論文關鍵詞：嵌入式系統 實驗教學 教學設計
論文摘 要：針對專業嵌入式實驗教學中存在的專業針對性差、設備缺乏和課程層次性不足等問題，文章利用本研究所自主研發的嵌入式實驗教學平臺，探討了以基礎型實驗、綜合型實驗，創新型實驗和課外實踐爲基礎的分層次實驗課程教學方式。這種方式在教學實踐中取得較好的成效。
嵌入式系統是技術、通信技術、微技術等先進技術和具體應用對象相結合的更新換代產品。嵌入式系統面向具體的應用領域，隨着產品智能化、小型化的普遍需求，嵌入式系統已經滲透至各個行業，具有廣闊的前景[1]。近年來，各高校資訊自動化計算機類專業逐漸將嵌入式系統納入重要專業課程範圍，尤其在嵌入式實踐教學體系方面進行了深入的探討[2-4]。
考慮到通信類學生的培養與實際就業情況的需求，在嵌入式教學中，除了使學生掌握基本的通信技術原理和嵌入式軟件設計的一般方法和流程外，還應注重培養學生的實際應用開發能力。因此，嵌入式教學應該傾向於實踐而不是僅僅侷限於只是傳授理論知識。本文針對本專業嵌入式實驗教學中普遍存在的專業針對性弱、設備缺乏、課程系統性和層次性的不足等問題，利用研究所自主研發的嵌入式實驗教學平臺，設計了具體的實驗教學方案。
1 嵌入式實驗教學中存在的問題
嵌入式系統課程的實踐性非常強，爲了加強學生對嵌入式系統理論知識的認知，提高學生解決實際問題的能力和創新能力，實驗教學在嵌入式課程教學中有着至關重要的作用。到目前爲止，在嵌入式實驗實際教學中發現了以下問題。
缺乏針對性強的實驗平臺。嵌入式課程教學和人才培養具有高度的實踐性，通常情況下，教學所用的實驗平臺(實驗箱)是委託科教儀器公司開發的。由於教學投入不足，經常出現設備板子燒燬，講義資料不全，實驗箱不完善導致能開設的實驗不多，由於部分原始碼不開源等現象，所以相關實驗基本上都是演示性的實驗，或者與其他學科共同使用一套實驗設備，沒有本學科專業特色，很難實現視頻採集、音視頻壓縮、網絡傳輸等功能。這些因素皆不利於通信專業學生實踐能力的培養。其次，缺乏靈活的實驗設計及講義。在嵌入式系統應用領域，嵌入式系統中的軟件開發困難，既要考慮不同平臺的差異，又要具備一定的穩定及易行性條件。以往這些類型的軟件開發都是由硬件廠商包辦，且提供的嵌入式系統軟件解決方案五花八門。而實驗設計應側重於主流操作系統下軟件的實踐和創新。此外，大多生照着詳細的實驗書按部就班，缺乏自主創新的意識，甚至不深入思考實驗現象背後的理論知識。這顯然與培養學生創新性思維和能力的目的背道而馳。而實驗課時少也是實踐教學中亟待解決的一個問題。嵌入式系統課程對學生的專業知識要求較高，學生先要學習單片機原理及應用、C/C++程序設計、DSP原理及應用等嵌入式
相關課程，等到具備了一定的實驗操作和編程能力之後，在大三下半學期或大四上半學期開設嵌入式系統課程。理論性教學和實驗教學交叉進行，再加上總課時的限制，使得學生自主實驗時間大大減少。雖然已從原有實驗課時佔較少課時的狀態，調整到實驗課時佔總課時一半的.狀態，課內實驗還是遠不能滿足對學生的培養需求。
2 實驗教學配套設施
本研究所自主開發的嵌入式系統實驗平臺是一套功能完善的實驗箱，選用ARM處理器+Linux操作系統的主流配置。實驗箱上提供有教學系統採用的各種測試點(包括圖像視頻採集輸入、I/O輸出等)，方便教學中使用示波器等測試儀器；多路數字信號源(包括四路視頻輸入功能)；ARM開發系統功能等衆多功能。此套基於雙核處理器架構(雙核處理器架構，是指採用一個ARM核及一個SoC圖像處理核的架構芯片)的四路DVR教學實驗箱，可以實現視頻採集，H.264壓縮，音頻壓縮，網絡傳輸以及嵌入式Linux操作系統等功能，主要爲高等院校通信工程類專業、電子資訊類專業等高年級學生的通信專業課程設計、通信專業大型實驗、畢業設計、電子設計競賽以及研究生的數字通信實驗而設計，也可供相關專業的本專科畢業班學生使用以及自學使用。此外，還配有教學資料光盤，以及分層次、系統的實驗指導書。實驗系統構架。
由於嵌入式系統涉及的知識廣、綜合性強和應用性強，且軟硬件技術不斷革新，這就需要授課老師具有一定的項目開發經驗。而本套實驗箱正是由授課老師參與研發，對於一些新進的通信類教師也開放學習與研究。在對嵌入式實驗平臺有個系統的認識之後，遇到突發問題也可以及時解決，這大大降低了教師的授課難度，提高了實驗課效率。
3 實驗教學設計
結合理論教學，嵌入式系統實驗的重點放在軟件的開發上。充分考慮到嵌入式軟件系統的結構、開發內容和方式的特殊性，從而設定多種配置方案、多層次實驗項目的實驗教學內容。學生邊學習理論知識，邊進行實驗操作，設定一些基礎型和模組化的實驗使其對原理有更透徹的認知。當學生理論知識積累到一定的程度，可透過設定綜合型的實驗使學生進行系統學習與提高。此外，爲了達到學生自主創新能力提高的目的，創新型實驗的設定也必不可少。減少基礎型實驗，同時增大綜合型和創新型實驗的比例，並加入可選項，學生可根據自己的能力興趣，自主制定實驗內容。另外，爲了適應本專業學生的培養，除了需要掌握嵌入式系統基本的方式方法之外，還在綜合型實驗中設定了較多通信類實驗課程。
這樣，學生在實驗過程中，由淺到深、由基礎到綜合地進行實踐操作，符合漸進性的教學規律。爲了解決課時少的問題，設定了一部分課外可操作的實驗，使一部分有興趣而不滿足於課內學習設計的學生有更廣闊的學習時間與空間。
3.1 基礎型實驗
基礎型實驗多爲驗證型實驗，其目的是爲了讓學生掌握基本的理論知識以及嵌入式軟件的一般開發流程，熟悉開發工具與開發，爲之後的綜合型實驗和自主創新型實驗做好準備。這部分實驗指導書較詳細，學生能夠紮實地掌握嵌入式系統的基本軟件開發知識。基於本實驗系統設計的基礎實驗主要如下。
ADS環境下的彙編指令實驗。本實驗介紹了ADS環境下用匯編進行編程和調試的一般流程，以及使用匯編語言實現對GM8180開發板進行初始化的方法。目的是爲了讓學生熟悉和掌握ADS開發環境。
建立Linux虛擬機及熟悉常用命令實驗。透過本實驗，學生需要掌握如何在Windows系統下面搭建Linux服務器，並學會基本的Linux命令和操作。