(yǎng)學(xué)生技能水平與職業(yè)素養(yǎng)，使學(xué)生能夠達(dá)到企業(yè)實際崗位的用人標(biāo)準(zhǔn)，滿足企業(yè)應(yīng)用需求，縮短企業(yè)二次崗前培訓(xùn)，成為具有完備的專業(yè)知識和技術(shù)能力的應(yīng)用型人才。

四、嵌入式方向課程體系基本內(nèi)容

要完成一個嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計，需要硬件、軟件及行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)知識與實踐訓(xùn)練，嵌入式方向人才培養(yǎng)的定位為應(yīng)用型技術(shù)人才，綜合計算機(jī)本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系建設(shè)的三個結(jié)合點，制定一套培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的課程體系[4]。

（一）理論課程體系

計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程包括電路與模擬電子技術(shù)、數(shù)字邏輯電路、匯編語言程序設(shè)計、計算機(jī)組成原理、計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、微機(jī)原理與接口技術(shù)等硬件課程；C語言程序設(shè)計、離散數(shù)學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計（Java和C++）、軟件工程等軟件課程；操作系統(tǒng)原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫原理等專業(yè)核心課程，這些課程也應(yīng)該為嵌入式方向的支撐課程群。操作系統(tǒng)考慮嵌入式方向課程設(shè)置，應(yīng)增加Linux操作系統(tǒng)的實訓(xùn)內(nèi)容。

在這些計算機(jī)專業(yè)課程基礎(chǔ)上，刪減原來與嵌入式方向聯(lián)系不大，相對獨立的若干專業(yè)課程，適當(dāng)增大嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)方向課程比例，構(gòu)成計算機(jī)專業(yè)嵌入式方向理論課程體系?；A(chǔ)課程中增加嵌入式系統(tǒng)概論，硬件層面上增加可編程邏輯器件及描述語言FPGA/VHDL、嵌入式處理器體系結(jié)構(gòu)。軟件層面上增設(shè)Linux下C語言編程、嵌入式Linux驅(qū)動開發(fā)、嵌入式實時操作系統(tǒng)、嵌入式應(yīng)用程序開發(fā)；嵌入式系統(tǒng)級別上考慮軟硬結(jié)合增設(shè)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計課程，考慮嵌入式發(fā)展方向，增設(shè)WinCE設(shè)計與開發(fā)、嵌入式軟件測試技術(shù)課程。

（二）實踐課程體系

嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用的，實踐是整個嵌入式系統(tǒng)課程體系中最重要的環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生實際的嵌入式軟硬件設(shè)計能力。在嵌入式課程實踐中，采用多層次專業(yè)實踐與培訓(xùn)認(rèn)證相結(jié)合的實踐體系。專業(yè)實踐包括課內(nèi)實驗、課程設(shè)計、綜合項目實踐、畢業(yè)實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計，課內(nèi)實驗學(xué)時占每門課總學(xué)時數(shù)比例不低于30%，課程設(shè)計包括軟硬件和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等課程，綜合項目實踐以項目團(tuán)隊的形式使學(xué)生得到團(tuán)隊協(xié)作的訓(xùn)練，畢業(yè)實習(xí)以校企合作、實習(xí)基地形式進(jìn)行。課內(nèi)實驗和課程設(shè)計可使學(xué)生課程理論知識得到鞏固提高，綜合項目實踐則培養(yǎng)學(xué)生階段性綜合性實踐能力，畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計可培養(yǎng)學(xué)生綜合分析設(shè)計的應(yīng)用能力。目前，在嵌入式專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的知名廠商及相關(guān)認(rèn)證也越來越為更多的大學(xué)畢業(yè)生及在職工程師所關(guān)注，在實踐教學(xué)中，引入國際和國內(nèi)嵌入式認(rèn)證的培訓(xùn)內(nèi)容和知識更新體系，增加實踐動手能力，積累項目開發(fā)經(jīng)驗，增加就業(yè)競爭力。

五、結(jié)束語

在IEEE計算機(jī)協(xié)會和ACM共同制定的2004版計算機(jī)類課程體系中，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)被列為核心課程之一。嵌入式系統(tǒng)課程群建設(shè)是一項長期、艱難的任務(wù)，新知識更新速度明顯快于傳統(tǒng)學(xué)科，計算機(jī)本科專業(yè)嵌入式系統(tǒng)方向課程體系的規(guī)劃與建設(shè)，需要明確人才培養(yǎng)目標(biāo)和建設(shè)思路，并在計算機(jī)專業(yè)課程基礎(chǔ)上進(jìn)行，既重視融合學(xué)科的基礎(chǔ)知識積累，又強(qiáng)調(diào)實踐性，使嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)緊隨嵌入式技術(shù)的發(fā)展。

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篇10

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)18-4491-02

Summary of Real-time Operating System

ZHANG Jun-lin1, WANG Shi-hao2

(1.The Department of the Information of Lu'an Vocational and Technical College, Lu'an 237158, China; 2.ASIC Research Center of Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

Abstract: Currently, computer technology, computer chip technology and software technology as the core digital technology has made rapid development of modern control technology, multimedia technology and popularity to promote consumer electronics, computer, communications integration, the trend accelerated, re-embedded technology become a research hotspot.

Key words: embedded systems; real-time operating system; RTOS

目前，以計算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和計算機(jī)軟件技術(shù)為核心的數(shù)字化技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，數(shù)字化產(chǎn)品不僅廣泛滲透到社會、經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深入到家電、娛樂、藝術(shù)、文化等各領(lǐng)域，掀起了一場數(shù)字化技術(shù)革命。現(xiàn)代控制技術(shù)、多媒體技術(shù)的應(yīng)用與普及，促使消費電子、計算機(jī)、通信一體化趨勢步伐加快，嵌入式技術(shù)再度成為研究熱點。

早期的嵌入式技術(shù)，以功能簡單的專用計算機(jī)和單片機(jī)為處理核心，通過對處理器直接編程完成系統(tǒng)特定工作，由于處理器結(jié)構(gòu)和目標(biāo)系統(tǒng)功能簡單，因此，以處理器基礎(chǔ)的嵌入式應(yīng)用的開發(fā)廣泛應(yīng)用與工業(yè)制造和控制行業(yè)。

計算機(jī)硬件的發(fā)展和高性能的處理器出現(xiàn)，使高性能和功能復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)成為可能，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)變得越來越復(fù)雜。為了管理復(fù)雜的處理器和設(shè)備，簡化開發(fā)過程，嵌入式實時操作系統(tǒng)RTOS（Real Time Operation System）開始出現(xiàn)并得到迅速的發(fā)展，嵌入式操作系統(tǒng)能運行于各種微處理器上，用于管理嵌入式系統(tǒng)的硬件資源，提供豐富的通用程序庫，簡化嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)過程，方便嵌入式產(chǎn)品的升級和移植。

隨著微電子技術(shù)發(fā)展，以芯片技術(shù)為核心的嵌入式系統(tǒng)開始出現(xiàn)，今天的集成電路規(guī)模能夠使復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)集成到單一的芯片上，從而形成片上系統(tǒng)（SoC: System on Chip），片上系統(tǒng)出現(xiàn)，使嵌入式產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越小，功能越來越強(qiáng)大。為簡化SoC的開發(fā)過程，提高產(chǎn)品的可靠性和性能，SoC產(chǎn)品廣泛采用基于嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)方法。

1 實時操作系統(tǒng)（RTOS）特點

同傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)相同，RTOS用于管理嵌入式系統(tǒng)的硬件資源，方便用戶式用于開發(fā)，典型的RTOS包括CPU管理與調(diào)度、存儲器管理、設(shè)備管理、文件管理和網(wǎng)絡(luò)訪問等。RTOS具有可剪裁性和可擴(kuò)展性，真正的RTOS內(nèi)核很小，一般只有十幾K甚至幾K字節(jié)，使用時嵌入在目標(biāo)代碼中。用戶根據(jù)RTOS移植對象（處理器）和應(yīng)用程序特點，適當(dāng)選擇RTOS其它的功能組件。目前廣泛使用手機(jī)和PDA等產(chǎn)品都是典型的基于RTOS嵌入式應(yīng)用?；赗TOS的嵌入式軟件開發(fā)具有以下特點：

1）RTOS引入簡化了嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜性。隨著嵌入式系統(tǒng)的功能越來越多樣化，性能要求愈來愈高，嵌入式產(chǎn)品開發(fā)變得更加復(fù)雜。RTOS提供系統(tǒng)各功能模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口，復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)通過RTOS接口可以分為各個獨立的開發(fā)模塊，各模塊只與RTOS交換信息，與其它模塊設(shè)計者無關(guān)，從而簡化了復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)。使開發(fā)過程更易管理。

2）基于RTOS開發(fā)的系統(tǒng)，具有很好的移植性。由于RTOS封裝硬件部分功能，而嵌入式軟件采用基于RTOS開發(fā)方式，這樣，嵌入式軟件的移植工作，只要重寫RTOS與處理器有關(guān)的代碼即可。一般情況下，RTOS與硬件相關(guān)的代碼占整個RTOS代碼量的5%～10%左右，商業(yè)化的RTOS一般都提供各種處理器支持，因此代碼移植很方便。

3）RTOS的功能重用，縮短開發(fā)周期，提高開發(fā)效率。RTOS封裝CPU調(diào)度、I/O訪問、定時器等系統(tǒng)資源，把對硬件資源標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口提供給開發(fā)者，這樣軟件開發(fā)者不必關(guān)心軟件-硬件接口部分是如何工作。直接使用標(biāo)準(zhǔn)調(diào)用接口，請求系統(tǒng)資源的分配和使用。這樣，嵌入式軟件的很大部分功能由RTOS完成，從而大幅度提高開發(fā)效率。

4）RTOS具有很高的靈活性，系統(tǒng)擴(kuò)展方便。最小RTOS內(nèi)核一般只提供一些基本功能，根據(jù)用戶應(yīng)用的需要，開發(fā)者可在RTOS內(nèi)核的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展RTOS功能，如增加文件管理功能，設(shè)備驅(qū)動功能，TCP/IP協(xié)議支持等。

5）RTOS具有可綜合特點。軟件提供商以軟IP核形式固化RTOS代碼，將SoC所需的RTOS內(nèi)核軟件，如通信協(xié)議軟件，F(xiàn)AX功能軟件等，以標(biāo)準(zhǔn)API方式和IP核形式，供EDA工具調(diào)用，并固化到FLASH或ROM。目前一些嵌入式軟件供應(yīng)商紛紛把成熟的RTOS內(nèi)核和功能擴(kuò)展件，以軟件IP核構(gòu)件形式出售，如Microtec的VRTXoc for ARM就是典型例子。

目前，我國的大多數(shù)嵌入式軟件還沒有采用基于RTOS下的開發(fā)方式，而是采用基于處理器直接編寫代碼的傳統(tǒng)方式，這種對系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件不加區(qū)分的開發(fā)方式存在很多弊端。隨著嵌入時技術(shù)的發(fā)展，特別是系統(tǒng)芯片SoC（System on a Chip）技術(shù)的出現(xiàn)，嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)變得越來越龐大、復(fù)雜。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足日益發(fā)展的嵌入式產(chǎn)品設(shè)計的需要，目前，嵌入系統(tǒng)設(shè)計正趨向于采用軟/硬件協(xié)調(diào)設(shè)計（codesign）的方法，作為嵌入式協(xié)調(diào)設(shè)計重要組成部分的軟件開發(fā)，正在朝著基于RTOS上的應(yīng)用軟件開發(fā)方向發(fā)展。

2 基于RTOS的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)

基于RTOS嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向，國內(nèi)外很多廠商提供基于RTOS的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和工具。主要包括：

1）交叉編譯器，主要是C/C++編譯器。目前市場上存在專用和通用的C/C＋＋編譯器，通用的C/C++編譯器主要是美國自由軟件基金會（GNU）提供GCC編譯器，它支持目前市場上主流處理器類型，而且可以免費獲得，因此被廣泛采用。

2）RTOS本身，RTOS是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)和平臺，包括實時內(nèi)核和擴(kuò)展功能庫，為嵌入式應(yīng)用提供API調(diào)用和功能擴(kuò)展接口。

3）RTOS開發(fā)調(diào)試工具，提供基于RTOS應(yīng)用的調(diào)試，幫助開發(fā)人員更好的完成系統(tǒng)功能。特別多任務(wù)實時應(yīng)用系統(tǒng)，調(diào)試工具不可缺少。

4）硬件仿真和模擬器，提供實時在線開發(fā)和調(diào)試，一般由處理器制造商提供，一些公司還提供類似仿真器和邏輯分析儀的硬件調(diào)試工具。

嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，RTOS直接運行于嵌入式芯片之上，用于管理嵌入式芯片硬件資源，提供系統(tǒng)調(diào)用接口。嵌入式軟件建立于RTOS之上，通過調(diào)用RTOS調(diào)用接口訪問嵌入式芯片資源，這種層次化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化系統(tǒng)開發(fā)過程，方便系統(tǒng)維護(hù)和后期管理，而且，通過修改少量的RTOS代碼，可以用不同類型的芯片實現(xiàn)系統(tǒng)功能，方便系統(tǒng)的移植和硬件的升級。

對于特定芯片的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，首先選擇合適的實時操作系統(tǒng)RTOS，通過RTOS的功能庫函數(shù)和調(diào)用接口，開發(fā)特定功能的應(yīng)用軟件代碼。并交叉編譯生成面向特定處理器的目標(biāo)代碼，目標(biāo)代碼下載并固化到處理器的存儲器，從而形成滿足特定功能的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。目前廣泛應(yīng)用的掌上電腦和手機(jī)都是典型的嵌入式應(yīng)用。

3 RTOS發(fā)展前景

從1981年Ready System發(fā)展了世界上第1個商業(yè)嵌入式實時內(nèi)核（VRTX32），到今天已經(jīng)有近20年的歷史。20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品還只支持一些16位的微處理器，如68k,8086等。這時候的RTOS還只有內(nèi)核，以銷售二進(jìn)制代碼為主。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，現(xiàn)代操作系統(tǒng)的設(shè)計思想，如微內(nèi)核設(shè)計技術(shù)和模塊化設(shè)計思想，開始滲入RTOS領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，互聯(lián)網(wǎng)之風(fēng)在北美日漸風(fēng)行。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商、終端產(chǎn)品制造商都要求RTOS有網(wǎng)絡(luò)和圖形界面的功能。為了方便使用大量現(xiàn)存的軟件代碼，他們希望RTOS廠家都支持標(biāo)準(zhǔn)的API，如POSIX， Win32等，并希望RTOS的開發(fā)環(huán)境與他們已經(jīng)熟悉的UNIX，Windows一致。這個時期代表性的產(chǎn)品有Vxwork，QNX, Lynx和WinCE等。

目前，RTOS 已經(jīng)在全球形成了一個新產(chǎn)業(yè)，據(jù)美國EMF(電子市場分析)報告，1999年全球RTOS市場產(chǎn)值達(dá)3.6億美圓，而相關(guān)的整個嵌入式開發(fā)工具（包括仿真器、邏輯分析儀、軟件編譯器和調(diào)試器）則高達(dá)9億美圓。市場上的RTOS產(chǎn)品也趨于成熟，比較流行的實時操作系統(tǒng)：VxWorks、PSOS、QNX、WinCE、Hopen OS等。VxWorks是由美國WindRiver System Inc.公司推出的，其產(chǎn)品在高可靠、高性能領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。成功用于1997年發(fā)射的火星探測器“探路者”而聲名大噪；PSOS、VxWorks 都提供豐富的、適應(yīng)各種通信協(xié)議的驅(qū)動程序，特別是用于通信產(chǎn)品的開發(fā)。

在我國，嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)起步較晚，目前市場上還不存在具有競爭力產(chǎn)品。由北京凱思軟件集團(tuán)開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)Hopen OS，是我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的計算機(jī)操作系統(tǒng)，雖然由于“女媧計劃”而備受矚目，但目前仍然沒有的到廣泛的推廣和應(yīng)用。

國外技術(shù)壟斷嚴(yán)重限制我國信息技術(shù)的發(fā)展，在嵌入式產(chǎn)品開發(fā)方面，昂貴的RTOS使用版稅和服務(wù)費用，使我國的嵌入式產(chǎn)品成本大大增加，限制產(chǎn)品市場和國際競爭力。而且，資金的短缺和研究經(jīng)費的不足一直中小科研機(jī)構(gòu)和廠商面臨的難題。

自由軟件誕生和源代碼開放為我國的嵌入式技術(shù)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，自由軟件最大的特點就是源代碼開放，目前廣泛流行的Linux操作系統(tǒng)就是其中一例，Linux提供操作系統(tǒng)所具備全部功能，有很高靈活性，用戶可以根據(jù)要求進(jìn)行剪裁和重組。RT-Linux（Real C Time Linux）就是利用自由軟件Linux進(jìn)行開發(fā)的嵌入式操作系統(tǒng)，由美國新墨西哥州FSM實驗室開發(fā)。類似公開源代碼的嵌入式操作系統(tǒng)還有Cygnus的u/Cos等。

4 小結(jié)

在嵌入式產(chǎn)品功能高度復(fù)雜的今天，嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)方式發(fā)生了巨大的變化，基于RTOS的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)方式逐漸成為嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)的主流，RTOS成為嵌入式產(chǎn)品功能核心和靈魂。為了擺脫對國外RTOS產(chǎn)品的依賴，我們應(yīng)該開發(fā)具有自主版權(quán)的實時操作系統(tǒng)。但是，實時操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，即使在軟件技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，要從頭設(shè)計一個完整的實時操作系統(tǒng)絕非一朝一夕能夠完成，我們應(yīng)該充分利用信息化的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，利用現(xiàn)有的公開源碼RTOS，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能調(diào)整和擴(kuò)展，最終形成自主版權(quán)的RTOS產(chǎn)品。

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