摘  要：本文针对当前嵌入式系统课程设置和教学上的几点不合理之处，提出相应的改进思路，主要包括：分拆嵌入式系统相关内容至先修课程、强调实际工程研发中的薄弱环节和前沿技术、根据学生兴趣设置不同层次的实验和创新实践内容、优化选择教学实验设备。

关键词：嵌入式系统；课程设置；教学改革

0  引言

嵌入式系统是一门涉及电子科学与技术、计算机科学与技术、微电子学等众多领域的综合性课程。当前市场对嵌入式开发人员的需求日趋上升，而目前大学生学非所用、就业困难的局面同许多单位招聘不到合适的开发人员形成鲜明的对照。产生这一矛盾的主要原因是，高校培养的人才同质化现象严重，表现在基础不够扎实、缺乏对工程实现知识的掌握，因而实践能力不强、创新意识薄弱，学生后劲不足，这极大地制约了我国相关技术的发展。

作为一个新兴的不断发展的课程，嵌入式系统相关先修课程与基础知识的准备、教学内容的选择、实验教学与实践环节组织等问题依然处于争论和探索阶段。2004年IEEE和ACM对计算机专业本科教育的课程体系进行的设置认为嵌入式系统的课程应包括以下内容：嵌入式的发展历程和概述、嵌入式微处理器、嵌入式软件设计、实时操作系统、低功耗计算、系统可靠性设计、设计方法学、嵌入式系统设计工具、嵌入式多处理器系统设计、网络化嵌入式系统、接口和混合信号系统等^[1]。显然，要想在一门课程上较好覆盖以上内容是不现实的，学生在不同方面的兴趣喜好也无法得到发挥，结果将会导致同质化的泛泛的培养效果。本文针对当前嵌入式系统课程设置和教学上的几点不合理之处，提出相应的改进思路，以期达到既能体现课程特点和精华，同时又兼顾课程教学的复杂性和激发学生创造热情的目的。

1  课程内容的分拆和协作

嵌入式系统是一门综合性的课程，需要多门先修课程作为基础^[2]，包括模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、微机原理及应用、单片机技术基础、操作系统原理等，在实际的教学实践中我们发现，学生对这些先修课程掌握和理解的程度极大的影响了嵌入式系统课程的学习。由于学生对先修课程掌握水平层次不齐，在将先期知识转换到嵌入式系统方面存在一定困难。这在一方面导致教师在教学过程中需要对相关基础知识进行一定的复习提醒，占用了本身已经不多的学时，因而不可避免的减少了对嵌入式系统课程重点内容的投入；另一方面，学生的学习热情也因此受到降低，同时为兼顾不同水平的学生而降低了难度的实践环节也使得学生的收获有限。

当前许多高校所开设的嵌入式系统课程内容一般针对的是某种ARM处理器平台，在讲述此平台的体系结构、软硬件开发方法和基础实验上占据了大部分的学时，使得嵌入式系统课程在一定程度上演变为另一种复杂处理器系统的学习，这显然有悖嵌入式系统课程的初衷。其实嵌入式系统中其它常见的处理器很多，比如在传统的工业控制领域68K与Cold Fire系列处理器，甚至传统的X86处理器占据了很大的市场份额。而在通信与网络领域PowerPC处理器更是一统江湖，在游戏机、图像处理等领域MIPS处理器仍然占据优势^[3]。这就意味着去详细讲述某种处理器的细节意义有限，在学时有限的情况下不如以某种简单结构的处理器为例，如ARM7内核处理器，将更多的教学学时放在嵌入式系统的重点内容上。

基于以上的思考，嵌入式系统课程内容应进行一定的分拆。无论嵌入式系统课程采用何种软硬件平台，除了涉及操作系统底层接口和性能高度优化的情况之外，C语言都是主要的开发语言。将嵌入式C语言的特点在单片机技术课程中进行提前讲述，并安排相应的实践内容是比较妥当的做法。此外考虑到嵌入式系统的代码规模普遍较大，从理解到开发和维护都有一定的难度，因此单片机技术课程在应用嵌入式C语言的同时需培养学生形成良好的程序设计和文档撰写风格。

嵌入式操作系统是嵌入式系统课程必不可少的内容，可以在操作系统原理课程中适当安排此部分的内容，选择uC/OS和Linux讲述都是合适的。虽然操作系统原理课程以X86处理器为平台，但可使学生提前熟悉uC/OS和Linux系统的基本特点，进行相关的实验，降低嵌入式系统课程对嵌入式操作系统本身的学习投入和难度。

2  课程内容与工程实践的结合

当前高校在进行嵌入式系统教学中存在一个重大不足，课程内容对于工程实践中的薄弱环节、前沿技术很少涉及，仅止于原理上的教学。这就造成了学生对实际工程应用的需求缺乏概念，导致学非所用，实践能力不强。嵌入式系统工程师的水平高低取决于对这些工程实践环节的重视和理解程度，高校在应对嵌入式系统同质化教育的时候，将课程内容与工程实践相结合就变得相当迫切。适当安排这方面的内容将对学生形成良好的工程观念起到重要的作用。

如在可靠性方面，一般不会针对本科生设置专门的课程，造成学生所设计的嵌入式系统软硬件只能达到实验室运行条件，离实用仍有较远的距离，学生在遇到相关问题时难以形成解决思路。考虑到许多实际的嵌入式系统对安全性和可靠性有要求，在讲述嵌入式系统硬件设计的时候应强调抗干扰的内容；在讲述嵌入式系统软件设计的时候应涉及容错设计、可靠性设计原则及MISRA C标准等内容。为了加强学生的印象，可安排一至两个可靠性方面的典型案例，或针对学生完成的实验设置可靠性测试环节。

又如在系统的实时性方面^[4]，教学中通常仅介绍实时性概念，而对实时性测试、分析和设计等内容很少提及。这就造成学生在设计上只关注功能实现而较少研究其设计思路是否合理，也与工程实践中经常关注的效率、成本等因素脱节。在嵌入式操作系统的教学中，应适当安排这些内容。

由于学时有限，尽管嵌入式系统课程中与工程实践结合的内容分量不会很多，但这对于引导学生以有效可靠的方法去从事今后的工作是必不可少的。

3  层次化的实践环节

在嵌入式系统的实践环节设置上，各高校针对所采用的ARM处理器和开发板，一般均设置了相应模块的基础实验。部分高校对于这些内容设置的比例过大，导致嵌入式系统实验演变为将某种ARM处理器作为高级单片机来学习，实验内容缺乏直接的应用价值，学生根据实验指导书所描述的原理和步骤按部就班。这种统一而基础的实验设置使学生收获有限，也不利于其独立思考能力的培养和创新思想的发挥。

笔者认为，嵌入式系统的实践环节设置一方面应有别于单片机实验，在复杂性和先进性上应高于单片机实验，最典型的需包含嵌入式操作系统的相关内容。从教学上来说，Linux系统虽然功能完善，工程应用也很多，但太过复杂。而uC/OS内核较小，功能完备，资料和范例也很齐全，学生容易接受，是这方面比较好的选择。

另一方面实验设置应兼顾不同学生的兴趣喜好，按照硬件接口、操作系统移植、底层驱动、应用程序等层次进行划分。目前一个较大的嵌入式系统实验项目，基于教学的复杂性考虑，主要要求学生以验证为主，而仅针对少量应用层内容做出修改，学生的实际动手实践机会并不多。而实际上，不同学生对嵌入式系统的层次喜好不一，一个较复杂的嵌入式系统也通常是采取分工合作的形式来实现。因此，对嵌入式系统课程安排一至两个分工合作的实践项目是较合理的。学生按兴趣喜好选择不同的实验层次，由多人组成实验小组，既可以激发学生的学习和创新热情，又可以使其尽早形成工程开发中的团队观念。如CF卡语音录放实践项目，可划分为处理器系统和硬件接口（CF卡、AD、DA、PC机接口）设计、uC/OS-II系统的移植、设备驱动程序开发、FAT文件系统设计、语音录放应用软件的设计等层次。学生在和小组其它成员协商确定接口之后，可以将精力集中在完成完善自己感兴趣的所属任务上。

4  实验设备的优化选择

在嵌入式系统实验室的建设上，各高校均投入了大量经费购置实验设备，且实验设备的性能配置也越来越高，在这方面存在一定的不合理之处。

一个误区是，追求实验设备的多类型，而忽略了开发环境的一致性，给学生学习和教师教学增加了难度。以ARM开发环境为例，存在ARM ADS、RealView MDK ARM、Multi2000、TRACE32-IDE、Embest IDE等多种集成开发环境^[5]，而一般的开发板硬件设计只直接支持其中一种开发环境。笔者认为RealView MDK ARM开发环境是较佳的选择，它和Keil C51的界面相似，Keil C51学生在单片机课程中已经熟悉，因此对RealView MDK ARM开发环境上手容易。另外RealView MDK ARM的软件仿真功能非常直观易用，可以降低不少开发难度。

另一个误区是，追求实验设备的高性能高配置。这不仅使得学生无法在短时间内熟悉这些复杂的实验设备，而且增大了实验室建设投资导致购置的台套数减少，使得多人公用一台实验设备，减少了学生的实际实验时间。综合考虑教学的难度和先进性，笔者认为采用ARM7平台、多种附件模块的开发板较为妥当。针对部分学生的课外创新实践和毕业设计需求，再适当配置较少台套数的一至两种高性能高配置开发板。

5  结 语

嵌入式系统是一门多课程综合、不断发展的课程，在考察了当前嵌入式系统课程设置和教学上的若干不合理之处后，本文提出了相应的改进思路。将需要具备的基础知识分拆到先修课程中提前讲述，以突出嵌入式系统的特点和精华；在嵌入式系统课程中加强涉及实际工程研发中关键技术的内容，使学生形成良好的工程观念；同时为兼顾课程教学的复杂性和激发学生创造热情，根据学生兴趣设置不同层次的实验和创新实践内容，使学生形成良好的合作观念；最后在教学实验设备的选择上，使用一致的软件开发环境，和兼顾教学难度与先进性的ARM7硬件平台。

参考文献

[1] A.Sangiovanni-Vincentelli, Alessandro Pinto. Embedded System Education: a new Paradigm for Engineering Schools?[J]. SIGBED Rev., 2005, 2(4): 5-14.

[2] 李岩, 王小玉, 孙永春. 嵌入式系统教学研究[J]. 电气电子教学学报, 2006, 28(3): 45-47.

[3] 凌明, 刘昊, 时龙兴. 关于嵌入式系统课程教学过程中几个问题的思考[J]. 电气电子教学学报, 2007, 29(10): 94-96,106.

[4] 何立民. 嵌入式系统的实时性问题[J]. 单片机与嵌入式系统应用,2004, 9: 5-8.

[5] 赖晓晨, 刘文杰. 高校嵌入式实验室建设探索[J]. 实验室研究与探索, 2007, 26(6): 52-54,79.

Study on Curriculum Provision and Teaching Technique in Embedded System

Abstract：With regard to some issues about curriculum provision and teaching technique in the course embedded system, the corresponding improvement measures are proposed, which involve disparting prerequisite knowledge into prerequisite course, emphasizing on bottlenecks and advanced techniques in practical engineering research and development, arranging for experiments and innovation practices in different levels according to students’ interests, and adopting selected teaching appliances.

Key words：Embedded System; Curriculum Provision; Education Reformation