您现在的位置是：课程
计算机专业课
2023-11-29 22:28课程 人已围观
本课程为浙江大学陈文智教授主讲
嵌入式系统是指为完成某一特定功能或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。嵌入式系统是包括嵌入式硬件、嵌入式操作系统、支撑软件及各种应用软件的系统。目前的嵌入式技术已经是一门涉及计算机体系结构、计算机软件以及其他相关电子技术的综合技术。
嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志，嵌入式系统已成为全球电子市场的一个关键支撑，嵌入式系统产品的应用已超过整个计算机应用的40%。尖端高科技行业需要我们的创新，我们的产业需要精英人才继续引领创新，这对于以培养新型科技人才为已任的高等理工科院校尤为重要。二十一世纪的教育理念是素质教育和创新教育，在嵌入式教育方面同样需要发展与创新。
理论课教学大纲
第一周：嵌入式系统概述。主要讲述嵌入式系统的定义及特点、嵌入式体系结构、嵌入式系统的硬件特点、嵌入式系统软件的特点。2学时。
第二周：实验平台的熟悉。主要内容包括JTAG使用、BootLoader烧写、使用Minicom通信、建立开发环境，熟悉交叉编译环境和开发工具等。这个实验的主要目的是通过使用XSBase255系统来了解整个系统的工作原理和硬件开发环境。学生通过使用JTAG烧写BootLoader和Minicom操作开发平台来熟悉整个的硬件工作环境。2学时。
第三周：嵌入式微处理器体系结构。主要介绍现在比较流行的几款处理器的体系结构，包括处理器的指令集、流水线、内存管理等。2学时。
第四周：嵌入式系统硬件设计。主要介绍以嵌入式处理器为核心的嵌入式硬件平台的设计，主要包括：处理器、存储器、IO接口等硬件的互连技术。2学时。
第五周：嵌入式系统软件结构设计。主要介绍嵌入式软件开发流程、嵌入式软件开发环境建立、嵌入式软件远程调试、测试和优化。2学时。
第六周：嵌入式Linux操作系统基础篇。以Linux为例讲述核心技术，主要讲述嵌入式操作系统的特性，内容包括：嵌入式系统的内存管理、文件系统、电源管理等内容，这部分将主要结合Linux举例讲述。2学时。
第七周：嵌入式Linux操作系统提高篇。主要内容是：在Linux下创建和使用一个新的系统调用，创建JFFS2文件系统、Ramfs文件系统以及NFS文件系统的实现和制作。这个实验的目的是让学生深入了解Linux的工作原理和组成。2学时。
第八周：嵌入式Linux操作系统深入篇。主要内容是：理解驱动程序的特点以及Linux下驱动程序的实现原理，掌握流式驱动接口的工作原理；掌握中断处理的架构、方法、过程以及DMA的方法和ISR、IST等概念设计虚拟内存管理程序；了解虚拟内存分配、释放等操作。进行Linux2.6内核全面移植。2学时。
第九周：嵌入式WinCE操作系统基础篇。以Wince为例讲述核心技术，主要讲述WinCE的特点和WinCE的架构。内容包括WinCE下的开发工具与技术、EVC的使用方法、交叉编译下载调试、Windows Mobile的开发方法、WinCE模拟器的原理等内容。2学时。
第十周：WinCE操作系统提高篇。主要目的是让学生熟悉WinCE的开发系统环境，让学生掌握Platform Builder的作用及使用方法，包括创建新平台，平台定制，SDK导出，平台配置。通过编写小型应用程序和烧写WinCE系统的方法来促进学生的学习。2学时。
第十一周：WinCE操作系统深入篇。内容包括：介绍WinCE操作系统内核的定制，动态链接库的创建和应用，文件系统的原理和工作过程。主要目的是让学生通过操作系统的定制了解特定平台操作系统的开发和定制过程，熟练掌握嵌入式系统定制流程，包括内核裁减、下载、调试、发布，理解WinCE的构建系统，并以此类推了解大型软件项目的构建过程以及WinCE系统的启动过程。通过API实现NK核心载入和卸载EXE和DLL进程。2学时。
第十二周：嵌入式GUI。通过介绍Qt/Embedded、MicroWindows、OpenGUI、MiniGUI、X Windows、Tiny-X等典型嵌入式图形窗口系统的特点、设计原理，引导学生掌握嵌入式GUI的设计方法、移植方法以及基于典型嵌入式图形窗口系统的应用程序开发。2学时。
第十三周：硬件描述语言。通过介绍主流的硬件描述语言VHDL/VERILOG，以及硬件开发集成环境Quartus II、MAXPLUSS、Xilinx ISE等工具，使学生能进行简单的硬件开发。2学时。
第十四周：基于FPGA的嵌入式设计基础。以FPGA为核心实现嵌入式应用系统，主要内容包括：FPGA的实现技术、FPGA的嵌入式硬件构架、FPGA的嵌入式实现技术等。2学时。
第十五周：综合创新实验及经验交流。本实验主要结合前面学习及实验的过程，设计与实现综合性的嵌入式实验。鼓励与科研项目想结合。2学时。
第十六周：综合创新实验及经验交流。本实验主要结合前面学习及实验的过程，设计与实现综合性的嵌入式实验。鼓励与科研项目想结合。2学时。
在实际授课过程中，课程内容和学时根据需要会做些许调整。主要是为了增加小组讨论、课堂经验交流、客座教授或企业代表讲座等教学环节。
2、实验课教学大纲
实验课为32课时，主要安排如下：
实验一：实验平台的熟悉。这个实验的主要目的是通过使用XSBase255系统来了解整个系统的工作原理和硬件开发环境。主要内容包括JTAG使用、BootLoader烧写、使用Minicom通信、建立开发环境，熟悉交叉编译环境和开发工具等。学生通过使用JTAG烧写BootLoader和Minicom操作开发平台来熟悉整个的硬件工作环境。2学时。
实验二：嵌入式系统硬件组建。这个实验要求学生根据提供的现有处理器、I/O器件、存储器件、通讯器件等硬件，按照拟定的嵌入式产品方案，提出自己的技术路线、组建产品原型。目的是使学生多了解嵌入式硬件产品的整体原理和其中关键部件的特性。2学时。
试验三：U-BOOT的分析和移植。要求学生以U-BOOT为原型，移植嵌入式Boot Loader。目的是使学生能掌握嵌入式系统软件开发的第一步，了解嵌入式产品的启动步骤、原理。2学时。
实验四：Linux基本实验。要求学生能熟悉操作系统内核配置、内核重构，了解Linux运行环境，了解Linux原理。2学时。
实验五：Linux提高实验。要求学生在Linux下创建和使用一个新的系统调用，创建JFFS2文件系统、Ramfs文件系统以及NFS文件系统的实现和制作。这个实验的目的是让学生深入了解Linux的工作原理和组成。2学时。
实验六：Linux深入实验。以典型设备为例，进行设备驱动程序的开发；以典型设备为例，进行中断程序的开发；对Linux实时性、安全性等方面进行改进优化。目的是使学生非常深入了解嵌入式操作系统的工作细节，并能进行有创新性的实验。4学时。
实验七：Wince基本实验。熟悉Wince模拟器，熟悉WinCE下的开发工具与技术。目的是使学生了解WinCE的特点和WinCE的架构、模拟器的原理等。2学时。
实验八：Wince提高实验。要求掌握Platform Builder的作用及使用方法，包括创建新平台，平台定制，SDK导出，平台配置。通过编写小型应用程序和烧写WinCE系统的方法来促进学生的学习。2学时。
实验九：Wince深入实验。包括：创建一个动态链接库，通过API实现NK核心载入和卸载EXE和DLL进程；WinCE操作系统内核的定制。本实验的目的让学生掌握动态链接库的创建和应用，熟练掌握嵌入式系统定制流程，包括内核裁减、下载、调试、发布，理解WinCE的构建系统，并以此类推了解大型软件项目的构建过程以及WinCE系统的启动过程。4学时。
实验十：GUI应用程序编写。要求首先用Glade编写一个简单的GUI应用程序，然后在Tiny-X下进行KeyPad/LED控制实验。目的是使学生更深了解嵌入式GUI的架构以及在嵌入式环境下编写应用程序的技巧和方法。2学时。
实验十一：GUI移植实验。要求学生进行QT/E的移植。目的是使得学生能掌握嵌入式GUI的设计方法，为以后开发自有GUI奠定基础。2学时。
实验十二：基于FPGA的嵌入式系统设计。要求学生以FPGA为核心实现嵌入式应用系统，主要内容包括：FPGA的实现技术、FPGA的嵌入式硬件构架、FPGA的嵌入式实现技术等。2学时。
实验十三：综合创新实验。要求学生根据学到的知识和技术，根据实际嵌入式应用的需求，自行设计创新实验。鼓励结合具体的科研项目、竞赛项目展开实验。4学时
配套教材
经过多年来的嵌入式教学活动，课程小组还出版了相关的教材专著作为教学和科研的参考材料，如图所示，包括：
《嵌入式intel架构微机实验教程》，北航出版社
《嵌入式系统开发原理与实践》 ，清华大学出版社，
《深入BREW手机游戏开发》，清华大学出版社
《ARM与Linux嵌入式系统教程》，北航出版社
《嵌入式系统――采用公开源代码和StrongARM/Xscale处理器》，浙大出版社
《Linux与嵌入式系统》，清华大学出版社
《边干边学－Linux内核指导》，浙江大学出版社
《4.4BSD操作系统设计与实现》,中国电力出版社
《Linux 内核2.4版源代码分析大全》，机械工业出版社
《LINUX内核源代码情景分析》 （上下册），浙大出版社
《Linux操作系统及实验教程》，机械工业出版社
嵌入式系统是指为完成某一特定功能或是使用某一特定嵌入式应用软件的计算机或计算装置。嵌入式系统是包括嵌入式硬件、嵌入式操作系统、支撑软件及各种应用软件的系统。目前的嵌入式技术已经是一门涉及计算机体系结构、计算机软件以及其他相关电子技术的综合技术。
嵌入式技术的发展，是当今新型技术时代的一个重大标志，嵌入式系统已成为全球电子市场的一个关键支撑，嵌入式系统产品的应用已超过整个计算机应用的40%。尖端高科技行业需要我们的创新，我们的产业需要精英人才继续引领创新，这对于以培养新型科技人才为已任的高等理工科院校尤为重要。二十一世纪的教育理念是素质教育和创新教育，在嵌入式教育方面同样需要发展与创新。
理论课教学大纲
第一周：嵌入式系统概述。主要讲述嵌入式系统的定义及特点、嵌入式体系结构、嵌入式系统的硬件特点、嵌入式系统软件的特点。2学时。
第二周：实验平台的熟悉。主要内容包括JTAG使用、BootLoader烧写、使用Minicom通信、建立开发环境，熟悉交叉编译环境和开发工具等。这个实验的主要目的是通过使用XSBase255系统来了解整个系统的工作原理和硬件开发环境。学生通过使用JTAG烧写BootLoader和Minicom操作开发平台来熟悉整个的硬件工作环境。2学时。
第三周：嵌入式微处理器体系结构。主要介绍现在比较流行的几款处理器的体系结构，包括处理器的指令集、流水线、内存管理等。2学时。
第四周：嵌入式系统硬件设计。主要介绍以嵌入式处理器为核心的嵌入式硬件平台的设计，主要包括：处理器、存储器、IO接口等硬件的互连技术。2学时。
第五周：嵌入式系统软件结构设计。主要介绍嵌入式软件开发流程、嵌入式软件开发环境建立、嵌入式软件远程调试、测试和优化。2学时。
第六周：嵌入式Linux操作系统基础篇。以Linux为例讲述核心技术，主要讲述嵌入式操作系统的特性，内容包括：嵌入式系统的内存管理、文件系统、电源管理等内容，这部分将主要结合Linux举例讲述。2学时。
第七周：嵌入式Linux操作系统提高篇。主要内容是：在Linux下创建和使用一个新的系统调用，创建JFFS2文件系统、Ramfs文件系统以及NFS文件系统的实现和制作。这个实验的目的是让学生深入了解Linux的工作原理和组成。2学时。
第八周：嵌入式Linux操作系统深入篇。主要内容是：理解驱动程序的特点以及Linux下驱动程序的实现原理，掌握流式驱动接口的工作原理；掌握中断处理的架构、方法、过程以及DMA的方法和ISR、IST等概念设计虚拟内存管理程序；了解虚拟内存分配、释放等操作。进行Linux2.6内核全面移植。2学时。
第九周：嵌入式WinCE操作系统基础篇。以Wince为例讲述核心技术，主要讲述WinCE的特点和WinCE的架构。内容包括WinCE下的开发工具与技术、EVC的使用方法、交叉编译下载调试、Windows Mobile的开发方法、WinCE模拟器的原理等内容。2学时。
第十周：WinCE操作系统提高篇。主要目的是让学生熟悉WinCE的开发系统环境，让学生掌握Platform Builder的作用及使用方法，包括创建新平台，平台定制，SDK导出，平台配置。通过编写小型应用程序和烧写WinCE系统的方法来促进学生的学习。2学时。
第十一周：WinCE操作系统深入篇。内容包括：介绍WinCE操作系统内核的定制，动态链接库的创建和应用，文件系统的原理和工作过程。主要目的是让学生通过操作系统的定制了解特定平台操作系统的开发和定制过程，熟练掌握嵌入式系统定制流程，包括内核裁减、下载、调试、发布，理解WinCE的构建系统，并以此类推了解大型软件项目的构建过程以及WinCE系统的启动过程。通过API实现NK核心载入和卸载EXE和DLL进程。2学时。
第十二周：嵌入式GUI。通过介绍Qt/Embedded、MicroWindows、OpenGUI、MiniGUI、X Windows、Tiny-X等典型嵌入式图形窗口系统的特点、设计原理，引导学生掌握嵌入式GUI的设计方法、移植方法以及基于典型嵌入式图形窗口系统的应用程序开发。2学时。
第十三周：硬件描述语言。通过介绍主流的硬件描述语言VHDL/VERILOG，以及硬件开发集成环境Quartus II、MAXPLUSS、Xilinx ISE等工具，使学生能进行简单的硬件开发。2学时。
第十四周：基于FPGA的嵌入式设计基础。以FPGA为核心实现嵌入式应用系统，主要内容包括：FPGA的实现技术、FPGA的嵌入式硬件构架、FPGA的嵌入式实现技术等。2学时。
第十五周：综合创新实验及经验交流。本实验主要结合前面学习及实验的过程，设计与实现综合性的嵌入式实验。鼓励与科研项目想结合。2学时。
第十六周：综合创新实验及经验交流。本实验主要结合前面学习及实验的过程，设计与实现综合性的嵌入式实验。鼓励与科研项目想结合。2学时。
在实际授课过程中，课程内容和学时根据需要会做些许调整。主要是为了增加小组讨论、课堂经验交流、客座教授或企业代表讲座等教学环节。
2、实验课教学大纲
实验课为32课时，主要安排如下：
实验一：实验平台的熟悉。这个实验的主要目的是通过使用XSBase255系统来了解整个系统的工作原理和硬件开发环境。主要内容包括JTAG使用、BootLoader烧写、使用Minicom通信、建立开发环境，熟悉交叉编译环境和开发工具等。学生通过使用JTAG烧写BootLoader和Minicom操作开发平台来熟悉整个的硬件工作环境。2学时。
实验二：嵌入式系统硬件组建。这个实验要求学生根据提供的现有处理器、I/O器件、存储器件、通讯器件等硬件，按照拟定的嵌入式产品方案，提出自己的技术路线、组建产品原型。目的是使学生多了解嵌入式硬件产品的整体原理和其中关键部件的特性。2学时。
试验三：U-BOOT的分析和移植。要求学生以U-BOOT为原型，移植嵌入式Boot Loader。目的是使学生能掌握嵌入式系统软件开发的第一步，了解嵌入式产品的启动步骤、原理。2学时。
实验四：Linux基本实验。要求学生能熟悉操作系统内核配置、内核重构，了解Linux运行环境，了解Linux原理。2学时。
实验五：Linux提高实验。要求学生在Linux下创建和使用一个新的系统调用，创建JFFS2文件系统、Ramfs文件系统以及NFS文件系统的实现和制作。这个实验的目的是让学生深入了解Linux的工作原理和组成。2学时。
实验六：Linux深入实验。以典型设备为例，进行设备驱动程序的开发；以典型设备为例，进行中断程序的开发；对Linux实时性、安全性等方面进行改进优化。目的是使学生非常深入了解嵌入式操作系统的工作细节，并能进行有创新性的实验。4学时。
实验七：Wince基本实验。熟悉Wince模拟器，熟悉WinCE下的开发工具与技术。目的是使学生了解WinCE的特点和WinCE的架构、模拟器的原理等。2学时。
实验八：Wince提高实验。要求掌握Platform Builder的作用及使用方法，包括创建新平台，平台定制，SDK导出，平台配置。通过编写小型应用程序和烧写WinCE系统的方法来促进学生的学习。2学时。
实验九：Wince深入实验。包括：创建一个动态链接库，通过API实现NK核心载入和卸载EXE和DLL进程；WinCE操作系统内核的定制。本实验的目的让学生掌握动态链接库的创建和应用，熟练掌握嵌入式系统定制流程，包括内核裁减、下载、调试、发布，理解WinCE的构建系统，并以此类推了解大型软件项目的构建过程以及WinCE系统的启动过程。4学时。
实验十：GUI应用程序编写。要求首先用Glade编写一个简单的GUI应用程序，然后在Tiny-X下进行KeyPad/LED控制实验。目的是使学生更深了解嵌入式GUI的架构以及在嵌入式环境下编写应用程序的技巧和方法。2学时。
实验十一：GUI移植实验。要求学生进行QT/E的移植。目的是使得学生能掌握嵌入式GUI的设计方法，为以后开发自有GUI奠定基础。2学时。
实验十二：基于FPGA的嵌入式系统设计。要求学生以FPGA为核心实现嵌入式应用系统，主要内容包括：FPGA的实现技术、FPGA的嵌入式硬件构架、FPGA的嵌入式实现技术等。2学时。
实验十三：综合创新实验。要求学生根据学到的知识和技术，根据实际嵌入式应用的需求，自行设计创新实验。鼓励结合具体的科研项目、竞赛项目展开实验。4学时
配套教材
经过多年来的嵌入式教学活动，课程小组还出版了相关的教材专著作为教学和科研的参考材料，如图所示，包括：
《嵌入式intel架构微机实验教程》，北航出版社
《嵌入式系统开发原理与实践》 ，清华大学出版社，
《深入BREW手机游戏开发》，清华大学出版社
《ARM与Linux嵌入式系统教程》，北航出版社
《嵌入式系统――采用公开源代码和StrongARM/Xscale处理器》，浙大出版社
《Linux与嵌入式系统》，清华大学出版社
《边干边学－Linux内核指导》，浙江大学出版社
《4.4BSD操作系统设计与实现》,中国电力出版社
《Linux 内核2.4版源代码分析大全》，机械工业出版社
《LINUX内核源代码情景分析》 （上下册），浙大出版社
《Linux操作系统及实验教程》，机械工业出版社
