基本介紹
- 中文名：嵌入式系統與實驗
- 提供院校：廈門大學
- 類別：慕課、國家精品線上開放課程
- 授課教師：李曉潮、解永軍、陳藝慧、馮超
- 開課時間：2016年10月18日（首次）
- 授課平台：中國大學MOOC
課程性質,課程定位,適應專業,開課信息,課程簡介,課程大綱,課前預備,預備知識,學習資料,授課目標,課程特色,所獲榮譽,教師簡介,
課程性質
課程定位
嵌入式系統與實驗課程在學生先修微機原理、單片機原理等課程的基礎上，幫助學生建立起嵌入式工程套用系統性概念。該課程是電子信息科學技術專業的核心基礎課，也電子系統設計和積體電路套用開發的入門課程以及學生參加各類電子設計大賽和創新創業的入門課程。
適應專業
嵌入式系統與實驗課程適用電子、通信等電子信息大類專業學科的學習。
開課信息
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次 | 2016年10月18日~2017年01月13日 | 李曉潮、解永軍、陳藝慧、馮超 | 2小時每周 | 7808 |
第2次 | 2017年02月27日~2017年06月09日 | 3小時每周 | 9106 | |
第3次 | 2017年09月18日~2017年12月31日 | 2小時每周 | 8570 | |
第4次 | 2018年03月05日~2018年06月10日 | 2~4小時每周 | 5997 | |
第5次 | 2018年09月17日~2019年01月29日 | 9497 | ||
第6次 | 2019年02月25日~2019年06月15日 | 2~3小時每周 | 4081 | |
第7次 | 2019年09月16日~2019年12月28日 | 2~4小時每周 | 4856 | |
第8次 | 2020年02月17日~2020年08月06日 | 李曉潮、解永軍 | 2~3個視頻每周 | 5782 |
第9次 | 2020年10月05日~2021年01月08日 | 李曉潮 | 3~5小時每周 | 1949 |
表格內參考資料 | ||||
課程簡介
嵌入式系統與實驗課程共七章，主要包括嵌入式系統概述，ARM Cortex處理器架構，軟硬體開發環境，基本內部硬體模組GPIO/定時器/PWM/ADC模組，通用外設通信接口UART/I2C/SPI接口，TCP/IP網路協定及其實現，嵌入式作業系統內部機制及其移植,SoPC異構嵌入式設計等內容。
課程大綱
理論部分 |
1.嵌入式系統概述：嵌入式系統的定義、特點、示例及其趨勢。 |
2.ARM Cortex處理器硬體架構：重點介紹ARM的結構體系、指令系統、內外部匯流排結構、存儲器空間映射、中斷機制、DMA機制等。 |
3.軟體開發環境：嵌入式軟體開發流程及其工具，CCS或者KEIL開發環境，調試技術（調試接口和調試方法），TivaWare庫等。 |
4.基本內部硬體模組：通用輸入/輸出（GPIO）,管腳復用，通用定時器（看門狗、中斷）和脈衝寬度調製器（PWM），ADC模組。 |
5.通用外設通信接口：異步UART，同步I2C接口/SPI接口。 |
6.網路通信接口和協定：TCP/IP網路協定及其實現、WIFI或者乙太網控制器，網路通信示例。 |
7.嵌入式作業系統：作業系統概念，作業系統架構、任務調度機制、同步機制和移植（底層驅動接口）。FreeRTOS作業系統移植，重點分析FreeRTOS的內部機制。 |
8.基於作業系統的套用開發案例：以一個具體的例子講解基於作業系統多任務調度的嵌入式套用開發。 |
9.實時數位訊號處理概述:I2S接口及音頻處理，DSP庫函式，模擬信號頻譜分析（ADC+FFT+DMA）。 |
實驗課部分 |
1.軟硬體開發環境：軟體開發架構、工具包、開發板及其原理圖介紹。 |
2.外設GPIO（KEY，LED），定時器，顯示，ADC/DAC，UART、I2C/溫度感測器，SPI接口。 |
3.FreeRTOS作業系統移植及其運行。 |
4.網路通信實驗及其WEB套用. |
5.模擬信號頻譜分析（ADC+I2S+FFT+DMA）。 |
《嵌入式系統與實驗》課程導學（第一周） | 4.2 點陣液晶顯示器實驗（上） |
《嵌入式系統與實驗》課程導學 | 4.3 點陣液晶顯示器實驗（下） |
第一章 嵌入式系統概述（第一周） | 第四章 通信接口（第七周） |
1.1嵌入式系統概述 | 4.1SSI同步串列接口 |
Introduction to embedded system （English version） | 4.4 I2C接口和實驗（第八周） |
Introduction to embedded system | 4.4 I2C接口（原理部分） |
1.2嵌入式系統特點和示例（第一周） | 4.5 I2C接口（實驗部分） |
嵌入式系統特點和示例1 | 4.6串列接口數模轉換器（DAC）實驗（第八周） |
嵌入式系統特點和示例2 | 4.6串列接口數模轉換器（實驗原理） |
嵌入式系統特點和示例3 | 4.7串列接口數模轉換器（實驗內容與操作指導） |
1.3 微控制器核心板及擴展板簡介（實驗部分）（第二周） | 第五章 實時數位訊號處理（第九周） |
微控制器核心板及擴展板簡介（實驗部分） | 5.1 I2S接口及其音頻處理（理論部分） |
1.4軟體集成開發環境CCS簡介（實驗部分）（第二周） | 5.2 I2S接口及其音頻處理（實驗部分） |
1.4軟體集成開發環境CCS簡介（實驗部分） | 5.3 CMSIS-DSP庫函式（第九周） |
嵌入式系統概述單元測驗 | 5.3 CMSIS-DSP庫函式 |
2.3存儲器空間映射（第三周） | 5.4 綜合示例：模擬信號頻譜分析（第十周） |
2.3存儲器空間映射 | 5.4 綜合示例：模擬信號頻譜分析 |
2.2 ARM Cortex-M3/4微處理器（第三周） | 第六章 TCP/IP協定及其套用（第十周） |
ARM Cortex-M3/4微處理器 | 6.1 TCP/IP協定概述 |
第二章 微控制器架構（第三周） | 6.2 TCP/IP協定概述（cont） |
2.1嵌入式微處理器指令集架構 | 6.3 Lightweight IP概述（第十一周） |
2.4中斷和異常處理系統（第四周） | Lightweight IP概述 |
中斷和異常處理系統 | 6.4 基於lwIP的Web套用開發（第十一周） |
第二章微控制器架構單元測驗（第四周） | 6.4 基於lwIP的Web套用開發 |
第三章 基本硬體模組（第四周） | 6.5 基於lwIP的Web套用開發實驗（第十一周） |
3.1通用輸入輸出接口GPIO（理論部分） | 6.5 基於lwIP的Web套用開發實驗 |
3.2通用輸入輸出接口GPIO（實驗部分） | 第七章 實時作業系統和異構嵌入式系統（第十二周） |
3.3通用定時器（第五周） | 7.1 FreeRTOS 嵌入式實時作業系統的套用（上） |
3.3通用定時器（理論部分） | 7.2 FreeRTOS 嵌入式實時作業系統的套用（下） |
3.4通用定時器（實驗部分） | 7.4基於SoPC的異構嵌入式系統實驗（第十三周） |
3.5 PWM套用與實驗（第五周） | 7.4基於SoPC的異構嵌入式系統實驗 |
3.5 PWM套用（理論部分） | 7.3基於SoPC的異構嵌入式系統（第十三周） |
3.6 PWM套用（實驗部分） | 7.3基於SoPC的異構嵌入式系統 |
3.7TivaWare介紹及單元測驗（第六周） | 7.5 基於SoPC的嵌入式Linux系統實驗（第十四周） |
3.7 TivaWare介紹 | 7.5 基於SoPC的嵌入式Linux系統實驗（上） |
基本硬體模組單元測驗 | 7.6 基於SoPC的嵌入式Linux系統實驗（下） |
4.2點陣液晶顯示器實驗（第七周） |
（註：課程大綱排版從左到右列）
課前預備
預備知識
1、具備C語言程式設計能力，掌握程式的基本調試方法。
2、學習過計算機和軟體技術基礎等相關課程。
3、有模擬電路和數字電路技術基礎，了解基本電路知識，能讀懂電路原理圖和框圖。
4、具有一定作業系統、網路通信等基礎知識。
學習資料
1、《嵌入式系統教程——基於Tiva C系列ARM Cortex-M4微控制器》，沈建華、郝立平等編著，北京航空航天大學出版社，2015年5月。
2、《ARM Cortex-M3與Cortex-M4權威指南》，Joseph Yiu著，清華大學出版社，2015年9月。
3、《TI Tiva C series MCU 數據手冊》。
授課目標
通過該課程學習，使學生掌握以下知識：
1、掌握有關嵌入式系統的概念以及發展趨勢，了解嵌入式體系架構、嵌入式微控制器結構。
2、掌握嵌入式系統開發的過程和方法，掌握嵌入式軟硬體定製開發的基本知識和技能。
3、掌握嵌入式作業系統內部機制和移植方法，並基於嵌入式作業系統進行應用程式開發。
4、了解嵌入式的未來發展趨勢。
課程特色
1、該課程實踐性強，實驗部分占整個課程的40%。
2、該課程覆蓋面廣，體現電子學科模擬電路、數字電路和軟體基礎等三四門課程的基礎知識及其綜合套用，對學生實際動手能力有要求。
3、該課程在教學上，突出理論和實驗並重的特點，讓學生在理論和實踐中掌握和消化知識。
所獲榮譽
2017年12月26日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家精品線上開放課程”。
教師簡介
李曉潮，男，博士，廈門大學電子科學與技術學院（國家示範性微電子學院）教授，博士生導師，廈門大學馬來西亞校區電氣與電子工程系主任。
馮超，男，工學碩士，廈門大學電子信息國家級實驗教學示範中心教師，碩士生導師。
陳藝慧，女，1982年生，碩士。廈門大學信息科學與技術學院工程師。
解永軍，男，高級工程師，廈門大學電子信息國家級實驗教學中心高級工程師。
