嵌入式实训总结范文1
关键词： 嵌入式训练系统； 操纵控制； 建模； 评估； 故障仿真
中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）20?0080?04
Design and implementation of embedded training system for ship maneuvering control
XIAO Jian?bo， HU Da?bin， HU Jin?hui， WANG Li?wei
（College of Power Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033， China）
Abstract： The Embedded training simulating system， which combines the simulation training and on?board training together， can get a high fidelity training environment by using real equipments. The Embedded training system can reduce the cost of training and improve the training efficiency. It is getting more and more popular nowadays. The principle and the development status of the embedded training system is introduced. The general scheme of the system improvement is proposed based on the analysis of modules of ship maneuvering control system. The key technologies of the embedded training system， such as safe switch between training mode and actual operation mode， system modeling， simulation evaluation and fault simulation， are studied. The embedded training function added to the system can not only improve the equipment training ability， but also reduce the training cost. The study can provide academic support to newly developing equipments.
Keywords： embedded training system； maneuvering control； modeling； evaluation； fault simulation
0 引 言
现有舰船机电系统的训练，主要采用理论教学、模拟器操练、实际装备冷态操练（冷操）、实际装备运行中操练（热操）等方式，其训练效果和训练损耗显而易见。与上述训练方式相比，嵌入式训练系统，又称为“实船训练系统（On?Board Training System，OBTS）”，因能够充分利用实际装备上不易故障的监控系统人机界面、节省大量模拟训练器材生产费用、“以实装冷操所消耗的设备与能源，获得实装热操的训练效果”，而受到国内外广泛的重视。
船舶操纵控制系统是借助操纵装置改变或保持船舶速度、姿态、方向和深度的系统，在船舶生命力及作战使命中占有极为重要的地位。在各种作战背景和海洋环境下良好的操纵船舶，对于保证航行安全，充分发挥船舶的战技术性能、占据有利阵位、发挥火力、打击敌人以及提高经济性，都具有非常重要的意义。
本文通过分析现有船舶操纵控制系统功能结构，提出一种基于现有装备加装嵌入式训练功能的方案。并就嵌入式训练模式与操纵控制模式之间的安全切换、嵌入式训练系统建模技术、仿真评估及故障仿真等关键技术进行了研究。
1 嵌入式训练系统内涵特征
嵌入式训练是将训练集成到装备中，实质是在武器装备中嵌入一种能力，这种能力使得操作人员能够看到虚拟世界，并通过与武器装备中子系统的交互实现训练、任务演练、战场可视化、效果测试和评估等功能。将训练系统嵌入到实际装备中，在真实的装备环境下实施的训练，可使受训者获得与实战相符的心理与生理适应性，大幅提升训练质量。
嵌入式训练系统的基本构架如图1所示。
图1 嵌入式训练系统的基本构架
美国训练与条令司令部（TRADOC）在其条例350?70?XX中定义：嵌入式训练是一种能依靠相关的操作系统开展训练的能力，且支持单兵、全员及协同训练应用。其包括允许通信及训练用操作能力以及战术使用和通过附加的或者嵌入式仿真实现系统操作控制的系统设计。主要可以分为以下三种方式[1?2]：
完全嵌入式（Fully Embedded）：嵌入式训练系统完全嵌入到原型系统中；
附加嵌入式（Appended Embedded）：嵌入式训练系统在需要时被安装或附加到原型系统中，不需要的情况下可以移除；
脐带嵌入式（Umbilical Embedded）：和附加嵌入式相类似，脐带式在需要时被安装或附加到原型系统中，不需要的情况下可以移除，但其包含附加到外部部件（如电脑、教练员控制台及其他网络）的物理连接。
嵌入式训练具备如下特征[3?8]：
（1） 具有较强的真实性，依托和利用真实装备开展训练与演习，逼真度较高。
（2） 时效性好，便于组织和开展新的训练，保证训练的连续性；可以方便的修改和训练内容；并可以在脱离教练员的支援和帮助下开展训练。
（3） 可以在虚拟环境下开展大跨度训练及演习。
（4） 通过训练记录保持和训练评估，有利于决策指挥，有效地修正决策者及指挥员的意图及指令，减少决策失误。
（5） 训练耗费较低，通过模拟的逼真战场环境，可以实现对抗战法、战术训练及指挥、特情处理训练，有效提高学习效率。
2 改造方案分析
某型船舶操纵控制系统主要由中央控制台、操舵液压系统、电液控制仪器、电源分配仪器、舵角信号反馈设备、接线盒等组成。其中中央控制台是操纵系统的核心组成，具有数据处理、网络通信和综合显示能力。
为实现操纵控制系统加装嵌入式训练功能，且保证系统与外部系统交互、控制等不受影响，对现有系统改造遵循如下原则：尽可能不改变原有系统的硬件结构；在训练工况与工作工况切换过程中，必须确保系统安全性；系统与外界交互的数据信息格式及内容不变。
在原系统基础上实现嵌入式训练功能，为防止训练过程中舵机等的误动作，必须实施实际控制信号的屏蔽，以仿真信号作为反馈替代实际信号。根据系统的实际情况，可以考虑在两个层面上切入仿真信号：软件层和信号层。对应下述的软件层切入和信号层切入两类方案。
2.1 软件层切入
软件层切入是指对系统软件进行替换，在新版软件系统中加入仿真模型模块。系统在工作模式下软件的运行控制与原有系统相同，系统运行所产生的控制信号输出到对应的执行结构，如液压系统等，完成相应的控制。而在训练工况下，系统运行控制功能模块接受操纵面板输入，并生成控制信号输出到仿真模型模块，仿真模型通过仿真执行结构动作，进行舵角、船舶姿态等反馈，并实时更新相关显示。
为实现系统工作模式与训练模式之间的安全切换，加装信号控制器控制电液分配仪。当切换到训练模式时，切断电液分配仪向执行结构的输出，包括供电及液压系统，以防止系统误动作。
此类方案可以在对系统硬件进行最小更改的情况下实现嵌入式训练功能，保持训练操作与实际操作的一致性。但其难以实现训练设置与训练评估，且无法实时设置故障进行应急操纵训练，具有一定的局限性。
2.2 信号层切入
第二种方案是在信号层切入仿真信号，系统原有的操纵控制界面及硬件系统保持不变，通过仿真模型模拟船舶及相关执行机构运行状态，并通过改造主控计算机软件系统，加装仿真模型模块、数据交换模块。系统运行所产生的控制信号输出后不发送至各控制器，而由仿真模型屏蔽并通过控制指令推动模型的动态运行，仿真模型的反馈信号输入到显示界面实现更新。选用便携式计算机作为教控台，当系统进行训练时，通过数据交换模块通信接口实现教控台的脐带式嵌入。
为实现系统工作模式与训练模式的安全切换，在每个控制器上增加额外通信模块，这样充分保留了原系统设备，仅仅屏蔽了主控制计算机到执行机构及传感器之间的信号。且系统使用实际控制器，还可以实现嵌入式训练程序调试和静态检查操纵控制系统到传感器及执行机构的信号故障及电气故障，产生了附加功能。
通过比较分析得出，第二种方案可以较好地满足嵌入式训练的需求。系统从结构上可以分为实船设备和教控台两部分，操纵控制系统主控计算机增加数据交换模块、仿真模型模块，教控台系统软件主要包括仿真训练控制模块、训练设置模块、数据记录模块及评估模块等，可以实现训练、故障设置、数据记录及仿真评估等功能。
3 关键技术
3.1 嵌入训练及操作控制之间的安全切换
嵌入式训练系统将虚拟模型嵌入到真实装备系统当中，因此必须要有相应的措施既保证训练安全，又能快速返回到操作控制模式，不影响操纵控制系统的作战效能，在确保安全的情况下实现训练模式和操作控制模式的快速切换。
在本系统样机研制过程中，通过在每个控制器上增加额外通信模块，实现主控制计算机到执行机构及传感器之间的信号的屏蔽。在训练模式下，通过控制器切断控制计算机向外部执行结构等的传输，以避免误动作。当切换到操作控制模式时，断开主控计算机与仿真模型之间的交互，并接通控制器，实现输出控制。
3.2 数学模型
操纵控制嵌入式训练系统，利用数学仿真模型模拟本船操作响应，以实现操作控制系统执行结构不动作的情况下，完成艇员实船训练的目的。
仿真模型的建立是实现该系统嵌入式训练功能的关键。操纵控制系统所涉及的平台仿真模型包括船舶空间运动六自由度模型、船舶水面运动模型、方向舵模型、舯舵模型、艉舵模型、均衡模型、潜浮模型、螺旋桨推力模型及波浪力模型等。
系统基于模块化建模方法建立仿真平台模型，以规范化的标准建立基本设备和部件的数学模型，将它们开发成通用的基本模块（子程序），用其组合成不同类型子系统的模型（仿真程序），以降低建模的复杂性，缩短建模时间，增加模型的通用性。
仿真平台运动模型主要模块结构图如图2所示。
3.3 训练评估
考核评估是仿真培训中十分重要的一个环节，一般依靠教练员主观评判打分的方式。但这种方式不仅评估结果具有极大的主观性、延时性，而且还需要耗费大量的人力物力资源。
图2 操纵控制系统模块化分解图
通过建立评估系统，以相关领域的专家知识和技术人员丰富的实际经验作为评估标准，使用编程技术实现对考核人员的智能评估，这不仅提高了评估的效率和公正性，而且节省了大量的经费。
智能评估系统的结构原理如图3所示，考核人员在控制台上操作，监控软件将操作数据记录到数据库之中。分析数据库中的数据，对考核人员的实际操作水平进行评估，然后给出客观、合理的评估结果。智能评估系统还能实现对培训过程进行各种管理，如人员信息的存储、查询、打印等。
图3 智能评估系统的结构原理图
智能评估系统主要有数据库和评判程序两部分组成。数据库包含有如下三类数据：操作人员操作信息数据，记录受训者操作时各仿真变量随时间的变化；评估知识库数据，其根据实际操作经验作为专家知识存储在计算机中，是实现评估系统准确有效的关键；第三类数据主要是考生的基本信息和考核成绩，为培训的总结及提高提供依据。
评判程序分为如下四个模块：评估系统维护管理模块、评估规则和参数管理模块、评估的项目管理模块、考生信息管理模块。
系统考核与评估基本流程如下：首先将系统操作过程进行分解为一系列相对简单、独立的子过程，按照操作规范制定评估规则，对系统操作控制信号进行采集、记录，并通过模糊综合评估法进行操作评估。
3.4 故障仿真
船舶操纵控制系统由复杂的机、电、液压系统组成，系统的安全直接影响到船舶航行安全。当操纵控制系统出现异常时，艇员如何根据出现的异常状况判断故障，采取相应对策控制及保持浮力，是降低事故隐患，避免重大海难事故发生的重要途径。因而，故障仿真训练对于船员具有非常重要的意义。
首先依据船舶操纵控制系统的结构，建立相应的故障模型，将可能出现的故障现象和故障原因转化为故障数据库，如表1所示。
表1 故障数据库
在仿真模型中，添加故障仿真处理模块，如通过设置并保持对应舵角值模拟舵卡故障等。在训练过程中，教练员可以通过教控台设置故障，仿真模型依据故障模拟当前故障现象，并将对应反馈通过通信接口发送至操纵控制台相关显示模块。
4 结 语
针对常规训练装备损耗大、训练耗费高等问题，基于嵌入式设计思路，提出了在现有船舶操纵控制系统中加装嵌入式训练功能的方法。对比分析了两种不同嵌入式方案，并对嵌入式训练涉及的训练模式与操纵控制模式之间的安全切换、仿真模型建立、智能训练评估及故障仿真等进行了研究。通过嵌入式训练功能的加装，可以大幅度减少训练投入及训练场地依赖度，显著提高训练效益，对军事训练改革具有重要意义。同时，作为现有武器装备加装嵌入式功能的探索，本文对其他武器装备平台嵌入模拟训练功能具有一定的借鉴意义。
参考文献
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嵌入式实训总结范文2
【论文摘要】介绍嵌入式系统的概念和发展状况，以及目前国内外嵌入式系统在独立学院教育的现状，根据多年的教学实践，结合目前本校开展嵌入式系统教学的教学经验，总结出适合我国独立学院开展嵌入式系统课程的教学模式。
1.引言
目前，国内开设有关嵌入式系统课程的独立学院极少，培养出的基于linux平台上的嵌入式软件开发人员更是凤毛麟角。所以，注重应用能力培养的独立院校，特别是有计算机、电子技术等相关专业的工科独立院校，应该尽早引入嵌入式系统的教育，结合自己专业特点，大力开展嵌入式系统的教学工作。
2.嵌入式系统简介
嵌入式系统一般指非pc系统，而是指小型、专用的计算机系统。它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和i/o端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起，应用程序控制着系统的运作和行为；操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
3.国内嵌入式系统教学的现状
国内教育界将嵌入式系统的教学大致分为三类：软件学院专业嵌入式教学；计算机专业嵌入式教学；电子、自动化等相关专业嵌入式教学，对于嵌入式系统的教学研讨从嵌入式课程体系的设置、嵌入式理论教学的开展、嵌入式实验教学的开展、嵌入式综合设计与学生工程实训等几方面展开。
4.嵌入式系统教学模式的探讨
综观国内外，长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置，从事该领域的研发人员都来自不同专业背景，例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求，需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。嵌入式系统教育给传统计算机、电子信息工程教育带来了巨大的冲击和挑战，也带来了历史的发展机遇。嵌入式系统工程（ese）是一个全新的专业，需要企业和社会的认知过程，课程体系需要经历设计、发展、完善的过程。
通过与国内其他高校的专家的探讨与学习，结合西部高校普遍存在的资金非常缺乏，实验条件的局限，以及电子信息工程专业学生的特点，我们积累和总结出关于嵌入式系统教育教学模式的一些想法，列举如下：
4.1 建立一套适合学校特点的课程体系
嵌入式课程是近几年来建立的一门新课程，有它自身的特点、规律。嵌入式的课牵扯面很广，包括研究生的课程、本科生的课程、技能课程的培训等。由于该课程与实际结合得非常紧密，容易教成短期培训，而作为一门课程要有自己的规律，不要把这个课程做成嵌入式系统教学的技能培训，要结合独立学院的自身培养目标特点制定出相应的教学计划以及实施方案。例如在我校，针对电子信息工程专业，目前师资力量等都不能满足直接建立一个嵌入式系统的专业，设想把嵌入式系统设定为电子信息工程专业本科主修方向，在低年级时开设相关的专业选修课，让有意于此方向的学生打好基础，在本科高年级进一步学习。作为电子信息工程专业，在教学中一定不能光注重应用，也要将清楚计算机本身的规律在什么地方，为什么发展嵌入式，有什么原理进行探讨，从而建立一套适合我们特点的课程体系。
4.2 课程应该分层次
嵌入式系统教学的层面应不同，有研究生、本科生高年级、重点大学、普通大学、独立学院等的分别，在授课时有所区别。在本学院推行这门课，考虑到针对的是电子信息工程专业，和其他学院的侧重点是不同的，但作为电子信息专业中的一个主修方向，在教学中应该突出原理与应用的紧密结合且能体现出理论和实践并重的特点，在教材的选定上应该包括有关嵌入式处理器、操作系统（linux或ubantu）、开发平台和应用，重点学习原理及相关应用。
4.3 主动去获得更多的支持
由于学校在技术、经验、资金等方面有很多的困难，所以应该主动寻求以获得更多的帮助，例如主动跟国内外相关公司索取资料、设备，要求一些技术支持等，积极组织教师参加全国范围的各种嵌入式系统教学研讨会、及到各知名企业进修，让教师深入了解技术发展。
4.4 可利用仿真软件、书籍内容辅助实验教学
如果让理论知识能让学生达到所见即所得是本课程教学的重点和难点，由于资金的缺乏，现成的实验板很昂贵，应采用仿真和实验相结合的方法，一部分学生在skyeye、microwindows仿真环境下做实验，一部分学生在实验板上面做实验，在实验之后再一起互相讨论。
4.5 利用互联网进行教学交流
由于教师对嵌入式系统课程不熟悉，在教学中要自己一边学习一边讲课，应该充分利用极其丰富的网络资源，例如教学课件及背景资料都可以从网站上下载，教师和学生均可通过论坛交流。
4.6 全国高校大学生电子竞赛及行业相关竞赛
通过组织学生参加全国高校大学生电子竞赛来深入了解和学习嵌入式系统。虽现在的电子竞赛还没有直接用到嵌入式系统，但是我们必须现在开始在思想上有所改变，主要是使学生多搞创新想法，而不仅仅是产品创新。
5.结语
嵌入式系统工程是一个全新的专业，目前的关键是怎样与现有专业学科融合，以及怎样进行现有课程体系的改革和调整。我国在嵌入式系统教育方面起步较早的是北京大学软件与微电子学院的嵌入式系统系，他们已经形成了较为完善的课程体系、专业水平较高的师资队伍和与国际技术接轨的嵌入式系统工程实践环境，目前，嵌入式系统系在我院本科生达到480人。独立学院由于很多因素的制约在教育上也比较落后，但已经积极行动起来，投身到嵌入式系统教育中去，为我国嵌入式系统的发展输送更多的优秀人才。
参考文献
[1]马忠梅.嵌入式系统教学模式探讨[j].单片机与嵌入式系统应用，2008（11）：5-37.
嵌入式实训总结范文3
关键词:嵌入式系统教学;立体模型;实训教学
当今,大学生的就业压力日益增大,但是,一方面有些计算机专业的学生毕业就面临失业,另一方面一些企业的嵌入式开发项目没有人做,嵌入式方面的专业人才供不应求。据不完全统计,仅在通信领域我国至少需要15万嵌入式技术人才,未来随着“三网融合”不断提速,3G网络全面铺开,将带来更大的人才需求。在相当长的时间内,嵌入式软件人才都将是企业争夺的目标。同嵌入式技术的快速发展相比,我国教育机构技术和培养则相对滞后,造成这一现象的原因主要是,目前国内的高校教育中不是偏向硬件,就是偏向软件,硬件设计人员作风通常缺乏系统全面整合设计,而软件开发人员则相对缺乏硬件观念,同时,教学中理论与实践脱节,学生没有积极性。企业真正需要的有动手能力的嵌入式软件人才,还需要经过一段时间的培训才能上岗。为了深入实施本科教学质量与教学改革工程,推进人才培养模式改革,进一步提高人才培养质量,让学生具有更强的核心竞争力,使毕业生的就业实习实现“零适应期”,本文提出一种分层次、多方位的立体教学模型,也就是通过以纵向实训内核为主,横向对比硬件为辅的一种教学模式,利用暑假对学生进行实训,在提高学生理论认识的基础上大大提高了学生的动手能力[1-2]。
1嵌入式系统教育的现状
嵌入式系统教育目前主要有两种形式,一为高校课程教育,二为社会职业培训。这两种形式都存在一些弊端,主要表现在以下两个方面:
(1) 许多高校根据市场需要,不管什么专业,不管条件是否成熟,都开设“嵌入式系统”课程。教师在教学过程中盲目使用理论比较深的教材,只讲理论,讲解内容多而繁,偏离社会需求,学生在学习过程中很茫然,没有掌握到嵌入式系统的本质。
(2) 社会职业培训为了迎合学生的动手兴趣,则过分忽略理论知识,一味地让学生实践,学生只是机械地进行操作训练,并不知道为什么这么做,导致学生的社会适应性差,自我完善能力差,只能从事低层次的操作,而没有设计开发能力。
针对目前嵌入式教育存在的这些问题,本文提出以横向硬件升级为基础,纵向案例逐层深化递进,构建一种立体教学模式,在理论与实践之间搭建一座立交桥,使学生在总体上把握这门课程的本质。
2立体教学模式
实训教育不同与平时的正常教学,教学时间短而集中,如何通过不多的案例将主要的理论融入教学中并提高学生的兴趣是关键。实训过程分为三个步骤:(1)结合实际应用,总体上讲解嵌入式系统的软硬件系统;(2)以一个具体的案例为指导,引导学生在单片机上采用C语言实现一个简单任务;(3)多层次增加任务难度,使学生明白采用单片机无法实现比较复杂的任务(如多任务处理),因此会主动考虑如何寻求更加便利的硬件工具,如ARM以及复杂的操作系统,
如UC/OS来完成[3-4]。因此,我们在硬件的选型上采用从简单到复杂的递进过程,如图1所示:
通过这种方式,计算机专业的学生很快就了解了单片机与ARM的区别,基本掌握了硬件的选型原则与基本电路的设计原理。
在案例的选择上采用逐层递进的方式,即后一个案例包含前一个案例的内容,并加以深化,这样学生前面所实践的内容是后一个案例的基础,实现“无缝”链接。在南华大学计算机嵌入式系统的教学中,重点采用以内核为主要实践案例,讲得多不如讲得精,通过讲解最小的内核是一个无限循环,进而实现一个简单的交通灯调度系统,最后移植UC/OS操作系统,并实现交通灯的调度功能。如图2所示。学生通过这个实训,在掌握嵌入式系统的基本技能之外,又进一步深化了对操作系统的理解。
这样,以操作系统与编程为理论指导,辅之以硬件的基本电路设计,以逐层递进的案例与实验硬件平台为实践手段,建立了一套行之有效的立体教学模型,如图3所示。教学结果显示,学生在这种模式下的求知欲很强,非常想弄清楚各种模式之间的差别与联系,摆脱了传统的教学模式的束缚,效果显著。
3结语
针对计算机专业特点,南华大学在嵌入式系统的教学改革上提出了一种立体教学模型,收到了较好的成效。不仅提高了学生就业率,在就业后的调查显示,学生不但具有基本的动手能力,还有很强的适应能力,对不同的平台与系统都能很快地进入角色,受到用人单位的好评,是计算机专业嵌入式系统培养的一种有效的教育模式。
参考文献:
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The Embedded System Training Reform Based on the Three-dimensional Model
LIU Li, YANG Xiao-hua, MA Jia-yu
(School of Computer Science and Technology, University of South China, Hengyang 421001, China)
嵌入式实训总结范文4
无处不在的嵌入式软件
什么是嵌入式软件（Embedded Software）？无论你用百度还是Google搜索对嵌入式软件的解释，都会发现，这是一个没有标准答案的问题。有人说，它是除PC系统以外的、嵌入在硬件中的操作系统和开发工具软件；有人说，它是一套可以嵌在机器里使之智能化的电脑系统；有人甚至举例说，我们日常生活中使用的微波炉中就有嵌入式软件，只不过传统微波炉中用的是比较低端的嵌入式软件，而应用高端嵌入式软件后，微波炉甚至还能上网。中科红旗软件公司副总裁史兴国对记者解释道：“嵌入式软件最大的特点就是与行业应用联系紧密，但也正是由于这个特点，使得每个行业都对之有不同的定义。总体来说，传统上对它的理解是用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能的软件，而随着这个领域的飞速发展，如今的嵌入式软件已经走向高端，成为很复杂的一个软件体系，比如应用于智能手机、DV等等的嵌入式软件。”
“嵌入式软件的应用无处不在，只要你想，我们甚至可以给一个茶杯、一扇门加入嵌入式软件。”史兴国对记者开玩笑说。嵌入式软件就像神经末梢一样，把信息技术的活力蔓延到PDA 、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、DC、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等各行各业的各个角落。中国工程院倪光南院士在接受记者采访时表示：“很多高技术设备产品里，60%～70%的价值都是软件，其中除了30%的纯软件之外，余下的都是嵌入式软件。”
的确，对于作为“世界工厂”的中国而言，嵌入式软件是中国软件产业的“大头”。微软Windows Embedded全球主任产品经理Olivier Fontana表示，2006年与嵌入式软件对应的设备市场全球出货量达到14亿台，2009年将达到22亿台；而去年全球PC的出货量只有2亿台。“与之相对应的是，中国2006年的嵌入式软件的市场价值是220亿元，到2010年将达到550亿元。”他又说，对于微软而言，比PC市场更有想象力的是，中国不仅是嵌入式软件需求最大的市场，也是增长最快的市场。
嵌入式软件产业链不完整
快速成长的市场吸引了国外厂商纷纷进入。此前，包括微软、SAP、Sybase在内的众多国际软件巨头都已涉足嵌入式系统软件市场。其中，微软在中国移动及嵌入式产品部门的投入从2001年持续加大以来，已经成为微软中国最重要的部门之一。而北京甲骨文软件系统有限公司嵌入式业务总监胡德旺则表示，甲骨文在中国主要为3G、数字家电、车载电子和电信设备制造等热门消费品提供嵌入式软件。相对于国外厂商的强势进入，起步较晚的中国嵌入式软件产业又是怎样的状况呢？
在我国嵌入式软件发展的问题上，产业链被认为是最关键的问题。不少专家认为，我国嵌入式系统产业链仍然不够完善、协作性差，这将会影响到嵌入式系统产业的发展壮大。
在中国，目前最主要的嵌入式软件企业都是一些大型企业，比如华为、中兴、海尔、一汽大众等等。这些企业技术力量雄厚、经费充足、市场运作经验成熟、产品知名度高，因此，他们甚至可以独自承担从底层技术，到操作系统，到应用软件，到终端产品整条产业链上各个重要阶段的研发与生产。当然，这样的大包大揽的确有利于保障这些厂商的经济利益――既然有了自己的技术，又何必去求别人。但是，与传统的PC行业不同，嵌入式软件涉及广泛的应用领域，产品五花八门，因此不可能由少数大公司垄断市场，即使在体系结构中存在着主流产品，其产品和技术也必然是高度分散的，这就为广大的中小型高技术公司留下了巨大的发展与创新空间。那么，如果含有嵌入式技术的产品，主要依赖于一小部分制造厂商自产、自销、自用的话，又怎能带动整个产业的发展呢？
拿汽车产业为例，汽车厂商可以去玻璃厂订汽车玻璃，去钢铁厂订钢铁，去橡胶厂订轮胎，前提是玻璃厂、钢铁厂、橡胶厂都存在。这就是一个完整的产业链，大家各司其职、分工协作，而嵌入式软件产业却还远远达不到这个程度。史兴国说：“目前，国内的嵌入式技术比较依赖国外的芯片。我们可以想象，在硅谷里，软件厂商只需走出自己公司的大楼几十米之遥，就能与硬件厂商交流技术问题，而我们却需要越过整个太平洋。这也使得国内的嵌入式软件厂商不得不自己在硬件领域钻研得更多。”
产业扩容致使人才匮乏
在职位人气榜上，嵌入式研发工程师、嵌入式技术支持工程师都跻身前五位。尽管嵌入式领域需要的人才以数十万计，然而在现实中，这类技术人才却十分难寻。史兴国说：“嵌入式软件开发有一个特点，就是经常与硬件打交道，这就要求技术人员首先得是软件高手，并且具备一定的硬件知识。这就给我们的应聘人员设置了一个比较高的门槛。不过，随着嵌入式技术的发展，相信几年之后，嵌入式软件的开发人员也可以像如今的PC软件开发人员一样，不再需要考虑底层的硬件问题。”那这是不是意味着不用考虑硬件技术后，软件人才就易得了呢？
多普达公司技术支持经理齐宇说：“虽然在有了Windows Mobile的支持后，我们的软件开发人员已经不用再去考虑硬件问题，但是由于对经验要求高，我们最核心的开发人员都有着三五年的经验，一般的也要两年，所以在人才招聘方面，依然困难重重。”找不到合适的开发人员，已经在相当长的一段时间内，成为嵌入式软件发展的瓶颈。嵌入式技术培训机构和培训课程能否担当人才培养的重任呢？史兴国摇摇头对记者说：“因为嵌入式技术牵扯的知识内容比较庞杂，很多人并不知道培训的质量过不过关，这也给很多培训机构以可乘之机。很多人花了不少钱，却没有学到真正有用的东西。”
2003年，北京大学软件与微电子学院正式设立了嵌入式系统系，据该学院就业办公室胡老师介绍，在去年7月份毕业前夕，嵌入式系统系应届硕士毕业生已悉数被摩托罗拉、三星、大唐等著名公司纳为良才。齐宇说：“像北大这样设立一个专门的嵌入式系统系，在全国高校中还是比较少见的。”
嵌入式实训总结范文5
关键词：教学案例 案例教学 嵌入式操作系统 实践体系
文章编号：1672-5913(2011)18-0057-04 中图分类号：G642 文献标识码：A
基金项目：广东省本科高等教育改革立项项目(BKJG200756)。
嵌入式系统技术的发展不但使传统的过程控制、仪器仪表和军事装备获得技术革新，还创造了信息家电、消费电子和智能通信等多种新的产品形态，实现了计算的无处不在、无时不在(Pervasive Computing)[1]，改变了人们的生活、工作和娱乐方式。伴随嵌入式系统市场的快速增长，嵌入式人才缺口将急剧增大，嵌入式软硬件工程师将成为近年来最热门的职业之一[2]。ACM/IEEE在2005计算机课程报告中将嵌入式系统作为计算机学科知识体系的重要知识点[3]。因此，近几年众多高校开设了嵌入式系统相关课程，并研究如何形成规范的课程系统[4-6]。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的资源管理、任务调度、系统控制等核心功能，是嵌入式应用开发的关键技术。广东省位于改革开放前沿，是嵌入式系统产品的重要设计和生产基地，市场对嵌入式技术人才需求量大、要求高，我校为计算机相关专业设置了嵌入式操作系统课程。该课程涉及的理论和技术复杂、广泛，实践性强，知识点间的关联性大，教学难度大，采用案例教学法提高教学效果的途径逐渐得到高校教师的认同，文献[7]采用以案例教学为主的教学内容体系和实验教学方法，提出了“兴趣驱动认知实践，应用引导创新体验”的实验教学思路，取得良好的教学效果。文献[8]采用以嵌入式系统为核心的项目教学和案例教学模式，把专业课程的主要知识点通过项目教学进行教授，以培养学生的实际应用能力、创新素质、综合能力，取得了比较好的教学效果。本文采用项目驱动的案例教学方法，利用一个可动态更新的多层次教学案例库，配合合理的教学案例选择、教学学时安排和课程考核方式，强调综合创新实训案例的教学，增强了学生的应用开发能力和技术技能的应用性，取得了较好的教学效果。
1 平台选择和教学内容设置
在先修课程“实时嵌入式系统”中，我们已经讲授了嵌入式系统的基本概念、嵌入式系统设计方法、ARM嵌入式微处理器及编程模型、典型存储器和总线、基本I/O接口部件、贪吃蛇等应用程序，介绍了COS-II实时多任务操作系统的结构，并通过实验了解了该系统的移植过程和应用开发方法。“嵌入式操作系统”课程主要培养学生对不同嵌入式操作系统进行移植、裁剪、编译和优化的能力，掌握设备驱动程序规范和开发方法，积累实际应用开发经验。由于COS-II的系统功能和任务规模相对简单，不利于充分发挥ARM9等32位高性能嵌入式微处理器的计算能力，应用支持软件较少，且主要用于各种工业测量和控制，难以体现其他主流嵌入式操作系统的系统结构、设计技术。在信息家电、消费电子和移动通信等领域，嵌入式Linux和Windows CE等系统提供了能与桌面操作系统相比拟的多任务管理能力和丰富的支撑软件，极大方便了嵌入式应用的开发，并得到广泛应用。其中，嵌入式Linux具有现代多任务高级操作系统的典型特征，源码开放，系统功能强大，内嵌TCP/IP协议，可剪裁性好，硬件支持广泛，开发工具免费，其内核代码、支持软件、应用开发环境都与桌面Linux系统相同，故以嵌入式Linux作为课程实验平台，掌握嵌入式Linux内核和应用开发技术，可为学生学习其他类型的嵌入式操作系统打下良好的基础。
“嵌入式操作系统”的教学内容主要由四个模块构成：嵌入式Linux编程基础、嵌入式Linux系统构建和移植、嵌入式Linux驱动开发和嵌入式Linux应用开发。模块1是Linux环境下应用开发的基本方法、多任务管理以及任务间通信的编程方法，多数内容在“操作系统原理”课程的实验环节中已经学过，通过该模块的设置可以进行较为系统的复习和提高；在此基础上，模块2包括嵌入式Linux开发环境的建立，Linux内核、文件系统、图形库、嵌入式数据库、Web服务器等典型系统功能模块和支持软件包的移植、裁剪、配置、编译和下载，学习构建嵌入式Linux系统基本功能的技能技术；模块3讲授Linux设备驱动程序设计开发方法，包括字符设备、块设备、网络设备、USB设备的结构规范，通过典型设备驱动程序的分析和实验，掌握在嵌入式系统中加入新设备和定制设备驱动程序功能的基本方法；模块4是综合实训和创新应用开发，综合了前三个模块中获得的知识和技能，分析和开发数据采集、远程监控、定位导航等嵌入式系统应用功能，它可以培养学生的工程实践能力。
2 实验条件建设及实践教学体系
2.1 实验条件建设
“嵌入式操作系统”属实验和实训课程得到众多教师的认同[9]，该课程应按教学内容要求建设相应的实验条件，我校的“嵌入式系统”课程类实验设备有三类。
1) 基本实验设备。包括80套博创2410S教学科研平台和配套的Linux PC，采用ARM9构架的S3c2410A处理器，具有丰富的外设资源，可开设模块1、模块2和模块3所需的所有实验，做到一人一套设备；
2) 创新实验设备。可用于本课程的创新实验设备由多种不同类型的实训平台构成，包括PXA270 XScale教学科研平台、网络视频监控实训平台、智能收费系统实训平台、智能手机开发平台、Android手机开发平台、OMAP实验平台、Zigbee无线传感器开发平台各若干套，以满足模块4综合实训的需要，该类设备逐年更新，不断补充代表主流和前沿技术的实训设备；
3) 辅助实验设备。与本课程有关的主要辅助实验设备有协助硬件调试用的仿真器、Flash烧写器、逻辑分析仪、示波器等。
2.2 实践教学项目
课程实践体系包括四个类别层次，按照课程的教学目的和实验条件状况，目前可开设的实验实践项目，四个类别的项目分别对应模块1到模块4中知识点的教学。类别1到类别3为基础实训项目，培养基本的嵌入式编程开发、软件移植、接口通信技术，类别4为综合和创新实训项目，培养学生综合运用知识解决问题和开发应用的能力，是课程教学重点。
3 案例教学法
3.1 实验实践项目驱动的案例式教学
“嵌入式操作系统”课程教学内容多、实践性强，涉及的理论和技术广泛，传统的理论教学方法难以达到培养学生技术技能的目的。由于学生通过先修课程的学习已经具备程序设计、数据结构、计算机原理、汇编语言、操作系统和嵌入式系统的基本概念、理论、算法和知识，以实验实践项目为教学案例，运用案例教学手段进行示范教学，实现边讲边练[10]，将已有知识和概念与嵌入式Linux内核、文件系统、任务调度、支持软件、驱动程序和典型应用系统的结构、原理和源代码实现相结合，循序渐进地引导学生掌握相应的知识和技能，可以触类旁通，培养分析和解决问题的能力，并加深对理论本身的理解。
在嵌入式操作系统中实施案例教学可分为案例讲解和案例分析方法。前三类案例可采用案例讲解法，放弃理论原理的讲授，直接以案例驱动教学，在案例讲解中引用相关的理论、原理和算法，实现理论与实际的结合，通过安排与案例相近的实验作业或练习，培养知识的运用技能。第四类案例可采用案例分析法(又称案例讨论法)，主要强调学生的参与性，由教师根据案例提出问题，学生与教师一起讨论问题解决的方法，引导学生分析问题，在分析过程中讲授用到的知识点和系统设计方法，一步一步完成项目的开发和实现，并在其后实践课上，让学生独立完成与教学案例相近的实训项目，巩固知识和操作，培养独立解决问题的能力。
3.2 教学案例选择
案例的选择是“嵌入式操作系统”课程案例教学的重要环节，直接影响教学效果，为提高学生的学习兴趣、综合运用知识的能力和应用开发能力，教学案例选择应考虑以下因素。
1) 实用性。将案例引入教学的目的在于理论联系实际，促进教学，选择的案例应具有从局部到全面的特点，学生身临其境，以嵌入式软件工程师的角度考虑问题，学生把具体案例与嵌入式产品与应用相联系，彼此贯通，产生兴趣，从而调动学习热情。
2) 综合性。嵌入式Linux适合设计开发功能强大、界面友好的嵌入式系统产品和应用，小实验程序无法显现其魅力，因此，我们可选择具有一定难度、深度和综合性的案例，吸引学生对案例去反复琢磨、推敲，激励学生系统研究、分析，加深对难点、重点问题的认识和掌握，从而取得较好的整体教学效果。
3) 时效性。嵌入式系统技术作为当前电子技术发展最快的领域之一，新技术层出不穷，新产品不断涌现。“嵌入式操作系统”是一门实践性很强的课程，其教学案例应反映当前技术发展状况，将当前先进和主流的系统平台、应用开发模式、应用支持软件、网络通信技术纳入教学内容，将有用的知识、技术、技能传授给学生，使人才培养与市场需求接轨。
4) 典型性。“嵌入式操作系统”的教学内容广泛，难以在课内完成所有教学内容和实训项目的教学，所选择的教学案例应用具有典型性，能反映课程知识的基本框架，具有触类旁通的特性，可培养学生学习本嵌入式系统设计开发新知识、新技能和新技术的能力。
3.3 教学案例库建设
为了覆盖课程教学内容所涉及的知识和技能，我们需要构建一个内容丰富、多层次、动态增长的教学案例库，教学案例库的构建途径有以下几种。
1) 设备配套实验指导。设备供应商一般都开发实验项目和实验指导，免费赠送给高校教学使用，但这些实验项目往往较为粗糙，需要教师进行改造和优化，方可获得较好的教学效果。
2) 优秀学生作品。学生在课程设计、科技竞赛、企业实习和毕业设计中开发的优秀软硬件作品和成果，可加以包装改造，它是教学案例的重要来源。
3) 教学科研成果。教师可将教学和科研中设计开发的程序、算法、模块、软件、产品和成果进行案例化改造，制作成教学案例，这类案例通常具有较好的实用性、时效性和综合性。
3.3 课时安排和课程考核
本课程课内安排56学时，全部在嵌入式系统实验室授课，采用讲解、演示、讨论、操作和实验的方式进行教学，同时安排1:1的课外学时，用于复习、巩固和拓展课内讲授的知识和技能。为方便学生课外学习，嵌入式系统实验室实行7×24小时全部开放制度，坚持学生在实验中的主体地位，调动学生的积极性和自，提高教学效果。
课程考核内容分为3部分：笔试成绩、基础实验和综合实验。笔试成绩占50%，主要考察学生对课程基本知识、概念、原理的理解，以及嵌入式操作系统设计、操作编程、应用开发的技术技能；基本实验占20%，是教学内容前三个模块对应的实验和实训项目，每个实验完成时，教师检查运行结果后给出成绩；综合实验占30%，教师布置多个具有一定难度和工作量的嵌入式应用开发项目让学生选择，学生利用课外时间完成，教师统一验收、检查和答辩，并给出成绩。参加嵌入式技术竞赛的学生适当加分，以引导学生向更高层次发展，挖掘学生潜力，培养学生创新意识。
4 结语
教学实践表明，实验实践项目驱动的案例教学法
有利于学生学习和掌握“嵌入式操作系统”课程中的嵌入式系统设计和应用开发技术和技能，通过案例的讲解、分析、解剖和讨论，我们将先修课程中获得的理论、概念、算法与嵌入式Linux及嵌入式应用中的程序、模块和代码对应起来，实现理论和实践的结合，激发学生创造性思维，调动其学习的积极性，提高其分析问题和解决问题的能力。案例教学法开展两年来，学生基于嵌入式Linux设计先后开发了智能家居监控系统、可视对讲机、人体健康检测仪、校园一卡通等多种嵌入式系统产品，并在“挑战杯”和“博创杯”全国嵌入式系统设计竞赛中获得二等奖，嵌入式系统方向的毕业生就业率达到100%，其业务能力受到用人单位的好评。今后，我们将继续紧跟嵌入式系统技术最新发展，将主流和前沿技术纳入教学内容，不断充实教学案例库，进一步提高学生的综合实践能力。
参考文献：
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Exploration on Case Teaching Method in Embedded Operating Systems
XU Qingui, ZHAO Weiquan, TAN Wei, HUANG Peican
(Computer School, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808, China)
嵌入式实训总结范文6
关键词：案例教学；嵌入式系统安全；教学方法
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）13-0186-02
一、引言
随着高校培养应用型、复合型人才需求的提出[1]，高校在课程设置、教学模式等方面进行了改革。《嵌入式系统安全》课程实践性较强，而传统教学方法只注重讲述理论模型，缺乏创新，加之学生水平参差不齐，导致课程授课目标无法很好完成。为此，探索新的教学培养模式势在必行。
二、目标
嵌入式系统安全课程内容涵盖了安全体系结构/协议、认证技术、病毒与恶意代码、网络入侵、入侵检测与防火墙、嵌入式系统安全等内容。课程顺应嵌入式系统与移动互联网的发展，快速建立对嵌入式移动互联网安全的全貌概览。学生通过学习，能够了解嵌入式系统与网络安全的基本知识和掌握具体应对办法，独立学习与初步设计嵌入式系统安全方案，为今后应用嵌入式系统或从事移动互联网安全管理打下良好基础。为了鼓励学生独立思考、培养创新思维，在授课过程中，笔者根据案例教学法的特点，照顾到课程综合性和实践性强的特点，逐步采取“案例导向教学+实际的案例分析+实践操作”的方式实施教学，提高学生学习兴趣，取得了良好的教学效果。
三、方法设计
案例教学（CaseTeachingMethod）是由美国哈佛法学院前院长C.C.Langdell于1870年首创[2]，后经哈佛企管研究所所长W.B.Doham推广，被认为是代表未来教育方向的一种成功教育方法。案例教学法对提高人才培养质量具有深远意义[3]。应用到本课程中，在每个技术专题的讲解过程中，采用“知识点铺垫+案例导向教学+实际的案例分析+小组讨论+实践操作+小组实训总结”的教学模式展开试点教学。
四、实施方案
在实际授课过程中，结合案例教学法和课程实际特点，笔者采用如图1所示的教学模式展开教学。如在讲解网络攻击技术专题时，首先铺垫知识点。网络攻击分为三个阶段：预攻击、攻击、后攻击阶段。预攻击阶段要收集目标网络、目标主机的信息。如，获取网络拓扑结构、主机操作系统类别、开放端口和服务情况等。有了基础知识的铺垫，必须辅以实际案例。因此，课堂中为学生演示信息收集过程。通过网络命令ping、tracert/traceroute、nslookup，或网络登录截取banner信息等，推断目标网络和目标主机的基本信息。这些都是学生日常使用网络和计算机中常接触的命令和操作过程，但没有理论知识的铺垫，很少有人能够联想到这类操作可帮助黑客获取到如此重要的敏感信息。完成了上述内容，学生的学习积极性已被调动起来，接下来进行具体的案例分析。课堂中演示用实际工具，如端口扫描、漏洞扫描软件，获得目标主机的系统漏洞和开放端口/服务情况。通过案例解析，让学生从理论了解到实际操作，有了直观、具体的认识。在小组讨论阶段，老师可提出问题：“上述扫描工具的实施原理是什么？能否借助于之前学习过的网络知识、编程知识，自己设计实现一个类似的软件工具？”鉴于课堂授课时间有限，接下来的“小组讨论”和“实践操作”阶段留在课后完成。但教师需为学生进行小组划分，并给出具体任务。在“小组讨论”和“实践操作”阶段，教师不再是课程知识的传授者，转而充当指导者的角色，帮助学生完成任务。之后，要求学生在课堂上进行“小组实训总结”，通常是以“作品展示+演说答辩”的形式进行。
五、评价准则
课程授课模式发生了变化，相应地，课程教学效果的评价准则也要做出适当调整。笔者在教学过程中，通过实践，总结出了一套新的综合评价指标。如图2所示。由于课程特点，授课内容是以专题展开的，教学过程围绕项目进行，所以评价标准也以项目为单位。评价表的评分标准分为过程评价和结果评价两部分。每个部分都充分考虑“案例分析、团队合作、新知识点理解、辩论/答辩”等阶段的学生表现，在评分过程中，教师评分和同学评分的比例也有所调整。该评价准则，涵盖了教学过程的各个阶段，充分尊重教师和学生的评价结果，能够合理、准确地反映出学生的学习情况和学习效果。
六、总结
