嵌入式实训室建设方案

嵌入式实训室概述

随着物联网和人工智能的快速发展,嵌入式技术迎来了发展机遇的同时,也给高校的嵌入式系统课程带来了挑战。嵌入式系统具有体积小、功能强、可靠性高等特点,已经广泛应用于各个领域,深入人们生活方方面面,对应培养多样化、高端化人才的需求。因此,越来越多高校开设了嵌入式系统技术与应用课程。以新兴应用型本科院校为例,信息工程学院计算机科学与技术专业设置了嵌入式技术的理论课程、实验课程、课程设计和系统集成项目实训,目的是培养同时具备嵌入式系统软硬件综合开发与应用能力的高素质嵌入式应用系统开发人才。

嵌入式系统实训室是进行嵌入式系统课程教学的重要场所,它为学生提供一个专业的嵌入式系统学习实训环境。实训室一般设置有嵌入式系统开发平台、各种传感器模块、嵌入式处理器开发板、仪器设备等硬件设施。同时还配备了完善的软件平台,如嵌入式操作系统、开发工具链、仿真平台等。

在实训室内,学生可以接触各种主流的嵌入式处理器和微控制器,如ARM、MIPS、AVR、DSP等,学习嵌入式系统硬件电路设计、嵌入式操作系统移植、驱动程序开发、系统仿真、应用程序设计等内容。通过完成一系列的嵌入式系统课程设计实训,学生可以较系统地掌握嵌入式系统开发方法,培养解决实际嵌入式系统开发问题的能力。

实训室还要注重培养学生的动手能力和团队合作精神。学生需要通过团队形式开展项目实训,在指导教师的指导下,从需求分析、系统设计到项目实现全过程中练习嵌入式系统开发。这不仅巩固了学生的专业知识,也提高了实际能力,对今后从事嵌入式系统开发工作非常有帮助。

**部分 嵌入式实训室概念及背景

1.1什么是嵌入式

嵌入式系统（embedded system），是一种嵌入机械或电气系统内部、具有专一功能和实时计算性能的计算机系统。嵌入式系统常被用于高效控制许多常见设备，被嵌入的系统通常是包含数位硬件和机械部件的完整设备，例如汽车的防锁死煞车系统。相反，通用计算机如个人电脑则设计灵活，可以智能处理各式各样的运算情况，以满足广大终端用户不同的需要。

现代嵌入式系统通常是基于微控制器（如含集成内存和/或外设接口的*处理单元）的，但在较复杂的系统中普通微处理器（使用外部存储芯片和外设接口电路）也很常见。通用型处理器、专门进行某类计算的处理器、为手持应用订制设计的处理器等，都可能应用到嵌入式系统。常见的**处理器有数字信号处理器。

嵌入式系统的关键特性是处理特定的任务，因此工程师能对其进行优化，以降低产品的体积和成本，提升可靠性和性能。

嵌入式系统的物理形态包括便携设备如计步器、电子手表和MP3播放器，大型固定装置如交通灯、工厂控制器，大型复杂系统如混合动力汽车、磁共振成像设备、航空电子设备等。它们的复杂度低至单片机，高至大型底盘或外壳内安装有多个部件、外设和网络。

嵌入式系统的主要特征包括:

代码体积小,可以在嵌入式系统的有限存储空间内运行;

提供统一的应用程序接口,简化应用程序的开发;

实现模块间的解耦合,不同模块可以灵活组合和拆卸;

具备优异的实时性,可以应用于各类实时控制场景;

系统可靠稳定,能够无人值守独立运行,及时处理各种事件与故障。

1.2 嵌入式知识结构

嵌入式系统分为四层结构，分别为：硬件层、驱动层、操作系统层和应用层。

硬件层：

包括处理器、存储器、微控制器、I/O、DAC ADC、电源、总线、定时器 计数器等等。此外根据不同的应用场景，嵌入式硬件会集成不同的传感器，例如摄像头、雷达、GPS等等。

基于ARM平台的设计开发（Cortex-A8/Cortex-A9/Cortex-A53/Cortex-M系列等）

基于TI DSP平台的设计开发（2000/5000/6000系列、DM6446/DM6447 达芬奇系列）

基于FPGA 平台的设计开发（Altere/Xilinx 系列）

驱动层：

基于Linux操作系统的Bootloader、平台支持代码、各类设备驱动

基于 Windows CE/Mobil/phone 平台的驱动定制、开发

Cortex-M系列的uC/OS、FreeRTOS

VxWorks BSP 开发

操作系统层：

Linux 内核开发（内存管理、文件系统、进程管理、进程通信、电源管理、实时性改进等）

Android框架层开发

应用层：

Android应用开发

QT/E的应用与开发

VxWorks 应用开发

IOS应用开发

Windows CE应用开发

1.3嵌入式技术与应用专业人才培养

本专业培养面向软件和信息技术服务业的嵌入式系统设计工程技术人员、软件和信息技术服务人员等职业群，能够从事智能终端、物联网等嵌入式系统应用开发、测试、集成、技术支持与维护等工作的高素质技术技能人才。

掌握以下知识：

(1)掌握*的思想政治理论、科学文化基础知识和*优秀传统文化知识。

(2)熟悉与本专业相关的法律法规以及环境保护、安全消防、文明生产等知识。

(3 )掌握数模电路基础及常用传感器基本原理。

(4)掌握计算机程序设计基础。

(5)熟悉单片机、ARM系统结构基本原理。

(6)熟悉嵌入式操作系统基本原理。

(7 )掌握物联网技术原理。

(8)掌握Android应用程序开发基本原理。

(9)掌握嵌入式系统应用开发基本原理。

具备以下能力：

(1 )具有探究学习、终身学习、分析问题和解决问题的能力。

(2)具有良好的语言、文字表达能力和沟通能力。

(3)具有良好的文档策划、编写及图像处理能力。

(4)具有计算机语言程序编程能力。

(5)具有单片机系统设计与开发能力。

(6 )具有Android应用程序开发能力。

(7 )具有嵌入式应用软件测试及撰写测试报告能力。

(8)具有移动智能终端产品开发及测试能力。

(9)具有嵌入式系统应用开发能力。

(10)具有嵌入式系统集成、技术支持及维护能力。

(11)具有综合应用专业知识进行创新创业的能力。

1.4嵌入式实训室配备专业核心课程主要教学内容

（1）单片机项目开发

单片机系统开发流程概述；Keil C51集成开发环境搭建和运行；C51程序设计；单片机中断系统应用；定时器/计数器应用；串口通信应用；数码显示与键盘接口 ； A/D与D/A应用；常用外设芯片接口应用等

（2）ARM系统结构与应用

ARM微处理器结构简介；ARM指令系统与应用；ARM开发平台搭建；ARM 的GPIO端口编程；ARM存储器应用；ARM接口技术；Bootloadeo移植；嵌入 式Linux内核移植及嵌入式Linux文件系统移植等。

（3）智能硬件技术与应用

智能硬件产品概述；传感器应用技术；硬件控制技术；网络接入技术和智能 系统等部分。传感器应用包含生物传感、物理传感及化学传感等内容，网络接入包含红外、蓝牙、NFC、ZigBee、Wi-Fi和二维码等内容，智能系统则主 要是云计算应用。

（4）嵌入式Android项目设计与开发

Android开发环境搭建；Android控件Widgets应用；Android图形界面设计； Android数据存储；Android应用数据交互；Android多线程程序设计；Android 多媒体程序设计；Android异步程序设计及Android嵌入式实例项目应用等。

（5）移动智能终端应用开发

物联网技术概论；无线传感网络技术；自动识别技术；条形码技术；定位技术；Android应用层技术开发及系统项目集成案例等。

（6）嵌入式系统应用开发

嵌入式串口通信程序设计；驱动应用程序设计；多任务多线程程序设计；基于QT或Android界面交互程序设计；嵌入式接口程序设计；基于BOA服务器远程程序控制及综合控制程序设计。

1.5嵌入式实训室基本要求

(1)嵌入式硬件技能实训室

嵌入式硬件技能实训室应配备服务器、投影设备、白板、计算机、Wi-Fi环境、电路实 训箱、单片机和ARM实训板，提供云计算环境接入等；用于数模电路基础、单片机项目开发、ARM系统结构与应用、ARM接口高级技术及编程等课程的教学与实训。

(2)嵌入式软件开发实训室

嵌入式软件开发实训室应配备服务器、投影设备、白板、计算机、Wi-Fi环境，提供云 计算环境接入，嵌入式操作系统虚拟环境、计算机编程相关软件、V交互设计软件及软件 测试工具等；用于计算机编程语言、嵌入式软件测试、C+ +高级编程等课程的教学与实训。

(3)嵌入式综合技能实训室

嵌入式综合技能实训室应配备服务器、投影设备、白板、计算机、Wi-Fi环境，提供云计算环境接入、Android开发相关软件及工具、物联网实训平台及智能硬件实训系统；用于智能硬件技术与应用、嵌入式Android项目设计与开发、移动智能终端应用开发、嵌入式系统应用开发、嵌入式项目综合实践等课程的教学与实训。

(4)校外实训基地基本要求

校外实训基地基本要求为：具有稳定的校外实训基地；能够开展嵌入式技术与应用专业相关实训活动，实训设施齐备，实训岗位、实训指导教师确定，实训管理及实施规章制度齐全。