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    浙江大學嵌入式系統25講視頻
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    課程介紹

    嵌入式系統是指為完成某一特定功能或是使用某一特定嵌入式應用軟件的計算機或計算裝置。嵌入式系統是包括嵌入式硬件、嵌入式操作系統、支撐軟件及各種應用軟件的系統。目前的嵌入式技術已經是一門涉及計算機體系結構、計算機軟件以及其他相關電子技術的綜合技術。

    嵌入式技術的發展,是當今新型技術時代的一個重大標志,嵌入式系統已成為全球電子市場的一個關鍵支撐,嵌入式系統產品的應用已超過整個計算機應用的40%。尖端高科技行業需要我們的創新,我們的產業需要精英人才繼續引領創新,這對于以培養新型科技人才為已任的高等理工科院校尤為重要。二十一世紀的教育理念是素質教育和創新教育,在嵌入式教育方面同樣需要發展與創新。

     

    理論課教學大綱

    第一周:嵌入式系統概述。主要講述嵌入式系統的定義及特點、嵌入式體系結構、嵌入式系統的硬件特點、嵌入式系統軟件的特點。2學時。

    第二周:實驗平臺的熟悉。主要內容包括JTAG使用、BootLoader燒寫、使用Minicom通信、建立開發環境,熟悉交叉編譯環境和開發工具等。這個實驗的主要目的是通過使用XSBase255系統來了解整個系統的工作原理和硬件開發環境。學生通過使用JTAG燒寫BootLoader和Minicom操作開發平臺來熟悉整個的硬件工作環境。2學時。

    第三周:嵌入式微處理器體系結構。主要介紹現在比較流行的幾款處理器的體系結構,包括處理器的指令集、流水線、內存管理等。2學時。

    第四周:嵌入式系統硬件設計。主要介紹以嵌入式處理器為核心的嵌入式硬件平臺的設計,主要包括:處理器、存儲器、IO接口等硬件的互連技術。2學時。

    第五周:嵌入式系統軟件結構設計。主要介紹嵌入式軟件開發流程、嵌入式軟件開發環境建立、嵌入式軟件遠程調試、測試和優化。2學時。

    第六周:嵌入式Linux操作系統基礎篇。以Linux為例講述核心技術,主要講述嵌入式操作系統的特性,內容包括:嵌入式系統的內存管理、文件系統、電源管理等內容,這部分將主要結合Linux舉例講述。2學時。

    第七周:嵌入式Linux操作系統提高篇。主要內容是:在Linux下創建和使用一個新的系統調用,創建JFFS2文件系統、Ramfs文件系統以及NFS文件系統的實現和制作。這個實驗的目的是讓學生深入了解Linux的工作原理和組成。2學時。

    第八周:嵌入式Linux操作系統深入篇。主要內容是:理解驅動程序的特點以及Linux下驅動程序的實現原理,掌握流式驅動接口的工作原理;掌握中斷處理的架構、方法、過程以及DMA的方法和ISR、IST等概念設計虛擬內存管理程序;了解虛擬內存分配、釋放等操作。進行Linux2.6內核全面移植。2學時。

    第九周:嵌入式WinCE操作系統基礎篇。以Wince為例講述核心技術,主要講述WinCE的特點和WinCE的架構。內容包括WinCE下的開發工具與技術、EVC的使用方法、交叉編譯下載調試、Windows Mobile的開發方法、WinCE模擬器的原理等內容。2學時。

    第十周:WinCE操作系統提高篇。主要目的是讓學生熟悉WinCE的開發系統環境,讓學生掌握Platform Builder的作用及使用方法,包括創建新平臺,平臺定制,SDK導出,平臺配置。通過編寫小型應用程序和燒寫WinCE系統的方法來促進學生的學習。2學時。

    第十一周:WinCE操作系統深入篇。內容包括:介紹WinCE操作系統內核的定制,動態鏈接庫的創建和應用,文件系統的原理和工作過程。主要目的是讓學生通過操作系統的定制了解特定平臺操作系統的開發和定制過程,熟練掌握嵌入式系統定制流程,包括內核裁減、下載、調試、發布,理解WinCE的構建系統,并以此類推了解大型軟件項目的構建過程以及WinCE系統的啟動過程。通過API實現NK核心載入和卸載EXE和DLL進程。2學時。

    第十二周:嵌入式GUI。通過介紹Qt/Embedded、MicroWindows、OpenGUI、MiniGUI、X Windows、Tiny-X等典型嵌入式圖形窗口系統的特點、設計原理,引導學生掌握嵌入式GUI的設計方法、移植方法以及基于典型嵌入式圖形窗口系統的應用程序開發。2學時。

    第十三周:硬件描述語言。通過介紹主流的硬件描述語言VHDL/VERILOG,以及硬件開發集成環境Quartus II、MAXPLUSS、Xilinx ISE等工具,使學生能進行簡單的硬件開發。2學時。

    第十四周:基于FPGA的嵌入式設計基礎。以FPGA為核心實現嵌入式應用系統,主要內容包括:FPGA的實現技術、FPGA的嵌入式硬件構架、FPGA的嵌入式實現技術等。2學時。

    第十五周:綜合創新實驗及經驗交流。本實驗主要結合前面學習及實驗的過程,設計與實現綜合性的嵌入式實驗。鼓勵與科研項目想結合。2學時。

    第十六周:綜合創新實驗及經驗交流。本實驗主要結合前面學習及實驗的過程,設計與實現綜合性的嵌入式實驗。鼓勵與科研項目想結合。2學時。

    在實際授課過程中,課程內容和學時根據需要會做些許調整。主要是為了增加小組討論、課堂經驗交流、客座教授或企業代表講座等教學環節。

    2、實驗課教學大綱

    實驗課為32課時,主要安排如下:

    實驗一:實驗平臺的熟悉。這個實驗的主要目的是通過使用XSBase255系統來了解整個系統的工作原理和硬件開發環境。主要內容包括JTAG使用、BootLoader燒寫、使用Minicom通信、建立開發環境,熟悉交叉編譯環境和開發工具等。學生通過使用JTAG燒寫BootLoader和Minicom操作開發平臺來熟悉整個的硬件工作環境。2學時。

    實驗二:嵌入式系統硬件組建。這個實驗要求學生根據提供的現有處理器、I/O器件、存儲器件、通訊器件等硬件,按照擬定的嵌入式產品方案,提出自己的技術路線、組建產品原型。目的是使學生多了解嵌入式硬件產品的整體原理和其中關鍵部件的特性。2學時。

    試驗三:U-BOOT的分析和移植。要求學生以U-BOOT為原型,移植嵌入式Boot Loader。目的是使學生能掌握嵌入式系統軟件開發的第一步,了解嵌入式產品的啟動步驟、原理。2學時。

    實驗四:Linux基本實驗。要求學生能熟悉操作系統內核配置、內核重構,了解Linux運行環境,了解Linux原理。2學時。

    實驗五:Linux提高實驗。要求學生在Linux下創建和使用一個新的系統調用,創建JFFS2文件系統、Ramfs文件系統以及NFS文件系統的實現和制作。這個實驗的目的是讓學生深入了解Linux的工作原理和組成。2學時。

    實驗六:Linux深入實驗。以典型設備為例,進行設備驅動程序的開發;以典型設備為例,進行中斷程序的開發;對Linux實時性、安全性等方面進行改進優化。目的是使學生非常深入了解嵌入式操作系統的工作細節,并能進行有創新性的實驗。4學時。

    實驗七:Wince基本實驗。熟悉Wince模擬器,熟悉WinCE下的開發工具與技術。目的是使學生了解WinCE的特點和WinCE的架構、模擬器的原理等。2學時。

    實驗八:Wince提高實驗。要求掌握Platform Builder的作用及使用方法,包括創建新平臺,平臺定制,SDK導出,平臺配置。通過編寫小型應用程序和燒寫WinCE系統的方法來促進學生的學習。2學時。

    實驗九:Wince深入實驗。包括:創建一個動態鏈接庫,通過API實現NK核心載入和卸載EXE和DLL進程;WinCE操作系統內核的定制。本實驗的目的讓學生掌握動態鏈接庫的創建和應用,熟練掌握嵌入式系統定制流程,包括內核裁減、下載、調試、發布,理解WinCE的構建系統,并以此類推了解大型軟件項目的構建過程以及WinCE系統的啟動過程。4學時。

    實驗十:GUI應用程序編寫。要求首先用Glade編寫一個簡單的GUI應用程序,然后在Tiny-X下進行KeyPad/LED控制實驗。目的是使學生更深了解嵌入式GUI的架構以及在嵌入式環境下編寫應用程序的技巧和方法。2學時。

    實驗十一:GUI移植實驗。要求學生進行QT/E的移植。目的是使得學生能掌握嵌入式GUI的設計方法,為以后開發自有GUI奠定基礎。2學時。

    實驗十二:基于FPGA的嵌入式系統設計。要求學生以FPGA為核心實現嵌入式應用系統,主要內容包括:FPGA的實現技術、FPGA的嵌入式硬件構架、FPGA的嵌入式實現技術等。2學時。

    實驗十三:綜合創新實驗。要求學生根據學到的知識和技術,根據實際嵌入式應用的需求,自行設計創新實驗。鼓勵結合具體的科研項目、競賽項目展開實驗。4學時

     

     配套教材

    經過多年來的嵌入式教學活動,課程小組還出版了相關的教材專著作為教學和科研的參考材料,如圖所示,包括:

     

    《嵌入式intel架構微機實驗教程》,北航出版社 2006.8簡介
    《嵌入式系統開發原理與實踐》 ,清華大學出版社,2005.8簡介
    《深入BREW手機游戲開發》,清華大學出版社,2004.8簡介
    《ARM與Linux嵌入式系統教程》,北航出版社,2004.8簡介
    《嵌入式系統――采用公開源代碼和StrongARM/Xscale處理器》,浙大出版社,2004.2簡介
    《Linux與嵌入式系統》,清華大學出版社 2003.1簡介
    《邊干邊學-Linux內核指導》,浙江大學出版社 2002.8簡介
    《4.4BSD操作系統設計與實現》,中國電力出版社 2003簡介
    《Linux 內核2.4版源代碼分析大全》,機械工業出版社 2002簡介
    《LINUX內核源代碼情景分析》 (上下冊),浙大出版社,2001簡介
    《Linux操作系統及實驗教程》,機械工業出版社 1999簡介

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