基于Linux的嵌入式系统课程建设

摘 要：针对嵌入式系统课程特点及教学中的难点，总结学校软件工程专业嵌入式系统课程建设经验和成果。首先选取嵌入式Linux为嵌入式操作系统，然后以其为主线对课程内容进行建设，以实现嵌入式系统课程相关教学内容的无缝衔接，取得了较好的教学效果。

关键词：嵌入式系统；Linux；卓越工程；教学改革

DOIDOI：10.11907/rjdk.151891

中图分类号：G436

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2015）009017602

0 引言

作为应用型本科院校，应以“卓越工程师教育培养计划”为指导思想，结合本校特色和人才培养定位制定本校学生培养标准。在课程建设过程中，不能完全照搬研究型院校的课程模式，也要有别于高职高专类院校的教学方法，从中探索出适合自己的教学改革模式[ 13 ]。在“卓越计划”思想指导下，对本校软件工程专业教学计划和教学大纲进行修改和完善。其中，嵌入式系统课程是软件工程专业的专业必修课，涉及计算机、电子、通讯等诸多技术[ 47 ]，课程内容覆盖面广、难度大，并且要求学生在硬件方面有一定知识储备，而这正是软件工程专业学生的薄弱之处，所以嵌入式系统课程建设具有重要意义。

1 嵌入式系统课程建设

本校软件工程专业的培养目标是“面向社会需求，培养理论基础扎实，掌握计算机科学基础理论、软件工程思想及应用知识，具备软件开发能力及软件开发实践和项目组织初步经验，具有创新创业意识，以及竞争和团队精神的高级应用型软件工程技术人才”。根据这一培养目标，制定嵌入式系统课程的目的和任务如下：①熟悉嵌入式系统体系结构、开发原理及其应用；②掌握嵌入式系统软硬件平台、开发方法、工具和具体的开发语言，培养学生分析与解决问题的能力；③提高学生综合知识运用和实际开发嵌入式系统的技能，为将来进一步学习、研究与工作奠定基础。

相应地，对嵌入式系统课程的教学大纲进行重新设计，对课程内容进行建设，并在近年的实际教学实施过程中不断修改和完善，取得了较好的教学效果。

1.1 嵌入式Linux简介

嵌入式Linux以Linux为基础嵌入式操作系统，应用领域十分广泛，包括手机、PDA、消费性电子产品，甚至军事及航空航天等。与其它嵌入式系统相比，嵌入式Linux具有以下优势：①源代码开放。学习者可对底层代码进行学习与研究，并且所有Linux爱好者都可为学习者提供技术支持；②其系统最小内核仅为134KB，更新速度快、效率高；③操作系统免费，可减少嵌入式系统产品成本；④Linux内核提供非常完整的网络支持，可实现对TCP/IP通信协议最完备的支持；⑤Linux有很多成熟的开发工具，并为众多开发者熟悉；⑥嵌入式Linux技术开发有较好的就业前景。所以，选择嵌入式Linux作为嵌入式操作系统，并以其为基础进行课程内容设置，学生不仅能学习嵌入式理论知识，而且能掌握Linux下的程序开发，从而适应就业市场需求。

1.2 前修课程设置

嵌入式系统课程内容覆盖面广、难度大，对学生起点要求较高。学生除学习软件编程与操作系统知识外，还需具备一定的计算机硬件知识。因此，对于前修课程作如下调整：

（1）加强C语言学习。在新生入学第一学期安排C语言程序设计课程，课时设为80学时，比一般语言课程多出32学时，以培养学生的代码编程能力、综合运用所学知识进行程序设计以及分析解决问题的能力，为后续专业课程，尤其是Linux下的C语言学习打下坚实基础。

（2）完成Windows C向Linux C 转变。在大一暑假的实训课中，邀请校外知名企业员工为学生讲授Linux C语言及其在实际项目中的应用，提高学生对程序开发的兴趣，并让学生分组实现一个小项目，以完成Windows C向Linux C的转变。

（3）学习Linux操作系统。在操作系统课程中，要求教师以Linux操作系统为例，讲解相关理论知识，并在Linux C下，完成操作系统实验内容。

（4）学习相关硬件课程。软件工程专业培养方向倾向于软件产品的设计与开发，由于总课时限制，在开设嵌入式系统课程前，在硬件方面只能开设数字电路和计算机组成原理两门课程。因此，可将一些硬件课程开设为选修课，如单片机、微机原理与接口技术，让有精力的学生选修。

1.3 课程内容设置与教学方法

嵌入式系统课程内容主要分为3大块：①嵌入式 Linux 基础知识，主要包括嵌入式Linux开发环境搭建、Linux常用命令与配置、kernel原理、交叉编译等；②嵌入式 Linux 应用开发，主要是Qt 编程，包括 Qt下的界面设计、文件操作、多线程、数据库编程与网络编程等；③嵌入式 Linux 驱动开发，主要包括嵌入式Linux 系统下的驱动开发与内核分析。

在实际课程讲授过程中，主要采用以下教学方法：①案例驱动法。在讲授某一理论知识点前，先介绍一个知识点的具体应用案例，从而由浅入深地引出问题，激发学生兴趣。如果教材上没有相应案例，则需教师自己收集或由卓越工程合作企业提供；②理论讲授与实验开发相结合。在一个主要的知识点讲解完后，安排相应实验内容，让学生自己完成系统设计或开发，并有专门的实验教师进行指导；③讲解多个连贯的知识点时，以一个综合系统为案例，分步剖析，循序渐进，最终使学生具有系统级的分析、设计与开发能力；④激发学生创新能力。组织、指导学生参加嵌入式方面的竞赛，并为参赛学生提供场地、设备和资金支持。

1.4 实验内容设置

学校投入专项资金进行嵌入式实验室建设，购买了30台高配置CortexA8嵌入式试验箱，具有Linux与Android两个嵌入式系统，可以提供30人班型每人一台的实验环境。实验学时为32课时，占课程总学时的一半，使学生有足够时间自行设计开发系统，提高学生动手能力。

实验内容结合ARM CortexTMA8教学实验平台进行设计，与课堂教学内容结合紧密。主要针对嵌入式操作系统Linux的应用，且附有范例程序。实验基本内容包括：①Linux基础实验（Linux开发平台建立、典型设备使用、进程及进程间通信操作、多线程同步等）；②GUI实验（Linux下的Qt GUI基础应用）；③网络实验（Linux下的网络协议栈应用开发）；④多媒体实验（Linux下的多媒体应用）；⑤无线通信实验（Linux下的无线通信技术）；⑥模块实验（Linux下的扩展模块应用）；⑦高级试验（Bootloader、内核、根文件系统实验）；⑧驱动开发实验（典型字符设备、块设备和网络设备等驱动程序开发）；⑨综合实验（GUI应用、文件系统及网络等组件实验）。

除用于实验教学的实验室外，还组建了一个专门的嵌入式工作室。工作室采用开放式管理，学生只要有时间，即可到工作室学习或从事项目研究。学生成员主要由对嵌入式技术感兴趣或参加嵌入式竞赛，以及从事嵌入式项目开发的学生组成；指导老师由任课教师、竞赛指导教师或有嵌入式相关项目的教师组成。工作室项目来源于竞赛题目、教师实际项目或由合作的IT企业提供，从而使学生有更多时间和机会参与实际的嵌入式项目开发，充分培养学生的创新能力。

1.5 后继课程设置

为进一步提高学生对嵌入式系统的开发兴趣，在嵌入式系统课程结束后，开设移动平台应用开发课程，讲授Android和iOS下的ObjectC开发，并将软件工程专业分为Android与iOS两个班，供学生自由选择。将移动平台应用开发课程加入到嵌入式教学体系中，可作为学生实践技能的有益补充。

校企合作也为嵌入式系统课程建设提供了充足动力。授课教师一般需在合作企业培训半年或一年；暑假期间，邀请企业优秀工程师到学校讲解相关领域的最新发展与应用；学生在大四期间可到合作企业进行实习；对于嵌入式应用开发学习优秀的学生，可能直接被企业录用为正式员工。截至目前，本校软件工程专业已与多家IT企业建立了良好的校企合作关系，包括中软国际、东软集团、大连华信、大连文思等。

2 结语

嵌入式Linux技术具有良好的市场应用前景，尤其是对研发具有自主知识产权的嵌入式产品可起到决定性作用。如何使该技术有机融入到卓越工程师计划课程体系中，使培养的学生满足社会需求，是一个值得探索的问题。本文以卓越工程师培养计划为指导，以Linux为载体，对本校软件工程专业的嵌入式系统课程进行建设，取得了较好效果。希望本文可对其它高校的嵌入式系统课程建设起到一定参考作用。

参考文献参考文献：

[ 1 ] 李延斌，高有华，田方，等. 面向培养卓越工程师的机械设计基础课程改革[ J ].实验技术与管理，2012，29（4）：231233.

[ 2 ] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[ J ].清华大学教育研究，2011，32（2）：4755.

[ 3 ] 楼建明，鲍淑娣，傅越千，等.基于“卓越计划”工程实践教学的改革与实践[ J ].实验室研究与探索，2015，34（2）：177181.

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[ 5 ] 姚莉.“嵌入式”课程教学改革研究[ J ].湖北理工学院学报，2014，30（6）：6870.

[ 6 ] 钱振江，常晋义.龙芯平台在 Linux 嵌入式系统教学改革中的应用[ J ].计算机教育，2012（22）：1821.

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责任编辑（责任编辑：黄 健）

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