嵌入式系统及应用教学大纲

《嵌入式系统及应用》课程教学大纲

英文名称：Embedded System and its Application 课程编号：67106321 学时数：40

其中实验学时数：12 课外学时数：0 学分数：2.5

适用专业：信息学院所有专业

一、课程的性质、目的和任务

《嵌入式系统及应用》是自动化、测控技术与仪器、电气工程及其自动化等专业“专业教育平台”中的一门“专业选修课”，嵌入式系统技术已被广泛地应用于工业控制系统、信息家电、通信设备、医疗仪器、智能仪器仪表等众多领域。本课程借助于ARM 的微处理器和实时操作系统µC/OS-Ⅱ，介绍了嵌入式系统的设计方法，为学生毕业后从事信息控制类行业工作打下良好的基础，为培养“工程实施型人才”提供必要的支撑。

通过该课程的学习后，学生应当了解嵌入式系统的现状和发展趋势，了解ARM 的体系结构，掌握基于ARM 微处理器的嵌入式系统的硬件设计方法，掌握基于μC/OS-Ⅱ实时操作系统的嵌入式软件设计方法。

二、课程教学内容的基本要求、重点和难点

第1章 绪论 1.1 嵌入式系统简介

理解嵌入式系统的基本概念，了解嵌入式系统的组成、分类和特点。

1.2嵌入式系统的应用领域

了解嵌入式系统的常见应用领域。

1.3 嵌入式系统的现状和发展趋势

了解嵌入式系统的现状和未来发展趋势。

基本要求：理解嵌入式系统的概念，了解嵌入式系统的现状和发展趋势，了解嵌入式系统的应用领域。 第2章 嵌入式系统的基本知识 2.1. 嵌入式系统硬件知识

了解嵌入式微处理器的分类、理解嵌入式微处理器的架构，理解嵌入式系统的存储系统组织。

2.2. 嵌入式系统软件知识

了解软件在嵌入式开发中的重要作用，了解常见嵌入式实时操作系统及其在嵌入式软件开发中的作用。

2.3. 嵌入式系统中的选型原则和设计工具

掌握嵌入式系统中的选型原则，了解嵌入系统开发过程中涉及到的软、硬件工具及其作用。

基本要求：了解和掌握嵌入式系统的硬件基本知识和软件基本知识，掌握嵌入式系统中的选型原则。

第3章 ARM 微处理器体系结构与指令集 3.1 ARM嵌入式微处理器概述

了解ARM 微处理的特点，了解ARM 公司的商业模式，了解ARM 不同架构版本与产品系列。

3.2 ARM微处理器体系结构

理解ARM 微处理器的硬件架构，掌握ARM 的寄存器组织方式，理解ARM 微处理器的

不同工作模式，理解和熟练掌握ARM 微处理器的各种异常模式、进入条件及切换条件。 3.3 ARM处理器的指令系统

理解和掌握ARM 微处理器的指令系统。

3.4 ARM汇编程序设计

掌握简单ARM 汇编语言的设计方法及开发过程。了解ARM 微处理器的初始化程序设计方法。

基本要求：了解ARM 微处理器的特点、ARM 不同架构版本与产品系列。理解ARM 微处理器的硬件架构，理解和熟练掌握ARM 微处理器的各种异常模式、进入条件及切换条件。掌握简单ARM 汇编语言的设计方法及开发过程。

重点： ARM微处理器的硬件架构及寄存器组织，ARM 微处理器的各种异常模式、进入条件及切换条件，简单ARM 汇编语言的设计方法及开发过程。

难点：ARM 微处理器的各种异常模式、进入条件及切换条件、ARM 微处理器的初始化程序的设计原理。

第4章 嵌入式实时操作系统 4.1 嵌入式实时操作系统简介

了解常见的嵌入式实时操作系统及其特点、了解μC/OS-II实时操作系统的优缺点及授权模式。理解操作系统在嵌入式系统开发中所占有的重要地位。

4.2 μC/OS-II实时操作系统

了解μC/OS-II的内核多任务、任务调度、中断与时间管理、初始化的实现方法。理解实时操作系统中可重入的概念、上下文切换的概念、任务调度的基本原理以及死锁、优先级反转的原因和解决方法。 4.3 μC/OS-II的任务通信和同步

深刻理解任务通信和同步中信号量、邮箱、事件、消息队列等概念，熟练掌握任务创建、任务间通信与同步的相关函数。掌握基于μC/OS-II操作系统开发软件中程序块的划分方法，初步了解任务的划分方法，并能应用相关函数实现任务间通信与同步。 4.4 μC/OS-II在S3C2410微处理器上的移植分析

了解μC/OS-II在S3C2410微处理器上的移植过程。

基本要求：了解μC/OS-II的内核实现方法。理解实时操作系统中可重入的概念、上下文切换的概念、任务调度的基本原理以及死锁、优先级反转的原因和解决方法。深刻理解信号量、邮箱、事件、消息队列等任务间通信与同步的概念，熟练掌握任务的创建方法及任务间通信的机制。初步掌握多任务软件系统的设计原则。

重点：实时操作系统中可重入的概念、上下文切换的概念、任务调度的基本原理以及死锁、优先级反转的原因和解决方法。信号量、邮箱、事件、消息队列等任务间通信与同步的概念。

难点：理解实时操作系统中可重入的概念、上下文切换的概念、任务调度的基本原理以及死锁、优先级反转的原因和解决方法。多任务软件系统中任务的划分方法，任务间同步的机制。

第5章 嵌入式系统硬件平台与接口设计 5.1基于S3C2410A 微处理器的硬件平台

了解S3C2410A 微处理器及其集成的外设，了解基于S3C2410A 的实验平台。 5.2存储器系统设计

熟练掌握基于S3C2410A 的嵌入式系统中扩展SDRAM 、NOR FLASH、NAND FLASH的方法，理解不同存储器的地址空间配置原理，理解系统启动、初始化及正常运行的过程中程序跳转及地址映射原理。 5.3串行接口设计

掌握基于S3C2410A 扩展RS-232/422/485串行口的方法。 5.4 I/O接口设计

掌握通用I/O口 相关寄存器及其接口设计方法，掌握片内A/D转换器的相关寄存器及接口设计方法。 5.5人机交互接口

掌握LCD 相关寄存器及其接口设计方法，掌握键盘接口设计方法、掌握触摸屏接口设计方法。

5.6 嵌入式系统的网络接口设计

理解以太网接口的基本知识，掌握基于RTL8019AS 以太网芯片的网络接口设计方法。

5.7嵌入式系统的调试接口ARM JTAG的设计

理解JTAG 口的工作原理，掌握JTAG 口的接口设计方法。

基本要求：掌握基于S3C2410扩展和设计存储器系统、串行口、I/O口、A/D、以太网

接口、人机界面、JTAG 接口的硬件设计方法。理解不同外设地址空间的分配原理。 重点：存储器系统的扩展原理、人机界面的扩展原理、外设的地址分配原理。 难点：以太网的接口设计原理、外设的地址分配原理。 第6章 基于μC/OS-II的软件体系结构设计 6.1 外设及驱动程序

掌握μC/OS-II下键盘驱动、LCD 驱动、GPIO 驱动、A/D驱动程序的设计方法。 6.2 网络通信程序设计

掌握客户机/主机模式的，UDP 网络通信程序设计方法。 6.3 图形用户接口

了解嵌入式系统开发中常用的图形库。掌握基于一种图形库开发嵌入式图形软件的方法。 6.4 综合设计实例

给出一个综合性较强的实例，基于μC/OS-II完成一个独立、完整的设计。

基本要求：掌握μC/OS-II下驱动程序的设计方法，掌握网络通信程序的设计方法、掌握图形用户界面的设计方法，掌握基于μC/OS-II操作系统的多任务软件设计方法。 重点：掌握μC/OS-II下驱动程序的设计方法。掌握基于μC/OS-II操作系统的多任务软件设计方法。

难点：网络通信程序的设计方法、图形用户界面的设计方法。

三、教学方式及学时分配

四、课程教学环节的要求

本课程有较强的实践性，以下实验共占12学时，要求学生通过小组协作的形式完成以

下基本实验。对于学有余力的学生，可以在开放实验室选做综合性、设计性实验。

五、本课程与其它课程的联系

本课程的先修课是《单片机原理及应用》、《微机原理》。

六、考核方式

本课程是考查课，考勤和作业占10%，实验占30%，结课考试占60%。

七、教学参考书目

1、《嵌入式系统设计与实例开发--基于ARM 微处理器与μCOS-II 实时操作系统》，王田苗，清华大学出版社2008年1月第3版

2、《嵌入式实时操作系统-UC/OS-II第2版》，Jean J. Labrosse 著，邵贝贝译，北京航空航天大学出版社，2003年第2版

课程负责人：李琦

执笔：李琦

审核：梁丽