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机械电子工程专业嵌入式系统教学

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11 月 4, 2023 #plm系统, #postman, #嵌

机械电子工程专业嵌入式系统教学

机械电子工程专业嵌入式系统教学[1]

机械电子工程专业嵌入式系统教学/

[摘要] 在“卓越工程师教育培养计划”的指导下,国内高校逐渐开始在机械类本科教学中开设嵌入式系统课程。 然而,在机械类专业嵌入式系统教学内容的选择、教学方法和培养目标方面,目前还处于探索过程中。

本文总结了机电工程专业嵌入式系统教学的特点,探讨了机电工程专业嵌入式系统教学的内容和方法。

通过突出重点、分解难点、案例教学与启发式教学相结合,使学生在现有先修课程的基础上,快速抓住要点,掌握嵌入式系统的基本原理和应用方法。

【关键词】卓越计划; 教学改革; 嵌入式系统; 教学内容0 简介

“卓越工程师教育培养计划”旨在培养一批具有较强创新能力、适应经济社会发展需要的高素质各类工程技术人才,服务国家新时代战略。走工业化发展道路、建设创新型国家、人才强国,推动我国从工程教育大国向工程教育强国转变的重大改革工程。

江南大学机电工程专业入选第一批“卓越计划”以来,在江南大学本科三年级课程体系中开设了基于ARM微处理器S3C2440的嵌入式系统原理与应用选修课。机电工程。

长期以来,嵌入式系统一直是高等院校电子信息类专业的主干基础课[1]。 它强调跨学科、跨专业的理论、方法和技术的集成和应用。 它是一门理论与实践相结合的综合性、紧密结合的课程。 课程特色鲜明[2]。

对于机械专业来说,虽然在课程设计中纳入了一些嵌入式系统必修课程,但专门的嵌入式系统课程较少,缺乏适合机械专业本科生的嵌入式系统课程。 教科书。

本文结合近年来的实践教学经验,总结了机电工程专业嵌入式系统的教学特点,探讨了机电工程专业嵌入式系统的教学内容和方法。

1 机电类专业嵌入式系统教学特点

在机电专业开设嵌入式系统课程是本科课程自我更新的一条新路径,也是计算机技术发展引起的本科课程体系更新过程的自然结果[3]。

嵌入式系统广泛应用于工业现场。 对于机电设备专业的本科生来说,在机电设备的开发、控制和维护方面有较强的应用背景知识,有一定的先修课程基础。 因此,嵌入式系统课程更适合机电工程专业的本科生。

但同时,与电气专业不同,机械专业的电气基础相对薄弱,这就导致机械电子专业的嵌入式系统教学存在以下特点:

1.1 课程内容全面

嵌入式系统是一个软件和硬件系统的复合体[4]。 在课程中,应教授学生嵌入式微处理器的基础知识和其他相关硬件知识,包括处理器结构、指令系统、寄存器设置等,并讲解嵌入式软件知识,包括Linux系统、交叉编译、设备驱动程序、多进程通信等

1.2 课程学时有限

作为专业选修课,嵌入式系统课程的教学时间为32学时,而电气专业的课程一般在48学时以上,甚至72学时,其中实验8学时。

由于课堂教学时数较少,学生更有可能了解某些细节但缺乏整体了解,或者掌握了大体框架但实际做起来却一事无成。

1.3 必修课程基础薄弱

虽然机电工程专业的本科生已经具备了C语言设计、模拟/数字电子技术、微机原理、单片机接口技术、电子CAD等先修课程的基础,但由于短期课程的影响在大学教学活动中,学生的背景知识有限。 理解不够全面、不够深入。

尤其是对于机械类学生来说,不仅计算机硬件基础薄弱,缺乏软件开发能力和经验,而且对操作系统知识也基本缺乏,这给嵌入式系统课程的教学带来一定的困难。

2 机电专业嵌入式系统教学内容与方法

根据机械电子工程专业嵌入式系统教学的现状和特点,有针对性地确定课程体系的设置,安排相应的教学内容和教学方法。

2.1 教学内容选择

作为一门专业选修课,嵌入式系统课程的目标不是让学生掌握该领域全面、巩固的知识,而是让学生在现有基础上踏入这个新领域,获得一般知识。 掌握其基本原理和方法,并对进一步探索该领域产生浓厚的兴趣。

根据这一思路,针对机械类专业嵌入式系统的教学特点,应特别注意突出重点、合理分解难点。

由于学生已经具备了微机原理、单片机接口等基础知识,因此在教学中弱化了使用ARM芯片作为高端单片机的相关内容。

在详细介绍处理器结构和介绍基本指令的基础上,仅介绍定时器、中断、SDRAM、Nand Flash控制器和时钟系统等资源。 C语言编程案例多用于避免学生对复杂的指令感到困惑。 系统和寄存器设置在架构中丢失。

由于机械类学生没有操作系统的背景知识,因此在学习嵌入式系统软件时存在一定的困难。

嵌入式Linux操作系统及其开发环境是嵌入式软件的基础。 学生需要掌握基本的Linux系统命令和交叉编译方法,同时通过案例教学呈现shell程序和Makefile文件。

Linux操作系统下设备驱动程序的基本思想、程序框架和编写步骤是课程的重点之一,体现了软件与硬件的结合。 因此,对于这一部分,不仅安排了较多的课时讲解,还安排了实验。

在Linux操作系统下的线程、进程和进程间通信部分,由于学习时间的限制,实际编程操作被削弱,主要通过案例和演示实验来让学生掌握基本思想和方法。

2.2 教学方法的初步探索

嵌入式系统是一门应用课程[5]。 对于机械电子工程专业的本科生来说,其意义在于更好地实现机电一体化应用。

为此,结合“卓越工程师”培养计划的实施,教学中增加了更多的应用案例,突出学用结合的教学模式,重视学生工程素养的培养,建立面向工程的思维方式,掌握解决实际工程问题的科学方法。

课堂教学中,将灌输式教学改为启发式教学,特别注重引导学生在微机原理、单片机接口技术等课程中联系所接触到的8051单片机的相关概念和方法,从而提高学生的学习效率。他们可以为嵌入式系统的硬件部分生成逻辑。 继承与关联,有效理解硬件的工作原理。

在嵌入式系统软件部分的教学中,以学生熟悉的Windows操作平台为例,讲解嵌入式Linux操作系统要解决的问题和实现方法,促使学生摆脱神秘感。这个未知的领域,激发他们进一步学习的兴趣。

3 结论

针对本科三年级机械电子工程专业选修课《嵌入式系统原理与应用》的教学特点,设置和采用合理的教学内容和教学方法。

虽然课时较少,无法对很多知识点进行深入讲解和拓展,但通过列举实际案例、分解难点,让学生在教学过程中保持浓厚的学习兴趣,取得良好的教学效果。 。

【参考】

[1]潘登,陈启军. 面向卓越人才培养的嵌入式系统教学改革[J]. 计算机教育,2013(7):1-5。

[2] 丁祝玉,张继龙,吴永峰,等。 嵌入式系统课程实践教学模式的研究与探索[J]. 西南农业大学学报:社会科学版,2009,7(6):181-182。

[3] 黄晓玲,段凤云,赵建科。 嵌入式系统实验教学体系的探索与实践[J]. 实验技术与管理, 2006, 23(4): 85-87.

[4] 凌明,刘浩,史龙兴. 关于嵌入式系统课程教学过程中几个问题的思考[J]. 电工电子教学学报,2007(10):94-96、106。

[5]黄英,刘辉。 面向就业的嵌入式系统专业教学体系研究[J]. 中国科教创新指南,2011(29):52-53。

微电子专业嵌入式系统教学新模式的研究与构建[2]

摘要: 建立微电子专业嵌入式系统学术、科研和生产平台,开展嵌入式系统教学方法和嵌入式系统考核方法改革研究,探索基于嵌入式系统的微电子专业学术、科研和生产合作。市场导向、企业支持。 新的教育模式。

关键词:嵌入式系统产学研项目驱动评估模型

随着物联网和通信技术的发展,嵌入式产品广泛应用于全球各行业。

但一方面,我国嵌入式人才市场供大于求,企业选拔人才困难; 另一方面,大学毕业生就业难。

主要问题是毕业生不能满足市场对人才的需求,校企合作不够密切。

这种现象不仅仅存在于本科毕业生中。

随着研究生扩招,提高研究生就业率也被提上日程。

学校无法为学生提供足够的实践机会。 有些教学只有理论讲解而没有实际操作,或者学生只是按照实验箱的步骤完成实验,无法提高学生的动手能力和实际工程项目研发能力,无法满足学生的需求。 嵌入式研发企业对人才的需求。

对于微电子专业来说,芯片设计更新很快。 系统集成、片上系统乃至可编程片上系统都需要大量既懂芯片设计又懂嵌入式系统的复合型人才。 在这方面,同行业先进企业对人才的需求与国际企业有所不同。 与要求还有很大差距。

因此,如何解决这些问题,形成适应市场需求的嵌入式系统人才培养新模式,是微电子专业嵌入式系统教学面临的重要问题。

国内外许多大学和实验室都对嵌入式系统课程进行了教学改革和尝试,如英国雷丁大学、德国波恩-莱茵-西格大学、新加坡南洋理工大学、卡尔顿大学等在加拿大; 国内有清华大学、哈尔滨工程大学、江西科技大学、华中科技大学等。

上述研究往往涉及计算机专业或电子工程专业,但关于微电子专业嵌入式系统课程教学改革的报道较少,且大多数嵌入式系统教学改革主要是实验部分的改革。

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》精神,继续深化本科生和研究生教学改革,提高本科生和研究生质量和就业率教育。

旨在探索微电子专业嵌入式系统学术研究与生产教育的新模式,找到一条紧密结合实际科研项目、教学环节和企业生产的特色路径。

以市场乃至国际市场为导向,以企业甚至跨国公司为依托,学、研、产相结合,将微电子专业嵌入式系统科学研究、企业技术研发和人才培养紧密结合起来的新模式。

特别是针对微电子专业研究生的教育,我们与企业乃至跨国公司进行技术研发合作,提高人才的创新能力、解决实际工程问题的能力和专业工程素养,培养学生基础扎实、较强的实践能力和专业工程素养。 微电子专业毕业生深受高等院校和企业的欢迎。

为解决大学生就业难、企业选型难的问题; 对于缩小我国在微电子专业综合人才领域与先进国家的差距,具有重要的现实意义和长远的社会意义。

1 建立微电子专业嵌入式系统学习、研究和生产平台

嵌入式系统是微电子专业研究生和本科生的专业选修课。

微电子专业嵌入式系统的特点是紧跟芯片和软件的前沿发展趋势、涉及学科多、国际器件多、更新快。

本课程要求理论与实践紧密结合,企业需要能够解决实际工程问题的嵌入式人才。 这些推动了微电子专业嵌入式系统产学研用教育新模式的发展,提高了学生理论联系实际和工程项目研发的能力。

我校已与北京华信维特科技有限公司、深圳先淼科技有限公司、北京飞曼软件有限公司合作建立嵌入式联合实验室,并正在与跨国公司相关人士洽谈; 此外,本研究在科研方面,实验室已初步建立了小型物联网系统、RFID系统、光栅测量系统、火炮发射计数系统、烟雾报警系统并完成了芯片设计和成功流片项目。 这些都是本课程学习、研究和制作的新模式。 探索研究搭建了良好的基础和平台。

一些同学利用在华芯微特公司学到的ARM汇编语言进行指令集的测试设计和应用设计。

有的学生利用所学的软硬件系统设计方法进行电子产品的设计和生产,部分产品已在企业中使用。

建立微电子专业嵌入式系统学、研、产新模式,一个非常重要的部分就是教学方法和考试方法的改革。

以实际工程项目驱动为主要形式,以实用课题研究和技术开发为主要内容,整合学校和企业优质资源,优化微电子专业嵌入式系统教学和考试方法,提高学生的综合素质。知识、学习、动手、实践工程实践项目的研发能力,实现与企业的紧密合作,这将为学生成功进入市场、进入企业增添强劲动力。

2 实践项目驱动的教学方法改革

基于嵌入式系统学术研究和生产平台,紧跟嵌入式学术前沿发展趋势,不断完善企业所需的产品功能,并将实际研发项目和流程引入嵌入式系统课堂,利用内外部采用课下学习、作业和实验相结合的方法,使学生能够完成嵌入式系统的实际硬件电路设计、编程、调试环境搭建、板级调试、网络通信、系统集成和文档编写,提高学生的工程项目能力研究和开发以及实际操作技能。 能力。

邀请企业一线专家来校,让学生近距离聆听企业嵌入式专家的报告和指导,提高学生的工程项目经验、创新能力、实践能力,丰富学生的专业素质,也提高了学生的就业率。

同时也为企业产品研发提供人才保障。

此外,还使学生和教师能够及时了解公司对毕业生的要求、对课程内容的建议以及企业技术创新需求等,从而紧跟嵌入式市场的发展需求,调整教学内容适时规划,培养符合市场、符合企业的学生。 微电子嵌入一线需求人才。

切实建立以国际市场为导向、依托国内外企业、学、研、产紧密结合的微电子专业嵌入式系统教育新模式。

同时,我们将进一步深化与企业长期、密切的产学研合作,使该平台成为企业技术创新和我校微电子专业嵌入式人才培养的重要基地。

3、根据市场和微电子专业特点细分方向

基于微电子专业的特点,部分学生未来将主要从事嵌入式系统设计和研发工作。

从事嵌入式系统研发的学生以硬件电路设计和软件编程为重点,通过需求分析、方案论证、数据采集、系统设计、电路调试、软件编程、系统测试等全过程,完成一个标准的工程项目。文档写作。 嵌入式系统开发。

另一部分学生未来将主要从事器件或芯片的设计开发工作。

随着芯片集成度的不断提高,电子元件向深亚微米方向发展,芯片设计向系统集成方向发展,即SoC片上系统甚至可编程芯片系统(SoPC) ) 设计。

本组学生需要学习和掌握嵌入式系统的体系结构、处理器的体系结构、内部器件和单元模块的工作原理等。

比如ARM处理器的体系结构、外围接口的总线设计、ARM的汇编语言等。

在芯片设计中,汇编语言广泛用于芯片测试,如指令集测试。 指令通过汇编语言完成,然后转换为机器代码。 通过查看寄存器来验证流水线设计的正确性; 另外,汇编语言也用于芯片设计,可以使用汇编语言完成ARM源码的编写。

学生掌握了系统的结构和工作原理,有利于系统集成的设计和应用。

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