以市场为导向的嵌入式系统课程群建设

姚 遥，耿文波，徐 坤，周子昂，张鸿辉

（周口师范学院 物理与电子工程系，河南 周口 466001）

随着数字信息技术和网络技术高速发展，作为“后PC时代”的主要个人应用支撑技术的嵌入式技术在社会人才的计算机技能要求中的地位日显重要[1]。通过对市场进行分析，在嵌入式系统方面的工作中，目前职场上需求更多的属嵌入式软件开发的人才。因此，他们需掌握计算机编程的基本概念、基本原理和基本方法，并在此基础上有效掌握嵌入式原理来参与嵌入式软件方面的开发工作。根据以上分析，在本科教育中，特别针对嵌入式系统课程群应以计算机编程和嵌入式原理部分为主线，使学生具备扎实的嵌入式系统软件开发基本理论知识、熟练的开发技能和实践能力，同时具备一定的分析与解决问题的能力和创新能力。

1 嵌入式系统教学的特点

嵌入式系统通常定义为一种以应用为中心，以计算机为基础，软硬件可以剪裁，适用于对系统功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[2]。因此要求嵌入式系统的课程的设置和安排应当遵循基础、实用、先进、发展的基本原则。注重课程教学的前沿性，适应嵌入式技术的快速更新。嵌入式系统教学主要体现以下3个特点[3]：

1）基础性 嵌入式系统技术涉及多个专业。如计算机科学与技术、电子信息工程、通信工程、自动化控制等，嵌入式技术与各个专业相互融合，逐步更新的学科，可作为上述各专业的基础平台课，以强化专业基础知识。

2）综合性 嵌入式系统集软硬件技术于一体，需要进行软硬件协同设计。它涉及电子、计算机、自动控制等相关专业的知识。可开设数据结构、操作系统、微机原理、单片机、软件工程等课程。

3）实践性 嵌入式系统的实践性极强，需要理论联系实践，加深对嵌入式系统课程的理解，也有助于学生增强创新意识。

2 嵌入式系统教学课程群的基本内容

课程群将本专业或跨专业培养方案中若干门在知识、方法、问题等方面有逻辑联系的课程加以整合而形成的课程体系，因而课程群所含的各门课程应具有相关性和整合性[4]。本科阶段的课程群要既重视基础理论的学习，又紧密重视实践性。基本内容大致分为下面3个部分[3]：1）模拟与数字基础理论部分：电路原理，模拟电路，数字电路，信号与系统，数字信号处理，通信原理；2）处理器部分：微机原理与接口，单片机原理与接口技术，可编程逻辑器件原理，DSP或ARM；3）计算机科学部分：C语言，数据结构，计算机网络，编译原理，操作系统，汇编语言程序设计，嵌入式系统原理，嵌入式驱动开发，嵌入式应用开发。各主要课程介绍如下[5-6]。

2.1 专业基础课程

模拟电路和数字电路 作为电子技术的基础课程，模拟电路是难点，着重加强理解三极管，场效管的信号放大原理和以及信号的放大，反馈，运算。数字电路的知识是从事嵌入式系统的必备，关键要增强逻辑思维能力。

C语言和数据结构与算法 C语言作为一种 “高级的低级”语言，易移植。易维护，可读性强，具有强大的内存操作能力，成为嵌入式系统开发的最佳选择。数据结构与算法，这门基础课在嵌入式系统教学中要作为重点，可适当增加实验课时，无论学生以后从事嵌入式系统的软件还是硬发件开，这门课的思想将贯穿其中。

信号与系统 电子信息类各专业的一门极为重要的专业基础核心课程。这门课程核心的一些基本概念和理论，对于所有工程类的专业来说也是很重要的。

微机原理与接口和汇编语言程序设计 系统地阐述微处理机的基本原理，体系结构，指令系统，汇编语言程序设计以及存储器，输入输出芯片围绕处理机构成的微计算机系统的组成原理。

2.2 专业课

数字信号处理 数字信号处理这门理论性强的课程要掌握掌握数字信号处理的基本理论、基本分析方法和基本实现方法。

可编程逻辑器件原理 本课程包含可编程逻辑器件的发展概况，复杂可编程逻辑器件（CPLD）与现场可编程门阵列（FPGA）的基本结构及工作原理。运用硬件描述语言（FPGA）进行数字电路设计的基本方法。

嵌入式系统体系结构 ARM处理器在嵌入式处理器市场占据主导位置。选用ARM处理器的实验系统平台较为合理，该课程的重点应放在讲授某个代表性的CPU（如ARM）内部寄存器结构，汇编指令系统，中断（异常）管理及常用的外围接口，使学生掌握嵌入式硬件平台设计的有关知识和技术。

计算机网络、编译原理、软件工程 这3门课程是计算机类的重要课程，理论性强，对嵌入式系统的软件开发极为重要，着重理解。

嵌入式系统设计与开发 介绍嵌入式系统设计步骤、方法，重点介绍UML在嵌入式系统设计中的应用。

嵌入式操作系统 和通用操作系统一样，嵌入式操作系统课程的学习要深刻理解操作系统的处理机调度和内存管理，特别嵌入式系统的实时概念。

3 嵌入式行业发展现状

嵌入式系统作为“后PC时代”的新秀，是当前最热门最有发展前景的IT应用领域之一。我们平常用的手机、可视电话、数码相机、摄像机、机顶盒、路由器、数控设备或仪表、医疗仪器、航天航空设备等都是嵌入式系统。

而嵌入式设备的增值很大程度上取决于嵌入式软件，这占了嵌入式系统的最主要工作，目前国内的硬件设计力量很弱，很多嵌入式公司自己只负责开发软件，嵌入式产品的差异很大程度在软件上，越是智能设备越是复杂系统，软件越起关键作用，而且这是目前的趋势。

从2006到2009年，全球嵌入式软件市场规模平均复合增长率达到30%。据预测，在未来的几年内，嵌入式系统的发展为几乎所有的电子设备注入了新的活力，加上迅速发展的Internet和廉价的微处理器出现，嵌入式系统将在我们的日常生活里形成一个更大的应用领域。据相关专家预测，到2012年，国内软件市场增长幅度将达到15.8%，其中嵌入式软件增长最快。未来国内软件和服务产业将分别达到20%和23%的增长幅度，而嵌入式软件部分也是增长最快的。

4 嵌入式系统课程群建设

在现有的教育体制下，高校教育都是强调打好基础，迎接未来的社会挑战。因此嵌入式系统很多课程都是为所谓的打基础服务，但是这些课程学生一辈子也不一定用得上。这种现状，目前还不可能完全改变。

因此根据市场需求分析，探索以计算机科学课程为主线和内核的嵌入式系统课程群，坚持理论教学与实践教学并重，在实践教学中培养学生的创新思维能力和独立分析、解决问题的能力就成为当前嵌入式课程群建设的一个重要课题。

4.1 嵌入式系统课程群建设核心内容

我们把《C 语言程序设计》、《数据结构》、《操作系统》、《嵌入式系统原理》、《嵌入式驱动开发》以及《嵌入式应用开发》作为嵌入式系统课程群的核心内容，在授课安排上考虑知识的前后衔接，循序渐进。在大一下学期开设 《C语言程序设计》，在大二开设《数据结构》、《操作系统》，使同学们对程序设计有清晰的认识。在大三下学期开设《嵌入式系统原理》，让学生对嵌入式系统有一个总体的认识。在大四上学期先后开设《嵌入式驱动开发》与《嵌入式应用开发》两门课程，目标是使学生掌握嵌入式系统交叉开发的方法，能够搭建嵌入式系统的开发平台，熟练掌握嵌入式Linux在嵌入式系统中的应用。为了巩固和强化学生的实践能力，在以上两门课程结束后，安排为期一个月的集中性实践环节，使同学们的动手能力得到切实提高，缩短从高校毕业学生向合格嵌入式软件研发工程师的转变周期。

4.2 苏州就业基地建设

高校教育的一大重要目的为企业培养符合要求的人才。因此，嵌入式课程群建设必须立足实际，作为教师必须时刻了解嵌入式行业发展的最新动态和技术发展，及时的去调整课程内容。同时教师应该去了解嵌入式企业的用人要求，由需求来指导学生，如此“对症下药”，才能培养出企业急需的人才。

我系派专人参加了中南六省区高校苏州校企交流会，与长三角知名企业签订就业基地协议。跟苏州众多嵌入式企业保持业务上的联系，对嵌入式人才需求信息十分清楚，每学期开课之前，会调研当前人才市场对嵌入式人才的需求情况，针对市场需求大的职位和要求的技能来设计开设的课程内容。同时，当课程大纲设计出来之后，会直接交给嵌入式企业的技术总监和工程师进行反馈，对大纲中不合理的地方进行改进。经过这样的课程大纲培养出来的学生自然就受到用人单位的青睐。

4.3 师资建设

想培养嵌入式人才，必须拥有嵌入式师资，系里面为培养具有“双师”素质教师搭建师资培养的平台，通过培训、企业定岗实践、为企业提供技术服务，培养出符合专业要求的师资队伍。目前通过与苏州众多嵌入式企业保持业务上的联系，这个平台初步建立起来了。

通过上面3项课程群建设措施，我们可以做到3点：1）是学生的学习目的非常明确，选择这个领域的学生非常清楚他要学什么知识；2）是就业市场非常大，学生不用担心就业问题；3）是学生有实际工作经验的“双师”型老师带路。

5 结束语

嵌入式系统课程群建设是一项长期、艰难的任务，新知识更新速度明显快于传统学科，企业对员工的要求也在随着市场的变化不断变化。高校嵌入式系统课程体系的规划与建设，必须根据市场的需求，既重视融合学科的基础知识积累，又强调实践性，使嵌入式系统的教学紧随嵌入式技术浪潮的发展。

[1]徐劲松，刘钰碧，蒋晶.应用型本科嵌入式系统课程群建设与实践[J].企业技术开发，2009（28）:145.XU Jin-song，LIU Yu-bi，JIANG Jing.The construction and practice of application-oriented undergraduate courses of embedded system[J].Technological Development of Enterprise，2009（28）:145.

[2]孙天泽，袁文菊.嵌入式设计及Linux驱动开发指南[M].北京：电子工业出版社，2006.

[3]李耀波，杜丽敬，徐洋.高校嵌入式系统课程群规划的探讨[J].科技信息，2007（19）:59.

[3]LI Yao-bo，DU Li-jing，XU Yang.Discussion on the layout of embedded system subjects in college[J].Science&Technology Information，2007（19）:59.

[4]李慧仙.高校课程群三论[J].煤炭高等教育，2006（7）:113-115.LI Hui-xian.On the course group in universities in China[J].Mei Tan Higher Education，2006（7）:113-115.

[5]覃永新，蔡启仲，陈文辉.嵌入式系统课程群建设的探讨[J].高教论坛，2009（3）：20-21.QIN Yong-xin，CAI Qi-zhong，CHEN Wen-hui.Research of the building of embedded systems course group[J].Higher Education Forum，2009（3）：20-21.

[6]朱旭东，张健.软件工程专业嵌入式系统方向操作系统课程群优化整合研究[J].现代计算机，2009（12）：92-93.ZHU Xu-dong，ZHANG Jian.Research on integration and optimization of the course group of operating systems for embedded system-oriented software engineering majors[J].Modern Computer，2009（12）:92-93.