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嵌入式系统
第9次开课
开课时间: 2025年02月15日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 4小时每周
进行至第12周,共20周 已有 630 人参加
立即参加
课程详情
课程评价(58)
spContent=经过十多年的教学探索研究和实践积累,深入发掘了嵌入式系统课程知识体系的构成特色、在系统思维与能力方面的培养特质以及课程知识体系高度综合带来的教--学挑战,进而从知识体系重构、系列教材编/译、教学模式改革、实践环节拓展等多个维度对课程内容与体系、教学资源与模式等进行了全面优化,已建成为陕西省省级一流课程(线上),以及西北工业大学校级一流本科课程(线下)、高水平示范课程、课程思政示范课程等。 本课程以线下课程的内容为蓝本,从体系的角度出发,对各部分的难点和重点内容进行讲授,适合于计算机、物联网、自动化、电子电气、航空航天航海等相关专业的高年级本科生以及研究生、专业从业人员学习。 另,在每章增加了“智课点”相关建议。本课程知识高度综合、实践性强、有一定难度,特建议能够结合Kimi、DeepSeek等大模型进行拓展、进阶式学习,进一步提升课程的学习效率和质量,同时培养运用大模型工具的学习工作能力。
经过十多年的教学探索研究和实践积累,深入发掘了嵌入式系统课程知识体系的构成特色、在系统思维与能力方面的培养特质以及课程知识体系高度综合带来的教--学挑战,进而从知识体系重构、系列教材编/译、教学模式改革、实践环节拓展等多个维度对课程内容与体系、教学资源与模式等进行了全面优化,已建成为陕西省省级一流课程(线上),以及西北工业大学校级一流本科课程(线下)、高水平示范课程、课程思政示范课程等。 本课程以线下课程的内容为蓝本,从体系的角度出发,对各部分的难点和重点内容进行讲授,适合于计算机、物联网、自动化、电子电气、航空航天航海等相关专业的高年级本科生以及研究生、专业从业人员学习。 另,在每章增加了“智课点”相关建议。本课程知识高度综合、实践性强、有一定难度,特建议能够结合Kimi、DeepSeek等大模型进行拓展、进阶式学习,进一步提升课程的学习效率和质量,同时培养运用大模型工具的学习工作能力。
—— 课程团队
课程概述

    嵌入式系统是实现信息与物理、信息与应用深度融合的经典技术,其呈现出技术形态快速演化、物联网络多态互联、智能应用融合发展等新的特征,是支撑万物智联的技术构成和重要基石。鉴于此,近年来嵌入式系统课程已被列为计算机、自动化、电子信息以及航空航天航海等诸多学科专业的核心课程,其知识体系完备、软件硬件融合,天然具备了系统思维与系统能力培养的独有特质。

    西北工业大学软件学院、计算机学院的嵌入式系统课程最早开设于2005年,以研究型大学高层次人才培养为目标进行课程建设。课程团队由长期从事嵌入式系统、物联网系统、计算机控制等领域教学与科研工作的教师组成,长期积累、形成了校企联合、学研结合、交叉融合的团队优势,并由中国计算机学会嵌入式系统专委秘书长(2020.1-2023.12)/副主任(2024.1-2027.12)、第二届中国嵌入式系统十大杰出青年称号获得者张凯龙教授长期担任课程负责人和主讲教师。

    在十多年的教学过程中,团队总结了嵌入式系统课程的天然优势、特质及其挑战,进而从重构知识体系、编译系列教材、拓展实践模式等角度对课程内容与体系、教学资源与模式等进行了全面优化,已建成为西北工业大学一流本科课程。其中,在国内率先重构、形成了“从技术到思想、宏观到微观、模型到具象、硬件到软件、高级语言到汇编语言”等的多维融合嵌入式系统知识体系;编著出版《嵌入式系统体系、原理与设计(第1、2版)》、《嵌入式系统数字课程》专业教材3部,译著出版《嵌入式系统导论—CPS方法》(第2版)、《嵌入式系统设计──CPS与物联网应用》(第3版)、《柏拉图与技术呆子》等国际著名专业教材和科技哲学著作4部,形成了从基础到高阶、从经典到前沿的教材体系,相关教材已被国内30余所高校采用;为了发掘嵌入式系统课程在系统思维与能力培养的特质,针对性地改革并构建了以专业培养与思政引导、课堂教学与随课设计等相融合的课程教学创新体系,深受师生好评与欢迎;建成课程与教学资源平台网站2个,校企共建嵌入式操作系统联合实验室1个,为教学质量的提升提供了有力保障。实践证明,这些举措与创新有效解决了广大专业教师和学生所公认的、长期掣肘嵌入式系统课程教和学的诸多难题与挑战。近年来,课程团队发表嵌入式系统课程教学研究论文10余篇,指导本科生获得国家级专业竞赛奖励多项,获西北工业大学优秀教材一等奖、优秀教学成果一等奖/二等奖等多项,陕西省优秀教学成果一等奖1项。

    本慕课内容以线下课程为蓝本,重点选取了涵盖嵌入式系统的软硬件关键知识点进行主题讲解和讨论,共计38讲。希望大家通过本课程的学习能够掌握嵌入式系统的知识体系、核心方法和发展趋势,在掌握专业知识的同时也能够培养和提升系统思维与系统能力。

授课目标
  1. 通过理论学习,了解嵌入式系统的基本概念、普遍性原理、组成、特点及目前主流的嵌入式系统设计技术等;建立嵌入式系统的整体概念以及多维度的嵌入式系统知识体系;
  2. 掌握嵌入式系统分析、嵌入式软硬件设计、嵌入式系统开发、调试与测试等的基本原理和方法;
  3. 引导学生、学习者,加强多维度、系统化的专业思维能力与综合能力的培养,以及对大模型类工具的深刻认识和专业化运用能力;
  4. 在基础慕课资源的基础上,通过讨论区、专题文章等引入前沿、高阶及案例等内容,支撑学生更为有效的知识学习与掌握。
课程大纲
嵌入式系统概念、组成与特点
课时目标:让学员全面理解嵌入式系统的基本概念、内涵、组成、特点等。智课点:(1)建议运用大模型工具进一步分析典型的嵌入式系统实例;(2)与大模型工具的深度交互,对知识的更深刻理解。
1.1 嵌入式(计算机)系统课程内涵与知识体系
1.2 嵌入式(计算机)系统概念
1.3 嵌入式系统的组成和特点
嵌入式硬件基础
课时目标:让学员理解嵌入式系统硬件的基本构成与形式,归纳、总结电路设计与软件开发、搭积木之间的共性,以实际系统设计为例来说明电路设计基本方法等,实现从思想、方法到设计的贯通。智课点:(1)运用大模型学习相关电路逻辑、器件等的工作原理/特性/使用方法;(2)通过大模型查找适合的设计工具,学习电路设计的流程与方法;(3)提示大模型进行系统的硬件需求分析、器件选型、电路设计等。
2.1 嵌入式系统的电路基础I
2.2 嵌入式系统的电路基础2
2.3 一个硬件设计实例
2.4 嵌入式系统硬件及其形式
嵌入式处理器子系统
课时目标:讲述嵌入式处理器的模型及典型分类、使用方法和应用。智课点:(1)运用大模型学习各类处理器的架构、接口及使用方法;(2)可根据兴趣延伸学习实现其优势特性的内部机制机理;(3)运用大模型进行特定处理器类型的设计案例分析。
3.1 嵌入式处理器模型与MCU
3.2 典型嵌入式处理器类型,重点对多核、多处理器、多处理机架构及其并行计算进行延伸阐述
嵌入式存储器子系统
课时目标:学习嵌入式系统存储体系,重点是典型存储器件及其工作原理、使用方法等。智课点:(1)运用大模型学习各类存储器件的功能、性能特性及接口与使用方法;(2)根据学习兴趣,可借助大模型进行存储原理、物理/材料电特性等的延伸学习;(3)提示大模型进行存储电路及其代码的设计实例分析,指导进行存储电路及软件设计。
4.1 嵌入式存储器子系统——模型、只读与随机存储器
4.2 嵌入式存储器子系统——混合存储器
最小系统与外围电路
课时目标:理解最小系统的内涵及其方法学意义,学习典型外围电路的设计方法。智课点:(1)运用大模型延伸学习各外围电路的原理、特性及设计方法;(2)分析、学习设计实例,交互进行最小系统设计等。
5.1 最小系统、电源与时钟电路
5.2 复位电路与看门狗逻辑
典型I/O接口与总线
课时目标:学习嵌入式系统中常用I/O接口的基本原理和使用方法智课点:(1)运用大模型学习各类总线、接口的工作原理和使用方法;(2)分析、学习设计实例,进行硬件连接、通信软件的设计。
6.1 SPI串行总线
6.2 I2C串行总线
6.3 UART与USART接口
6.4 GPIO与GPIB
嵌入式软件体系结构
课时目标:从计算装置运行态着手分析嵌入式系统的系统软件结构与构成,以及典型的嵌入式软件组件。智课点:(1)运用大模型更深刻地理解嵌入式软件的体系结构及各组成组件的功能、构成、运行机理;(2)运用大模型进行软件组件的代码分析、调试等。
7.1 嵌入式软件体系结构
7.2 典型嵌入式软件组件
嵌入式操作系统及其服务机制
课时目标:从模型归纳、机制分析的角度,全面阐述嵌入式操作系统的体系架构、内核机制与服务等。智课点:(1)融合大模型、开源代码仓库等深入分析嵌入式操作系统内核的原理、组件及特定功能的源代码;(2)运用大模型生成代码实例;(3)与大模型协同进行特定功能的代码开发与调试。
8.1 嵌入式操作系统模型
8.2 内核基本服务──多任务机制
8.3 实时性与可调度性
8.4 任务管理与实时调度
8.5 优先级翻转与解决方法
8.6 任务间通信机制
8.7 分区存储管理
嵌入式软件设计方法
课时目标:阐述嵌入式软件结构及软件设计中常采用的经典机制与方法等。智课点:(1)运用大模型更深入、具体地理解相关理论、方法和技术;(2)运用大模型以某种编程语言生成特定架构的软件代码,通过与大模型的协同开发、调试促进嵌入式软件认知、开发能力的培养。
9.1 典型嵌入式软件结构
9.2 中断机制与ISR设计
9.3 数据共享问题
9.4 低功耗软件设计
9.5 电路消抖与软件滤波
9.6 看门狗任务设计
9.7 代码共享问题──可重入函数
9.8 几种软件工程方法
嵌入式系统开发与验证
课时目标:讲解嵌入式软件与系统开发中的常用方法。智课点:(1)通过大模型对相关技术的进一步分析进一步加深对本章内容相关技术原理、方法流程的理解;(2)运用大模型分析特定代码并生成测试用例;(3)运用大模型快速学习、掌握特定工具的使用方法等。
10.1 交叉编译及编译优化
10.2 嵌入式软件与系统调试
10.3 测试与仿真验证
课程总结与趋势分析
课时目标:总结嵌入式系统课程的知识体系,并对未来趋势进行分析和展望。智课点:(1)发挥大模型这一“高级顾问”的知识综合能力,快速阅读论文和技术资料,高效掌握领域前沿和新知识;(2)将大模型的智能与日常学习工作融合,形成持续学习进阶的良好习惯。
课程总结与趋势分析
展开全部
预备知识

    有一定的计算机组成原理、体系结构、汇编与接口、操作系统、高级编程语言(C或C++)等前修课程的学习基础,或者嵌入式系统的软硬件设计、开发经验,学习效果更佳。

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料
  1. 《嵌入式系统体系、原理与设计》(第2版),张凯龙, 清华大学出版社, 2023.12;
  2. 《嵌入式系统导论—CPS方法》(第2版),[美]Edward Ashford Lee等著,张凯龙译,机械工业出版社,2018.09;
  3. 《嵌入式系统设计—CPS与物联网应用》(第3版),Peter Marwedel著,张凯龙译,机械工业出版社,2020.09;
  4. 《柏拉图与技术呆子》,[美]Edward Ashford Lee著,张凯龙 冯红译,中信出版集团,2020.09。以数字技术为主要贯穿的科技哲学著作,有助于更好理解数字技术、激发创新思维;
  5. Kimi、DeepSeek等大模型,Gitee、GitHub开源仓库。
常见问题


西北工业大学
1 位授课老师
张凯龙

张凯龙

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