以目標板任務為導向,整合嵌入式軟硬體教學的論文
以目標板任務為導向,整合嵌入式軟硬體教學的論文
論文摘要：本文提出一種從目標板的工作原理和技術引數方面入手的設計思路，並將設計，製作，除錯，開發目標板的實驗引入到教學當中，對各種軟硬體教學都適用，透過目標板來替代實驗箱，實驗臺，激發了學生的動手能力和創造性，加強了學生實踐能力的培養，實現了一種創新型人才的培養方法。
論文關鍵詞：嵌入式系統,目標板,任務驅動,創新
創新是一個民族的靈魂，是人類社會發展的不竭的動力。在建設創新型國家的過程中，高等學校承擔著培養拔尖創新人才的神聖使命。要以加強大學生創新精神和實踐能力的培養為核心目標，必須積極推進大學人才培養模式的改革和創新。
嵌入式系統是多學科融合的結果，包括計算機、電子、半導體、通訊、控制等技術；嵌入式系統廣泛應用於工業自動控制、智慧交通、資訊處理、儀器儀表、航空航天、家用電器、汽車電子、通訊技術、安防系統和資訊家電中；嵌入式系統設計方法的演化總的來說是因為應用需求的牽引和IT技術的推動；嵌入式系統通常是面向使用者、面向產品、面向特定應用，產品具有較長的生命週期，軟體固化儲存，OS核心小，OS和應用程式的區分不明顯。
一、嵌入式系統教學方法變化的背景和意義
嵌入式作業系統是一種支援嵌入式系統應用的作業系統軟體，通常包括與硬體相關的底層驅動軟體、系統核心、裝置管理、網路通訊、圖形介面、檔案系統等模組；嵌入式作業系統具有通用作業系統的基本特點，能夠有效管理越來越複雜的系統資源；能夠把硬體虛擬化，使得開發人員從繁忙的驅動程式移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函式、驅動程式、工具集以及一些典型應用程式。嵌入式系統開發與桌面應用開發存在很大區別，軟體和系統平臺緊密相關；嵌入式系統將迅速普及和發展，但不會取代傳統的微控制器嵌入式測控系統，二者的發展空間並不衝突；嵌入式系統設計開發中的處理器、作業系統選擇。
目前大多數學校嵌入式實驗實訓課授課都採用嵌入式實驗箱，嵌入式實驗箱的大量採用，降低了嵌入式課程的授課成本並降低了課程的實驗難度。然而，嵌入式實驗箱的大量採用，也帶來了一系列的問題。在以“應用型”人才培養為目標的理工科院校的實踐教學中應特別重視學生嵌入式系統設計能力的培養，加強實踐教學環節，提高學生實踐能力、職業技能與就業能力。在此結合地方高校通訊工程專業的特點對學生“嵌入式系統設計”能力培養的相關課程內容、實踐教學方案和實踐教學環節等進行探索，探討地方高校理工科學生創新型人才培養體系，培養出理論與實踐相結合的創新性人才。
由於嵌入式實驗箱的硬體相對固定，擴充套件其它硬體相對困難。嵌入式實驗箱硬體線路固定，對於使用者來說，相當於一個“黑匣子”，使用者無法也無需知道硬體線路就可以完成實驗。使用機器碼輸入對嵌入式實驗箱使用者來說枯燥無味，與嵌入式程式除錯概念大相徑庭，只是查詢輸入錯誤。
長期使用嵌入式實驗箱會阻礙使用者對嵌入式學習的興趣，扭曲對嵌入式設計的概念：認為輸入些機器碼就是嵌入式設計了。其實嵌入式設計是一個範圍非常廣的概念：從系統設計到軟、硬體的設計，從嵌入式核心到外圍器件的選取，甚至非電量器件等交叉學科的內容，都屬於嵌入式設計涉及的內容。
嵌入式目標板的設計可以培養學習者對嵌入式學習的興趣，並透過學習和完成嵌入式目標板的設計，掌握嵌入式系統設計和嵌入式軟、硬體設計的正確思路，熟悉嵌入式硬體和程式語言，增加對嵌入式外圍器件和非電量器件等交叉學科的瞭解，為以後的學習和工作打下良好的基礎。
二、嵌入式系統設計最小目標板教學實踐方案
嵌入式系統設計最小目標板主要完成以嵌入式為核心的，包含儲存器、A/D、D/A、鍵盤顯示、輸入輸出埠、時鐘等外圍電路的幾種嵌入式目標板的硬體設計與製作，並編寫相應的軟體，以利於學生學習以及創新設計。以完成嵌入式最小系統板任務為導向，將理論與實踐進行有效合理的整合，應用現代教育技術，結合工程實踐進行分解，變成可供實際推廣操作的學習任務，輔以必要的教育技術支援手段，強調學生自主學習，在實際工程環境中掌握和內化工程的理念。
嵌入式系統最小目標板設計任務包括嵌入式系統硬體與軟體的設計，在以類比電子技術、數位電子技術及計算機輔助設計與微控制器原理與介面技術等基礎教學的同時，加強學生在設計能力方面的培養，提高學生的電路設計和軟體開發能力。因而，通訊技術專業的實踐教學可在基於現代電子技術進行資訊的採集、傳輸、處理、檢測、控制和現代通訊網工程應用的同時，以資訊與通訊工程技術為主線，融電子技術、計算機技術、自動化控制技術於一體，學生軟硬體課程結構如圖1所示。
圖1學生軟硬體課程結構圖
核心板提供相對應微處理器的最小系統，包括了處理器、RAM、ROM、暫存器介面等；擴充套件板提供電源、LCD顯示、串列埠、USB、乙太網口等模組。改革課程考核方式，加強學生動手能力的培養，微控制器技術、DSP技術、EDA技術、嵌入式系統、視覺化程式設計等技術課程的考核成績全部採用實踐環節，實驗佔總成績的40%，課程設計(要求有硬體和軟體製作)佔總成績的40%，創意製作佔總成績的20%。學生在完成實驗基礎上，完成選定題目的課程設計，實驗與課程設計題目每年不斷更新，學生可以根據自身掌握的程度選擇不同難度的題目，分值依據題目難易程度而定。使學生在不斷改進、反覆鍛鍊中提高分析問題、解決問題的能力，在實踐過程中真正做到舉一反三。學生須進行嵌入式系統的軟硬體設計，為了使實踐內容和教學內容聯絡得更緊密，可結合前面所講的教學層面要求學生設計實踐核心板與擴充套件板這樣將“嵌入式系統設計”系列課程實踐教學融合到地方理工科院校的`人才培養體系中。透過加強開放實驗與科技製作及科技競賽等創新學分的管理，改革相關課程考核方式，綜合考慮知識、能力和素質三者的關係，統籌實踐教學體系，提供豐富的工程設計課題，加強學生對“嵌入式系統設計”的工程訓練，促進大學教育的創新性人才培養。
在教學過程中，學生在完成以計算機、電子、半導體、通訊、控制等多學科相融合的嵌入式最小系統板的軟、硬體設計任務的基礎上加強對嵌入式軟、硬體的瞭解和嵌入式設計的概念。從而實現對軟、硬體課程教學的整合。
三、結束語
以目標板任務為導向，整合嵌入式軟硬體以嵌入式目標板的軟、硬體結構的設計任務驅動教學，同時制定切實可行的教學計劃，大綱的設計以及實施細則。並在教學過程中逐漸完善，，都是一種新的嘗試，是創新。
參考文獻
[1]嵌入式系統是多學科融合的結果，包括計算機、電子、半導體、通訊、控制等技術。教學過程以學生完成任務為導向，是教學方法的創新嘗試。
[2]嵌入式目標板的設計可以培養學習者對嵌入式學習的興趣，並透過學習和完成嵌入式目標板的設計，掌握嵌入式系統設計和嵌入式軟、硬體設計的正確思路，熟悉嵌入式硬體和程式語言，增加對嵌入式外圍器件和非電量器件等交叉學科的瞭解，在完成任務的過程中整合有關的硬體課程。為以後的學習和工作打下良好的基礎。
[3]學生完成嵌入式最小系統後，熟悉硬體結構，在進行軟體的設計，能夠完成教學任務並進行創新設計，突破了以往教學驗證實驗的單一模式。
[4]嵌入式最小系統可以回收再利用，供軟體類專業模擬程式設計或練習用。節約了實驗成本。
[5]嵌入式發展迅速，嵌入式最小系統的製作可以更快的跟進企業與技術的發展，有利於學生就業。