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嵌入式軟件開發(fā)論文
嵌入式系統(tǒng)作為計算機相關(guān)專業(yè)的重要課程之一，嵌入式軟件開發(fā)不僅是嵌入式系統(tǒng)應用的一個重要方面，嵌入式軟件開發(fā)實踐教學環(huán)節(jié)也是該課程整個教學環(huán)節(jié)中非常重要的一個部分。本文通過研究嵌入式軟件開發(fā)課程的內(nèi)容選擇，嵌入式軟件開發(fā)實踐教學狀況。嵌入式軟件開發(fā)實踐教學改革的主要內(nèi)容有：提升硬件實踐教學能力、利用社會公司優(yōu)秀資源、成立校企聯(lián)合實踐基地、項目驅(qū)動實踐教學模式的改進等。最后，對嵌入式軟件開發(fā)實踐課程成績評價體系的調(diào)整進行了討論。
作為信息技術(shù)應用發(fā)展的一個新方向，嵌入式系統(tǒng)是單片機系統(tǒng)更高級的應用，硬件資源非富，軟件開發(fā)基于嵌入式操作系統(tǒng)基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)的功能和性能有了大大的提高。它可以應用于物聯(lián)網(wǎng)的前端、車聯(lián)網(wǎng)的移動端、移動應用等。嵌入式軟件開發(fā)課程是我校計算機科學與技術(shù)和軟件工程專業(yè)的一門專業(yè)課程，其實踐教學是整個教學課程的一個重要環(huán)節(jié)，是提高學生積極性、主動性和創(chuàng)造性的重要教學過程。通過實驗課程的學習和實踐，學生提高了工程設(shè)計能力、系統(tǒng)分析能力、基礎(chǔ)知識綜合性整合能力等。在實際的嵌入式軟件開發(fā)實踐教學中，通過近幾年的不斷改革和探索，實踐教學效果有了較大的提高。
一、嵌入式軟件開發(fā)課程的現(xiàn)狀
嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或輔助設(shè)備、機器或用于工廠運作的設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)通常執(zhí)行的是帶有特定要求的預先定義的任務，通常，這一任務是通過執(zhí)行嵌入式軟件來實現(xiàn)的。廣義的嵌入式系統(tǒng)一般分為兩種，一種是嵌入到其他設(shè)備或者機器中的模塊，進行設(shè)備的控制，比如冰箱、空調(diào)等里面控制模塊;另一種是獨立的設(shè)備系統(tǒng)，比如：路由器、機頂盒、手機等。針對前一種嵌入式控制模塊，一般采用的嵌入式操作系統(tǒng)為：uC/OS、uCLinux、Window CE、Linux、VxWorks等。而后一種嵌入式系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)，主要針對手機而言，操作系統(tǒng)平臺：Microsoft公司的window phone、Google公司的Android、Apple公司的iOS以及嵌入式Linux等。進行嵌入式軟件開發(fā)時，針對不同的嵌入式開發(fā)平臺，需要的軟硬件環(huán)境是不同的。尤其是iOS開發(fā)環(huán)境，需要使用Apple公司的硬件平臺和MACOS操作系統(tǒng)環(huán)境。我們調(diào)研了周邊的一些高校，各高校設(shè)置的嵌入式軟件開發(fā)的課程教學內(nèi)容不盡相同，有的是基于uC/OS操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)，有的是基于Linux操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)。軟件平臺主要是指嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWork、WinCE、uC/OS、嵌入式Linux等。我們學校選擇的該課程內(nèi)容是基于Linux操作系統(tǒng)平臺的嵌入軟件開發(fā)。
二、嵌入式軟件開發(fā)實踐教學情況
嵌入式軟件開發(fā)實踐課程對學生的基礎(chǔ)要求較高，學生的動手操作能力要強。一方面，嵌入式軟件開發(fā)實踐的基礎(chǔ)要求，不僅要懂得底層系統(tǒng)軟件和軟件性能優(yōu)化，而且必須懂得一部分硬件的工作原理。另一方面，是因為這一領(lǐng)域較新，技術(shù)發(fā)展較快，很多軟硬件技術(shù)較新或正在出現(xiàn)(如無線通信協(xié)議等)，掌握這些新技術(shù)需要有較強的學習能力。目前，高校的嵌入式實驗室一般都配有專門的嵌入實驗箱或者嵌入式開發(fā)模塊，學生按照實驗箱(或者開發(fā)板)進行Bootloader移植、操作系統(tǒng)移植、硬件模塊的驅(qū)動程序開發(fā)、應用程序開發(fā)等。這些實驗項目，一般都隨著實驗設(shè)備隨機配備，有現(xiàn)成的實驗步驟和源碼。實驗課堂上，學生一般按照實驗指導書的操作進行。這樣，學生在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)實踐中，學習的內(nèi)容和形式對學生積極性的提高沒有多大作用，學生自主創(chuàng)新的機會較少。
三、嵌入式系統(tǒng)實踐教學的改進
針對在嵌入式軟件開發(fā)實踐教學中出現(xiàn)的一些問題，我們進行了一系列的實踐教學改革與探索。
1.軟硬件兼顧，加強基于硬件應用的軟件開發(fā)實踐教學環(huán)節(jié)。嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺是多種多樣的，還有豐富的外部設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)軟件是在這些特定的硬件基礎(chǔ)之上運行的，嵌入式軟件的運行依賴于特定的硬件。在實踐教學環(huán)節(jié)，考慮到在特定的嵌入式硬件平臺之上，完成嵌入式軟件開發(fā)的實踐課。最初，我們在嵌入式軟件開發(fā)實踐教學的對硬件的實驗安排較少，甚至沒有，學生沒有掌握底層知識，對嵌入式軟件開發(fā)訪問硬件資源方面，就無從下手。加強用軟件控制硬件的實踐教學內(nèi)容。嵌入式軟件開發(fā)的軟件實驗，一方面通過軟件去控制硬件，完成特定的功能。利用硬件平臺的核心硬件電路和外設(shè)，通過豐富的傳感器獲取一系列的參數(shù)，通過網(wǎng)絡和控制系統(tǒng)，控制一些機械設(shè)備。比如，利用無線技術(shù)進行工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測、機器人控制等。這樣便提高了學生的興趣性、積極性和創(chuàng)造性。
2.開放實踐教學模式，與社會培訓公司聯(lián)合培養(yǎng)學生。充分利用社會培訓機構(gòu)資源，聯(lián)合培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)學生。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)技術(shù)特點，是技術(shù)新穎、發(fā)展快、應用廣泛等，高校教師需要有學習過程和項目實踐過程。然而，許多培新公司有專門的技術(shù)教師專門從事這方面的教學培訓工作。目前，有關(guān)嵌入式軟件開發(fā)培訓的公司很多，他們的教學體系、實驗內(nèi)容、項目實踐等很有特色，他們一直關(guān)注著該方向的前沿技術(shù)，這些都是值得我們學習的。我校和北京博創(chuàng)興業(yè)科技有限公司合作，利用他們優(yōu)質(zhì)的培訓教師和實踐的開發(fā)經(jīng)驗，參與學校的實踐教學，是我們嵌入式軟件開發(fā)實踐教學改革的一個重要方向。
3.按照社會需求培養(yǎng)學生，與企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)建實踐教學基地。讓學生參與到科研和技術(shù)公司中，讓他們接觸到最近的理念和開發(fā)技術(shù)。創(chuàng)建校企合作的實踐教學體系，就是以培養(yǎng)學生的全面素質(zhì)和實際項目能力為重點，利用學校與企業(yè)兩種不同的教育環(huán)境和教育資源，采用學校教育與企業(yè)實訓、實習的有機結(jié)合，共同完成高技術(shù)人才培養(yǎng)任務。在培養(yǎng)方案中體現(xiàn)校企合作實踐教學體系，與企業(yè)科研部門共同制定人才培養(yǎng)方案。這樣，學生能夠準確及時地根據(jù)市場變化和企業(yè)的需求，結(jié)合行業(yè)與社會經(jīng)濟的發(fā)展，遵循教育規(guī)律，共同制定人才培養(yǎng)方案。在培養(yǎng)方案中，實踐教學過程處于突出位置，具有很強的崗位針對性和主動適應性，既能豐富學生的項目經(jīng)歷，又能夠大大縮短學生就業(yè)后項目研究的適應期。
4.科研競賽項目帶動實踐教學。嵌入式軟件開發(fā)，作為軟件開發(fā)的一種，按照軟件工程的要求進行實踐教學安排，起到良好的教學效果。依據(jù)實驗教學課程與創(chuàng)新平臺的資金支持，深入企業(yè)進行項目調(diào)研，獲取企業(yè)在人才和技術(shù)上的各項需求。實驗室專業(yè)教師提出科研和實踐教學的需求方向和研究題目，嵌入式軟件開發(fā)的學生根據(jù)自身的興趣結(jié)合所學習的知識和技術(shù)，選擇項目驅(qū)動式實踐課程。項目來自老師的科研課題或企業(yè)技術(shù)研發(fā)。社會上，有關(guān)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的競賽也比較多，我們有選擇地讓學生參與嵌入式軟件開發(fā)的競賽。學生參與競賽，一方面給學生提供了學習新技術(shù)的機會，另一方面，學生積累項目了經(jīng)驗，提高了協(xié)同工作能力，這些活動的參與，屬于嵌入式軟件開發(fā)實踐課程的一部分。這樣，豐富了學生實踐課程的形式，也提高了學生的學習興趣。
5.實踐成績評價體系的改革。嵌入式軟件開發(fā)實踐課程是具有操作性很強的教學環(huán)節(jié)。如何給學生一個合理的評價方法，一直是我們的改革內(nèi)容，包括學習態(tài)度、實施和創(chuàng)作能力、文檔編制能力、組織協(xié)調(diào)能力以及團隊協(xié)作能力等。項目考核一般以項目答辯的形式進行，同時采用實踐考核和提交作品以及論文的形式，由指導老師評分。一方面，強調(diào)實踐過程的評價。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的實驗功能和性能的實現(xiàn)非常重要，考慮到整個實驗過程的復雜性，我們更強調(diào)學生的實驗過程和實驗態(tài)度，實驗過程環(huán)節(jié)成績所占比重，由原來的30%提高到50%。另一方面，加強實驗報告的撰寫。撰寫實驗報告是大學生的一項重要的技能和素質(zhì)，在實驗完成后，必須在規(guī)定時間內(nèi)完成自己的實驗報告。嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的實驗報告內(nèi)容主要包括：實驗目的、硬件平臺(具體外設(shè))、軟件平臺(運行平臺、開發(fā)平臺及開發(fā)環(huán)境等)、實驗過程、軟件流程圖及源碼、實驗過程遇到的主要問題及解決方案等。在學生成績評價過程中，實驗報告部分是評價體系的一個重要指標。
四、嵌入式軟件開發(fā)實踐教學改革的初見成效
通過嵌入式軟件開發(fā)實踐教學環(huán)節(jié)，學生進一步地鞏固和加深了在課堂上學得的知識，鍛煉了實踐操作技能，增強了實際動手能力。通過近期的實踐教學改革，通過我們對學生的調(diào)研，學生對實踐教學評價越來越高，學生對該課程的興趣也更大了，學生的積極性和主動性有了較大的提高，學生的實際動手操作能力有了較大的提高，選課的學生也越來越多。通過對近幾年畢業(yè)學生的就業(yè)情況進行調(diào)研，從事嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的學生就業(yè)情況非常好，學生發(fā)展的機會也比較多。
五、結(jié)語
由于嵌入式設(shè)備的硬件和軟件的快速發(fā)展，嵌入式軟件操作系統(tǒng)的發(fā)展也比較快，這對這門課程的實踐教學改革也在不斷的推進，其教學方式和教學內(nèi)容也必須與時俱進。在實踐教學中，更好地完成教學任務和如何激發(fā)學生的學習的主動性、積極性與創(chuàng)造性，是我們實踐教學改革的核心與主題。
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