《嵌入式开发》教案.docx

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《嵌入式开发》教案

计算机与信息工程学院

教案

20―20学年度第学期

课程名称嵌入式开发

主讲教师张同光

授课对象计算机科学与技术专业

授课时间

授课地点

教案（首页）

教案编写时间：

2013-05-31

课程名称

嵌入式开发

课程代码

总学时：

72学时

讲课：

64学时

上机：

学时

实验：

18学时

其他：

学时

学分

4

课程类别

公共课（）基础课（）专业基础课（）

专业课（√）专业选修课（）公共选修课（）

授课对象

计算机科学与技术专业

教材：

《嵌入式系统开发实用教程》主编：

张同光出版社：

清华大学出版社，2013

《LinuxC编程一站式学习》主编：

宋劲杉出版社：

电子工业出版社，2009

主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

教学目的、要求：

目的：

了解嵌入式系统基本要素和最新知识概念，掌握嵌入式系统软硬件设计原理和方法，实践嵌入式系统项目开发基本流程，掌握嵌入式系统开发方法。

通过学习，使学生深刻理解嵌入式系统的基本要素和最新设计理念、嵌入式操作系统、软硬件协同设计的基本方法；实践嵌入式系统设计流程；具备良好的嵌入式系统工程开发能力。

通过本课程的学习，具备一定的分析和解决问题的能力；激起学生们的好奇心和创造力。

要求：

1．嵌入式相关基础理论知识的理解与掌握

2．LinuxC编程、Linux网络编程

3．基于SkyEye的嵌入式系统开发

4．驱动程序设计的框架以及关键点

5．进一步分析Linux0.11内核源代码，提升自己对操作系统原理的理解水平，对操作系统有一个总体的把握和认知

教学重点、难点：

重点：

嵌入式系统开发技术基础的掌握、熟悉嵌入式系统开发环境、掌握嵌入式软件开发基础、QEMU、GDB的安装及简单使用、SkyEye的安装及简单使用、TFTP、NFS服务器的搭建、基于skyeye的Bootloader移植、基于skyeye的Kernel移植、基于skyeye的RootFS移植、linux命令行聊天程序的设计

难点：

嵌入式系统开发技术基础知识、基于skyeye的移植三部曲、LinuxC编程一站式学习II.C语言本质、LinuxC编程一站式学习III.Linux系统编程

注：

1、本页内容针对所讲授课程的总体情况填写；

2、预留版面不够可另附页。

第1讲

一、授课题目：

嵌入式系统开发技术基础。

二、教学目的、要求：

使学生对嵌入式开发有一个整体、宏观的认识。

了解嵌入式系统的定义、分类与特点

了解嵌入式系统的组成

了解嵌入式微处理器的分类与特点

了解嵌入式操作系统的种类与特点

理解ARM微处理器的指令系统

理解嵌入式系统开发流程和开发要点

三、教学重点、难点：

重点：

嵌入式系统的定义、分类与特点、嵌入式系统的组成、操作系统的种类与特点

难点：

微处理器的分类与特点、ARM微处理器的指令系统、嵌入式系统开发流程和开发要点

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

嵌入式系统概述、嵌入式系统的定义、分类与特点、嵌入式系统的组成、嵌入式系统的应用领域及发展趋势、嵌入式处理器、嵌入式处理器的分类与特点、ARM微处理器简介、ARM微处理器基础、ARM微处理器的指令系统、ARM内存管理单元、嵌入式操作系统、嵌入式操作系统的种类、特点与发展、嵌入式Linux概述、嵌入式系统的结构、开发流程、开发要点、嵌入式系统的结构、开发模式及开发流程、嵌入式Linux系统开发要点

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第2讲

一、授课题目：

嵌入式系统开发环境

二、教学目的、要求：

使学生对嵌入式系统开发环境有一个整体、宏观的认识。

了解OK2440-Ⅱ开发板构成及硬件资源

了解交叉编译的基本知识

了解WindowsCE和Linux的引导过程

了解SkyEye的起源和发展、目标和意义

掌握SkyEye的配置文件skyeye.conf

掌握交叉编译环境的创建

掌握QEMU、GDB的安装及简单使用

掌握SkyEye的安装及简单使用

掌握TFTP、NFS服务器的搭建

三、教学重点、难点：

重点：

SkyEye的配置文件skyeye.conf、交叉编译环境的创建、QEMU、GDB的安装及简单使用、SkyEye的安装及简单使用、TFTP、NFS服务器的搭建

难点：

QEMU、GDB的安装及简单使用、SkyEye的安装及简单使用

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

嵌入式系统开发环境简介、OK2440-II开发平台介绍、OK2440-II开发板构成、OK2440-II开发板硬件资源、实例—OK2440-II开发板的基本使用、实例—引导WindowsCE、实例—引导Linux、交叉编译的基本知识、ARM编译环境、ARM交叉编译工具链、嵌入式软件开发流程、实例—创建交叉编译环境、实例—QEMU、GDB的安装及简单使用、QEMU的安装、GDB的安装、运行ARM汇编程序、调试ARM汇编程序、SkyEye的安装及简单使用、SkyEye简介、实例—安装SkyEye-1.2.6、实例—使用SkyEye-1.2.6、实例—TFTP服务器的搭建、实例—NFS服务器的搭建

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第3讲

一、授课题目：

嵌入式软件开发基础。

二、教学目的、要求：

使学生对嵌入式软件开发基础有一个整体、宏观的认识。

了解LinuxC语言程序设计基础知识

了解ARM汇编语言程序设计的相关知识

了解汇编分类

了解GNUARM汇编语法

了解ELF文件的格式

了解GNU-ld链接脚本

掌握gcc编译器的使用

掌握make及Makefile文件的使用

掌握gdb调试器的使用

掌握ARM汇编&C语言混合编程

掌握x86汇编&C语言混合编程

三、教学重点、难点：

重点：

ARM汇编语言程序设计的相关知识、汇编分类、GNUARM汇编语法、ELF文件的格式、GNU-ld链接脚本、gdb调试器、ARM汇编&C语言混合编程、x86汇编&C语言混合编程

难点：

GNUARM汇编语法、ELF文件的格式、GNU-ld链接脚本、gdb调试器、ARM汇编&C语言混合编程、x86汇编&C语言混合编程

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

LinuxC语言程序设计基础知识；程序安装目录、头文件、库文件；gcc编译器；实例—使用gcc编译器；GNUmake工具和Makefile文件；实例—使用make及Makefile文件；glibc；gdb；实例—使用gdb调试器；Binutils工具包；汇编分类；AT&T与Intel汇编语言的比较；ARMASM与GNUARMASM；GNUARM汇编语法；简单的GNUARM汇编源程序举例；GNUARM汇编程序中的语句格式；GNUARM汇编源程序中的标号；GNUARM汇编程序中的分段；GNUARM汇编程序中定义入口点；GNUARM汇编程序中的宏定义；GNUARM汇编程序中的常数；GNUARM汇编程序中的常用伪操作；GNUARM汇编程序中的特殊字符和语法；ATPCS；ARM汇编&C语言混合编程；C内联ARM汇编；模块化程序设计；ARM汇编&C语言混合编程；x86汇编&C语言混合编程；ELF文件的格式；目标文件的格式；可执行文件的格式；GNU-ld链接脚本；

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第4讲

一、授课题目：

C语言基础。

二、教学目的、要求：

回顾C语言基础知识。

三、教学重点、难点：

重点：

C语言基础

难点：

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

程序的基本概念

常量、变量和表达式

简单函数

分支语句

深入理解函数

循环语句

结构体

数组

编码风格

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第5讲

一、授课题目：

计算机中数的表示、数据类型详解。

二、教学目的、要求：

了解计算机中数的表示、数据类型。

三、教学重点、难点：

重点：

计算机中数的表示、数据类型详解。

难点：

计算机中数的表示、数据类型详解。

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

由赋值产生的类型转换

强制类型转换

编译器如何处理类型转换

按位与、或、异或、取反运算

移位运算

掩码

异或运算的一些特性

复合赋值运算符

条件运算符

逗号运算符

sizeof运算符与typedef类型声明

SideEffect与SequencePoint

运算符总结

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第6讲

一、授课题目：

计算机体系结构

二、教学目的、要求：

使学生对计算机体系结构有一个整体、宏观的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

内存与地址、MMU

难点：

MMU

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

内存与地址

CPU

设备

MMU

MemoryHierarchy

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第7讲

一、授课题目：

x86汇编程序

二、教学目的、要求：

使学生对x86汇编程序有一个整体、宏观的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

x86的寄存器、第二个汇编程序、寻址方式、ELF文件

难点：

寻址方式、ELF文件

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

最简单的汇编程序

x86的寄存器

第二个汇编程序

寻址方式

ELF文件

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第8讲

一、授课题目：

汇编与C之间的关系

二、教学目的、要求：

认识汇编与C之间的关系

三、教学重点、难点：

重点：

函数调用、main函数和启动例程、变量的存储布局、结构体和联合体、C内联汇编、volatile限定符

难点：

main函数和启动例程、变量的存储布局、结构体和联合体、C内联汇编、volatile限定符

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

函数调用

main函数和启动例程

变量的存储布局

结构体和联合体

C内联汇编

volatile限定符

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第9讲

一、授课题目：

链接

二、教学目的、要求：

使学生对链接有一个整体的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

多目标文件的链接、定义和声明、extern和static关键字、头文件、定义和声明的详细规则、静态库、共享库、编译、链接、运行、动态链接的过程、共享库的命名惯例

难点：

编译、链接、运行、动态链接的过程

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

多目标文件的链接

定义和声明

extern和static关键字

头文件

定义和声明的详细规则

静态库

共享库

编译、链接、运行

动态链接的过程

共享库的命名惯例

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第10讲

一、授课题目：

预处理

二、教学目的、要求：

使学生对预处理有一个认识。

三、教学重点、难点：

重点：

预处理的步骤、宏定义、函数式宏定义、内联函数、#、##运算符和可变参数、宏展开的步骤、条件预处理指示、其它预处理特性

难点：

函数式宏定义、内联函数、#、##运算符和可变参数、宏展开的步骤

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

预处理的步骤

宏定义

函数式宏定义

内联函数

#、##运算符和可变参数

宏展开的步骤

条件预处理指示

其它预处理特性

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第11讲

一、授课题目：

Makefile、指针

二、教学目的、要求：

使学生对Makefile、指针有一个整体、宏观的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

基本规则、隐含规则和模式规则、变量、自动处理头文件的依赖关系、常用的make命令行选项、指针的基本概念、指针类型的参数和返回值

难点：

常用的make命令行选项、指针的基本概念、指针类型的参数和返回值

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

基本规则

隐含规则和模式规则

变量

自动处理头文件的依赖关系

常用的make命令行选项

指针的基本概念

指针类型的参数和返回值

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第12讲

一、授课题目：

指针

二、教学目的、要求：

使学生掌握对指针的使用。

三、教学重点、难点：

重点：

指针与数组、指针与const限定符、指针与结构体、指向指针的指针与指针数组、指向数组的指针与多维数组、函数类型和函数指针类型、不完全类型和复杂声明、

难点：

指针与数组、指针与const限定符、指针与结构体、指向指针的指针与指针数组、指向数组的指针与多维数组、函数类型和函数指针类型

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

指针与数组

指针与const限定符

指针与结构体

指向指针的指针与指针数组

指向数组的指针与多维数组

函数类型和函数指针类型

不完全类型和复杂声明

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第13讲

一、授课题目：

函数接口

二、教学目的、要求：

使学生对函数接口有一个整体、宏观的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

strcpy与strncpy、malloc与free、传入参数与传出参数、两层指针的参数、返回值是指针的情况、回调函数、可变参数

难点：

传入参数与传出参数、两层指针的参数、返回值是指针的情况、回调函数、可变参数

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

strcpy与strncpy

malloc与free

传入参数与传出参数

两层指针的参数

返回值是指针的情况

回调函数

可变参数

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第14讲

一、授课题目：

C标准库

二、教学目的、要求：

使学生对C标准库有一个整体、宏观的认识。

三、教学重点、难点：

重点：

字符串操作函数、标准I/O库函数

难点：

字符串操作函数、标准I/O库函数

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

字符串操作函数

初始化字符串

取字符串的长度

拷贝字符串

连接字符串

比较字符串

搜索字符串

分割字符串

标准I/O库函数

文件的基本概念

fopen/fclose

stdin/stdout/stderr

errno与perror函数

以字节为单位的I/O函数

操作读写位置的函数

以字符串为单位的I/O函数

以记录为单位的I/O函数

格式化I/O函数

C标准库的I/O缓冲区

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第15讲

一、授课题目：

链表、二叉树和哈希表

二、教学目的、要求：

使学生对链表、二叉树和哈希表的使用。

三、教学重点、难点：

重点：

单链表、双向链表、静态链表

难点：

单链表、双向链表、静态链表

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

单链表

双向链表

静态链表

五、作业布置：

多看书，理解概念

六、主要参考资料：

（1）

（2）

（3）http:

//www.embedu.org/

（4）

等等

第16讲

一、授课题目：

引导加载程序Bootloader的移植

二、教学目的、要求：

使学生对引导加载程序Bootloader的移植有一个整体、宏观的认识。

了解常见的BootLoader

理解BootLoader的工作流程

了解U-Boot的代码结构

掌握U-Boot常用命令的使用

掌握Bootloader基于SkyEye的移植

了解真实开发板和虚拟开发板烧写BootLoader的不同

三、教学重点、难点：

重点：

BootLoader的工作流程、U-Boot的代码结构、U-Boot常用命令的使用、Bootloader基于SkyEye的移植、真实开发板和虚拟开发板烧写BootLoader的不同

难点：

Bootloader基于SkyEye的移植、真实开发板和虚拟开发板烧写BootLoader的不同

四、教学进程（含课堂教学内容、教学方法、辅助手段、师生互动、时间分配、板书设计等）：

教学方法：

多媒体；师生互动：

即兴提问题；时间分配：

2学时；教学内容：

如下。

BootLoader概述

BootLoader的工作流程

常见BootLoader介绍

U-Boot-1.1.4源代码分析

U-Boot的代码结构

U-Boot的启动流程

移植U-Boot-1.1.4到S3C2440A平台

U-Boot的配置与编译

实例—移植U-Boot到S3C2440A平台

实例—烧写U-Boot到Flash

实例—使用U-Boot

U-Boot的常用命令

U-B