嵌入式軟體設計課程是大連理工大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程，於2018年04月23日首次在中國大學MOOC開課，於2019年12月30日首次在學堂線上開課。該課程授課教師是賴曉晨、遲宗正、王潔、林馳、周寬久、李岩、申建建、張立勇、劉輝。據2022年8月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課9次。據2022年8月學堂線上官網顯示，該課程已經開課7次。
該課程共14章，包括概述、嵌入式C編程綜述、ARM C程式最佳化、Linux作業系統、Linux C編程工具鏈及Makefile、嵌入式軟體平台構建、檔案目錄和記憶體、進程與執行緒、信號、進程間通信、套接字、模組與驅動程式及驅動程式舉例、STM32編程方法、基於Proteus的嵌入式軟體仿真。
基本介紹
- 中文名：嵌入式軟體設計
- 外文名：Embedded Software Design
- 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
- 建設院校：大連理工大學
- 授課平台：中國大學MOOC、學堂線上
- 授課教師：賴曉晨、遲宗正、王潔、林馳、周寬久、李岩、申建建、張立勇、劉輝
- 開課時間：2018年04月23日（中國大學MOOC首次）、2019年12月30日（學堂線上首次）
課程性質,課程背景,課程定位,課程簡介,課程大綱,開課信息,教學目標,學習預備,預備知識,學習資料,所獲榮譽,教師簡介,
課程性質
課程背景
隨著文明社會的不斷進步，人類的生存和發展越來越離不開日新月異的科學技術，而嵌入式軟體設計就是計算機科學技術套用的一項重大技術。嵌入式軟體設計已經普及到移動網際網路、工業控制、智慧城市、信息通信、環境工程、可穿戴設備、智慧交通、生物仿真、智慧防控、智慧農業、智慧醫療等領域。
課程定位
嵌入式軟體設計是計算機、軟體工程等學科的專業方向課，是一門實踐性、技術性很強的重要課程。該課程的主要任務是介紹基於ARM/嵌入式Linux作業系統的GNU C語言程式設計思想、方法，以及基於STM32處理器和Proteus的嵌入式仿真技術。通過該課程的學習，使學習者掌握嵌入式軟體設計的基本流程和方法。
課程簡介
該課程共14章。第1章內容主要為常識介紹、基本原理介紹；第2章內容主要為基本軟體設計方法介紹；第3章內容主要為對ARM C語言的底層特性理解，包括對編譯器特點的理解；第4章內容主要為對Linux作業系統的一般性功能介紹；第5章內容主要為對Linux C編程工具鏈的詳細介紹；第6章內容主要為嵌入式軟體平台設計的詳細介紹；第7章內容主要為對檔案、目錄、記憶體的詳細介紹；第8章內容主要為對進程、執行緒的詳細介紹；第9章內容主要為對信號的傳送、捕獲等詳細介紹；第10章內容主要為對進程間通信的管道、共享、佇列等詳細介紹；第11章內容主要為對套接字的簡介、舉例、函式等詳細介紹；第12章內容主要為基於驅動程式，對實際硬體設備進行操作；第13章內容主要為分析STM32的系統設計方法，對實際硬體設備進行操作；第14章內容主要為基於Proteus的STM32系統仿真實例操作介紹。
課程大綱
01 概述 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 1.1 嵌入式系統概述 1.2 嵌入式軟體設計概述 02 嵌入式C編程綜述 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 2.1 軟體架構 2.2 C的面向對象化 2.3 漢字處理 2.4 螢幕操作 2.5 輸入事件 03 ARM C程式最佳化 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 3.1思路最佳化 3.2變數的數據類型選擇 3.3次數固定的循環最佳化 3.4次數不定的循環最佳化 3.5循環展開 04 Linux作業系統 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 4.1Linux簡介 4.2Linux的shell 4.3Linux的基本操作 4.4Linux的網路命令 05 Linux C編程工具鏈及Makefile 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（4學時）： 5.1工具鏈概述 5.2編輯器vi 5.3gcc簡介 5.4gcc的使用 5.5gdb簡介 5.6Makefile工作原理 5.7Makefile實例分析 5.8Makefile設計 5.9Makefile綜合實例 06 嵌入式軟體平台構建 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 6.1基於Linux的嵌入式平台 6.2BootLoader 6.3應用程式設計流程 07 檔案目錄和記憶體 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 7.1 檔案的屬性 7.2 檔案操作 7.3 檔案操作舉例 7.4 目錄操作 7.5 獲取目錄列表 7.6 記憶體映像 7.7 記憶體映像舉例 08 進程與執行緒 課時 | 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 8.1 進程創建 8.2 在進程中啟動程式 8.3 等待進程結束 8.4 執行緒簡介 8.5 多執行緒編程舉例 8.6 執行緒同步 8.7 執行緒的屬性 09 信號 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 9.1 信號簡介 9.2 傳送和捕獲信號 9.3 更健壯的信號接口 9.4 信號集處理 10 進程間通信 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 10.1 無名管道 10.2 有名管道 10.3 信號量簡介 10.4 信號量舉例 10.5 共享記憶體簡介 10.6 共享記憶體舉例 10.7 訊息佇列簡介 10.8 訊息佇列舉例 11 套接字 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 11.1 套接字簡介 11.2 套接字舉例 11.3 套接字接口函式 11.4 網路套接字 11.5 訪問系統服務 11.6 多客戶 12 模組與驅動程式及驅動程式舉例 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（4學時）： 12.1 核心模組簡介 12.2 核心模組設計 12.3 Linux設備驅動程式簡介 12.4 驅動程式的數據結構 12.5 虛擬字元設備驅動程式實例 13 STM32編程方法 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 13.1 STM32簡介 13.2 STM32常用片內資源 13.3 GPIO編程方法--暫存器方式 13.4 LED流水燈實例--GPIO暫存器方式 13.5 GPIO編程方法--標準庫方式 13.6 LED燈閃爍實例--GPIO標準庫方式 14 基於Proteus的嵌入式軟體仿真 課時 本章的主要視頻及課件資源列表如下（2學時）： 14.1 Proteus工具介紹 14.2 LED流水燈實例 14.3 定時器實例 14.4 外部按鍵中斷實例 |
（註：課程大綱排版從左到右列）
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次開課 | 2018年04月23日~2018年06月30日 | 賴曉晨、遲宗正、王潔、林馳、周寬久、李岩、申建建、張立勇 | 4小時每周 | 7439 |
第2次開課 | 2018年09月03日~2018年11月30日 | 9367 | ||
第3次開課 | 2019年03月04日~2019年05月31日 | 賴曉晨、遲宗正、張立勇、李岩、申建建 | 4250 | |
第4次開課 | 2019年11月04日~2020年01月17日 | 3765 | ||
第5次開課 | 2020年02月24日~2020年05月10日 | 4779 | ||
第6次開課 | 2020年09月14日~2021年01月20日 | 賴曉晨 | 1070 | |
第7次開課 | 2021年05月17日~2021年07月25日 | 賴曉晨、遲宗正、張立勇、劉輝、申建建 | 4041 | |
第8次開課 | 2021年10月18日~2022年01月16日 | 賴曉晨 | 4264 | |
第9次開課 | 2022年02月28日~2022年05月15日 | 3131 |
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 教學時長 | 報名人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2019-12-30至2020-03-31 | 賴曉晨、申建建、劉輝 | 14周 | 1366 |
第2次開課 | 2020-04-06至2020-07-26 | 16周 | ||
第3次開課 | 2020-09-01至2020-12-31 | 18周 | ||
第4次開課 | 2021-01-04至2021-07-25 | 29周 | ||
第5次開課 | 2021-08-09至2022-01-16 | 23周 | ||
第6次開課 | 2022-01-18至2022-07-18 | 26周 | ||
第7次開課 | 2022-07-25至2023-01-09 | 12周 |
教學目標
課程學習目標：
1、能夠說出嵌入式系統和嵌入式軟體的內涵與外延、以及交叉開發環境的概念；
2、能夠列舉出主要的幾種嵌入式C編程架構和ARM C程式最佳化方法；
3、能夠使用編輯器、編譯器、調試器等工具完成嵌入式軟體的構建；
4、運用嵌入式Linux C編程的一般方法完成檔案、目錄、記憶體、進程、執行緒、IPC、socket等軟體設計；
5、能充分運用驅動程式設計方法獨立完成led、鍵盤、數碼管等硬體的驅動程式設計；
6、能夠複述STM32的基本結構、Proteus的基本工作原理；
7、該課程列出14個主題，由學生自己製作ppt和視頻資料，並在課上做專題匯報，以鍛鍊自學能力、表達能力；
學習目標分解：
該課程內容的前14章中，每章介紹中均會包括該章學習目標與課程學習目標的對應關係，學習者可據此對各章節的學習內容與價值進行定位。
學習活動達成：
1、該課程的前14章中，總計包含課後習題80道，以及課後討論主題42個。習題和討論主題按照布魯姆教育目標分類，對學習者的要求從第到高分別為：記憶、理解、套用、分析、評價、創造。
2、在每章的介紹中，會對習題和討論主題按照布魯姆教育目標進行分類，學習者可據此判斷自己對該章內容的掌握程度。
學習預備
預備知識
該課程的學習者，應具備以下先導知識：
1.C or C++語言：學習過相關課程，能獨立編寫200行以上代碼的程式；
2.計算機組織與結構：學習過計算機組織與結構課程，了解計算機內部5大部件的工作原理；
3.ARM體系結構：學習過任意一種ARM處理器的體系結構，獨立編寫過彙編語言程式；
4.作業系統原理：學習過作業系統原理課程，了解檔案、目錄、IPC等機制的基本原理；
5.Linux作業系統：學習過linux作業系統課程，或自己安裝、使用過linux作業系統，能熟練使用20種以上常見shell命令；
學習資料
書名 | 作者 | ISBN | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|---|
《嵌入式軟體設計》 | 賴曉晨等 | 9787040552263 | 2020年 | 高等教育出版社 |
書名 | 作者 | ISBN | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|---|
《精通Proteus電路設計與仿真》 | 王博等 | 9787302483892 | 2017年 | |
《Linux程式設計（第四版）》 | 馬修等 | 9787115228215 | 2010年6月 | 人民郵電出版社 |
《Linux設備驅動開發詳解：基於最新的Linux 4.0核心》 | 宋寶華等 | 9787111507895 | 2015年 |
所獲榮譽
2019年，該課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。
2020年11月24日，該課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。
教師簡介
賴曉晨，博士，大連理工大學教授、碩士生導師，主講計算機組織與結構、嵌入式軟體設計、計算機組織與結構等課程。
遲宗正，博士，大連理工大學高級工程師，正開展科研項目：基於玄鐵處理器的國家級一流本科課程建設。
王潔，博士，大連理工大學高級工程師、碩士生導師，主要從事智慧型無線感知、無線定位跟蹤、人工智慧、智慧型系統相關的研究工作。
林馳，博士，大連理工大學副教授、碩士生及博士生導師，研究方向：物聯網、醫療大數據、人工智慧、深度學習、無線通信等。
周寬久，博士，大連理工大學教授、碩士生及博士生導師，大連理工大學軟體評測中心主任，研究方向為安全關鍵行業嵌入式軟體形式化建模與編譯最佳化、可靠性評估等。
李岩，大連理工大學講師。
申建建，大連理工大學教授、碩士生及博士生導師，致力於水電系統調度、多能互補、清潔能源電力市場等研究與開發。
張立勇，大連理工大學控制科學與工程學院副教授。
劉輝，女，研究生，大連理工大學軟體學院講師，研究方向為交叉學科領域下的語言學及語言教學的研究。
