嵌入式Linux系統(tǒng)原理與應用 教案全套-教學設計（含課程思政） 第1-9章 嵌入式系統(tǒng)概述-嵌入式Linux高級編程

PAGE11PAGE授課教案課程名稱：嵌入式Linux系統(tǒng)原理與應用總學時：總學分：課程類別：任課教師：單位：職稱：授課專業(yè)：授課班級：學年第學期

課題第1章.嵌入式系統(tǒng)概述學時4教學目標與要求掌握嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展與組成、特點與應用掌握嵌入式微處理器的特點、分類和常見嵌入式微處理器的基本參數(shù)。掌握嵌入式操作系統(tǒng)的定義、特點和常見嵌入式操作系統(tǒng)的基本特點。了解對嵌入式系統(tǒng)的應用領域和發(fā)展趨勢。重點掌握嵌入式微處理器的特點、分類和常見嵌入式微處理器的基本參數(shù)。掌握嵌入式操作系統(tǒng)的定義、特點和常見嵌入式操作系統(tǒng)的基本特點。難點嵌入式微處理器的分類常見嵌入式操作系統(tǒng)的基本特點教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第2章.ARM處理器體系結構學時8教學目標與要求1、掌握ARM處理器的組成；2、掌握ARM處理器的系列體系結構；3、了解ARM處理器的主要產(chǎn)品4、掌握ARM處理器的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)寬度。5、掌握ARM處理器的寄存器組織6、掌握ARM處理器的運行狀態(tài)和處理器模式7、掌握ARM處理器的存儲器管理體系8、掌握ARM處理器的異常處理方法和流程重點掌握ARM處理器的系列體系結構；掌握ARM處理器的寄存器組織；掌握ARM處理器的運行狀態(tài)和處理器模式掌握ARM處理器的存儲器管理體系掌握ARM處理器的異常處理方法和流程難點1、掌握ARM處理器的存儲器管理體系2、掌握ARM處理器的異常處理方法和流程教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、詳細說明ARM處理器的系列體系結構；3、課堂提問題，并記錄回答問題情況思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第3章Linux基礎學時4教學目標與要求1、掌握Linux的基本概念、功能與分類；2、掌握Linux的發(fā)行版本知識；3、掌握Linux文件管理的基本知識和使用方法4、掌握Linux目錄的概念和使用方法。5、掌握Linux文件權限概念和使用方法；6、掌握Linux環(huán)境變量基本概念；7、掌握Linuxapt和yum命令；重點1、掌握Linux文件管理的基本知識和使用方法2、掌握Linux目錄的概念和使用方法。3、掌握Linux文件權限概念和使用方法；4、掌握Linux環(huán)境變量基本概念；難點1、掌握Linux文件管理的基本知識和使用方法2、掌握Linux目錄的概念和使用方法。3、掌握Linux文件權限概念和使用方法；4、掌握Linux環(huán)境變量基本概念；教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、課堂提問題，并記錄回答問題情況3、課堂提問題，并記錄回答問題情況思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第4章嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境搭建學時4教學目標與要求1、掌握vi編輯器的使用方法；2、掌握超級終端或者minicom的使用方法；3、掌握虛擬機的配置與使用方法重點1、掌握vi編輯器的使用方法；2、掌握超級終端或者minicom的使用方法；難點1、掌握vi編輯器的使用方法；2、掌握超級終端或者minicom的使用方法；教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、課堂提問題，并記錄回答問題情況3、課堂提問題，并記錄回答問題情況思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第5章ARM-Linux內(nèi)核學時8教學目標與要求1．掌握內(nèi)核的基本概念2．熟練掌握ARM-Linux內(nèi)核的概念、特點、版本定義、功能和組成3．掌握ARM-Linux內(nèi)核的進程管理體系結構和功能方法4．掌握ARM-Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理體系結構和功能方法5．掌握ARM-Linux內(nèi)核的模塊機制6．掌握ARM-Linux內(nèi)核的中斷管理機制重點1.ARM-Linux內(nèi)核的進程管理體系結構和功能方法2．ARM-Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理體系結構和功能方法3．ARM-Linux內(nèi)核的模塊機制4．ARM-Linux內(nèi)核的中斷管理機制難點1.ARM-Linux內(nèi)核的進程管理體系結構和功能方法2．ARM-Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理體系結構和功能方法3．ARM-Linux內(nèi)核的模塊機制4．ARM-Linux內(nèi)核的中斷管理機制教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1．幻燈片講解基本概念與現(xiàn)場操作演示相結合2．課堂提問題，并記錄回答問題情況思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第6章Linux文件系統(tǒng)學時6教學目標與要求1、掌握Linux文件系統(tǒng)的基本概念與主要功能；2、掌握Linux文件系統(tǒng)的組成與分類；3、掌握Linux文件系統(tǒng)的發(fā)展狀況與工作原理；4、掌握EXT文件系統(tǒng)的概念、組成結構和體系特點。5、掌握EXT2文件系統(tǒng)的概念、組成結構和體系特點；6、掌握JFFS2文件系統(tǒng)的體系結構及主要功能；7、掌握根文件系統(tǒng)的概念和結構；8、掌握根文件系統(tǒng)的制作方法。重點1、Linux文件系統(tǒng)的基本概念與主要功能；2、JFFS2文件系統(tǒng)的體系結構及主要功能；3、根文件系統(tǒng)的概念和結構；4、根文件系統(tǒng)的制作方法。難點JFFS2文件系統(tǒng)的體系結構及主要功能；根文件系統(tǒng)的制作方法教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課；2、詳細說明linux文件系統(tǒng)的概念、組成與分類，根文件系統(tǒng)的制作方法；3、課堂提問題，并記錄回答問題情況。思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第7章Linux系統(tǒng)移植及調試學時6教學目標與要求（1）使學生掌握BootLoader基本概念與典型結構。（2）使學生了解U-boot。（3）使學生掌握Linux系統(tǒng)移植過程。（4）使學生掌握交叉編譯工具鏈。（5）使學生掌握gdb調試器的基本概念和使用方法。（6）使學生了解遠程調試方法。（7）使學生了解內(nèi)核調試方法。重點（1）BootLoader基本概念與典型結構（2）Linux系統(tǒng)移植過程（3）交叉編譯工具鏈難點（1）Linux系統(tǒng)移植過程（2）遠程調試方法教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、課堂提問題，并記錄回答問題情況；實驗體會一個簡單實例的操作。思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第8章設備和驅動程序設計學時8教學目標與要求（1）使學生基本掌握設備驅動程序基本概念與功能。（2）使學生掌握設備驅動程序的開發(fā)框架。（3）使學生掌握字符設備驅動程序的設計框架。（4）使學生掌握設備樹的概念。（5）使學生掌握網(wǎng)絡設備驅動程序的開發(fā)框架。（6）使學生了解網(wǎng)絡設備驅動程序的設計方法。重點（1）設備驅動程序的基本概念與典型結構（2）字符設備驅動程序的設計框架（3）網(wǎng)絡設備驅動程序的設計框架難點（1）設備樹的概念（2）網(wǎng)絡設備驅動程序的設計框架教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、課堂提問題，并記錄回答問題情況；實驗體會一個簡單實例的操作。思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年

課題第9章嵌入式Linux高級編程學時4教學目標與要求使學生掌握嵌入式Linux下的Socket編程方法。使學生掌握Linux多線程應用程序設計（2）使學生掌握Linux下一種簡單設備驅動程序的開發(fā)方法（3）使學生了解通過YoctoProject構建Linux的方法。（4）使學生了解嵌入式人工智能TensorFlowLite概念（5）使學生了解基于“ARM-Linux”的嵌入式WEB服務器設計方法（6）使學生掌握嵌入式linux中的SQLite應用方法重點使學生掌握嵌入式Linux下的Socket編程方法。使學生掌握Linux多線程應用程序設計（2）使學生掌握Linux下一種簡單設備驅動程序的開發(fā)方法難點使學生掌握嵌入式Linux下的Socket編程方法。使學生掌握Linux多線程應用程序設計（2）使學生掌握Linux下一種簡單設備驅動程序的開發(fā)方法教學方法與手段知識點：主要采用多媒體講述，制作PPT課件予以說明，多采用提問等互動教學方式調動學生的學習積極性，促進學生的積極思考，激發(fā)學生的潛能。1、多媒體使用幻燈片講解講稿授課2、課堂提問題，并記錄回答問題情況；3、案例化教學方法思政教學：思政教學過程兼用多種教學方法，即采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學方法，也在講授知識的同時將德育元素和知識點滲透融合，寓德于教。同時，課程結合現(xiàn)代教學技術和手段，在微信、qq群等線上線下教學中施行課程思政的教學。思政教學案例請見本文檔附錄部分。參考資料［［1］王劍等.嵌入式系統(tǒng)設計與應用（第二版）（微課視頻版）.北京：清華大學出版社，2020年．［2］陳文智等.嵌入式系統(tǒng)原理與設計［M］.北京：清華大學出版社，2019年．［3］馬忠梅.ARM嵌入式微處理器體系結構［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2019年．[4]王青云、梁瑞宇等ARMCortex-A8嵌入式原理與系統(tǒng)設計機械工業(yè)出版社2018年[5]劉洪濤、鄒南等ARM處理器開發(fā)詳解--基于ARMCortex-A8處理器的開發(fā)設計電子工業(yè)出版社2018年[6]溫淑鴻嵌入式Linux系統(tǒng)原理北京航空航天出版社2018年附錄：思政案例分析第一章思政案例：系統(tǒng)觀系統(tǒng)觀是指以系統(tǒng)的觀點看自然界。系統(tǒng)是自然界物質的普遍存在形式，提出了系統(tǒng)和要素，結構與功能等新的范疇，揭示了自然界物質系統(tǒng)的整體性、關聯(lián)性、層次性、開放性和動態(tài)性、自組織性。系統(tǒng)的一般定義為：由相互聯(lián)系、相互制約的若干組成部分結合而成的、具有特定功能的有機整體?？梢詮囊韵氯矫胬斫庀到y(tǒng)的概念。（1)系統(tǒng)是由若干要素（部分)組成的。這些要素可能是一些個體、元件、零件，也可能其本身就是一個系統(tǒng)（或稱為子系統(tǒng)）。（2）系統(tǒng)有一定的結構。一個系統(tǒng)是其構成要素的集合，這些要素相互聯(lián)系、相互制約。系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間相對穩(wěn)定的聯(lián)系方式、組織秩序及失控關系的內(nèi)在表現(xiàn)形式，就是系統(tǒng)的結構。（3）系統(tǒng)有一定的功能。系統(tǒng)的功能是指系統(tǒng)在與外部環(huán)境的相互聯(lián)系和相互作用中表現(xiàn)出來的性質和能力。系統(tǒng)觀是馬克思主義基本原理的重要內(nèi)容，強調系統(tǒng)是由相互作用、相互依賴的若干組成部分結合而成的、具有特定功能的有機體；要從事物的總體與全局上、從要素的聯(lián)系與結合上研究事物的運動與發(fā)展，找出規(guī)律、建立秩序，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的優(yōu)化；要用開放的復雜系統(tǒng)的觀點、用從定性到定量的綜合集成方法研究問題。嵌入式系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應用于各個領域的控制和自動化系統(tǒng)中，例如電子儀器、醫(yī)療設備、軍事工業(yè)等行業(yè)。在這些領域中，嵌入式系統(tǒng)和軟件通常發(fā)揮著關鍵的作用。本小節(jié)將從系統(tǒng)觀的角度探討嵌入式系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)。首先，嵌入式系統(tǒng)的設計始終貫穿于實際應用的需求。這意味著系統(tǒng)設計人員必須對應用場景充分了解，從而確定系統(tǒng)的功能和性能需求。例如，許多嵌入式系統(tǒng)在設計之初就需要考慮功耗、溫度、噪聲等因素。另外，嵌入式系統(tǒng)通常需要具備實時性能，即必須在硬實時或軟實時的時間限制內(nèi)對傳感器數(shù)據(jù)、運動控制等進行處理。因此，嵌入式系統(tǒng)的設計必須嚴格遵循這些實時性能的需求。其次，嵌入式系統(tǒng)需要面向硬件平臺和軟件平臺的協(xié)同設計。嵌入式系統(tǒng)通常是基于特定的硬件平臺構建的，因此其具體開發(fā)方法和技術也有很大不同。這些技術可以極大地提高硬件平臺和軟件平臺的效率和穩(wěn)定性，從而帶來更高的系統(tǒng)性能和可靠性。第三，嵌入式系統(tǒng)的設計需要兼顧系統(tǒng)的可維護性。隨著嵌入式系統(tǒng)設計的不斷發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，軟件版本也不斷迭代。這就要求設計人員必須在系統(tǒng)的調試、測試和維護方面做好充分準備，使得系統(tǒng)的問題能夠及時進行排查和解決。在這個過程中，設計人員必須采用一些現(xiàn)代化的維修方法，如遠程監(jiān)控、升級和修復程序，以提高系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。最后，嵌入式系統(tǒng)的設計需要注重安全性和保密性。由于嵌入式系統(tǒng)往往控制著重要的系統(tǒng)組件，例如交通、能源等等，因此這些系統(tǒng)的安全性和保密性至關重要。在設計過程中必須考慮系統(tǒng)在不可靠環(huán)境下的部署問題，確保系統(tǒng)能夠抵御外部攻擊，同時保護重要數(shù)據(jù)的安全性和保密性。綜上所述，嵌入式系統(tǒng)設計必須遵循系統(tǒng)觀的原則，注重實際應用需求、硬件平臺和軟件平臺的協(xié)同設計、系統(tǒng)的可維護性和穩(wěn)定性、安全性和保密性等方面的實際問題，從而為工程實踐提供更高效、穩(wěn)定、安全和可靠的技術支持。第二章思政案例：原理精神科學是發(fā)現(xiàn)規(guī)律，揭示事物最本質、最普遍的原理?？茖W不僅要回答是什么，還要回答為什么。同時，普遍性是規(guī)律的基本特征，不具有普遍性的不是規(guī)律?？茖W就是根據(jù)事物的普遍性去處理事物的特殊性。在理性社會，人類的行為模式已經(jīng)從生產(chǎn)-技術-科學轉向科學-技術-生產(chǎn)，也就是先通過科學研究，弄清事物的原理，再以科學理論指導自己的行為，這是理性社會的重要特性。通過RISC和CISC的分類即可以發(fā)現(xiàn)針對不同的“通用計算”和“專用計算”的目標必須采用不同的客觀的原理去分析。按指令系統(tǒng)進行分類，嵌入式微處理器可分為精簡指令集系統(tǒng)RISC（ReducedInstructionSetComputer）和復雜指令集系統(tǒng)CISC（ComplexInstructionSetComputer）兩大類。精簡指令集系統(tǒng)RISC，是計算機中央處理器的一種設計模式。這種設計思路對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡，使其更容易實現(xiàn)，指令并行執(zhí)行程度更好，編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、、RISC-V和SPARC等。RISC結構一般具有如下特點：（1）單周期的執(zhí)行。它統(tǒng)一用單周期指令，從根本上克服了CISC指令周期的數(shù)目有長有短造成的運行中偶發(fā)性不確定，運行失常的問題。（2）采用高效的流水線操作。指令在流水線中并行地操作，提高了處理數(shù)據(jù)和指令的速度。（3）無微代碼的硬連線控制。微代碼的使用會增加復雜性和每條指令的執(zhí)行周期。（4）指令格式的規(guī)格化和簡單化。為與流水線結構相適應且提高流水線的效率，指令的格式必須趨于簡單和固定的規(guī)式。此外，盡量減少尋址方式，從而使硬件邏輯部件簡化且縮短譯碼時間，同時也提高了機器執(zhí)行效率和可靠性。（5）采用面向寄存器組的指令。RISC結構采用大量的寄存器—寄存器操作指令，使指令系統(tǒng)更為精簡?？刂撇考鼮楹喕?，指令執(zhí)行速度大大提高。（6）采用Load/Store（裝載/存儲）指令結構。在CISC結構中。大量設置存儲器操作指令，頻繁地訪問內(nèi)存，將會使執(zhí)行速度降低。RISC結構的指令系統(tǒng)中，只有裝載/存儲指令可以訪問內(nèi)存，而其他指令均在寄存器之間對數(shù)據(jù)進行處理。（7）注重編譯的優(yōu)化，力求有效地支撐高級語言程序。綜上所述，要更好的掌握嵌入式系統(tǒng)的知識，必須從原理出發(fā)，結合實踐，與時俱進，實事求是，這樣才能秉持科學精神的核心價值，不斷進步。第三章思政案例：工匠精神在過去的20年里，Linux系統(tǒng)主要被應用于服務器端、嵌入式開發(fā)和PC桌面3大領域。例如大型、超大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)（百度、騰訊、阿里等）都在使用Linux系統(tǒng)作為其服務器端的程序運行平臺，全球及國內(nèi)排名前1000的90%以上的網(wǎng)站使用的主流系統(tǒng)都是Linux系統(tǒng)。由于Linux開放源代碼、易于移植、資源豐富、免費等優(yōu)點，使得它除了在服務器和PC桌面端之外的嵌入式領域越來越流行。更重要的一點，由于嵌入式Linux與PCLinux源于同一套內(nèi)核代碼，只是裁剪的程度不一樣，這使得很多為PC開發(fā)的軟件再次編譯之后，可以直接在嵌入式設備上運行。Linux這種設計理念是工匠精神的深刻體現(xiàn)。工匠精神主要包括全新的敬業(yè)精神、嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、超強的工作能力、大膽的創(chuàng)新意識。工匠精神不僅是一種優(yōu)秀的職業(yè)道德文化，也是一種內(nèi)在的精神品質。針對不同的操作系統(tǒng)和具體化的場景應用，嵌入式數(shù)據(jù)庫采用了有針對性的模塊化構成方案，也正是設計者具備了這種嚴謹?shù)脑O計態(tài)度和精益求精的工匠精神，這才使得嵌入式數(shù)據(jù)庫在碎片化、異構嚴重的嵌入式系統(tǒng)中發(fā)展的越來越好。第四章思政案例：創(chuàng)新精神科學精神是科學研究者進行科學研究、獲得真理所需用的精神素質的總和。它具有豐富的內(nèi)涵和多方面的特征。概言之，主要表現(xiàn)為求實精神、實證精神、探索精神、理性精神、創(chuàng)新精神、懷疑精神、獨立精神和原理精神。嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境是為開發(fā)者進行基于Linux的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工作搭建的工作平臺。該平臺從硬件上分析包括主機端（也叫宿主機端）和目標機（也叫目標開發(fā)板）。從軟件角度來看，它首先是在主機端通常采用PC結合“虛擬機+Linux”的開發(fā)模式，在目標機端采用基于有較強計算能力和具有MMU（內(nèi)存管理單元）的硬件平臺（比如當前最主流的ARM架構）的開發(fā)環(huán)境，然后完成對于該目標機平臺的嵌入式Linux內(nèi)核移植、文件系統(tǒng)制作工作，以確保目標機平臺具有合適的工作環(huán)境。在此基礎上，開發(fā)者可在主機端進行應用程序編輯，構建交叉編譯工具鏈，程序下載及調試等重要工作。創(chuàng)新精神充分體現(xiàn)了人類特有的主觀能動性。科學精神倡導創(chuàng)新思維和開拓精神，鼓勵人們在尊重事實和規(guī)律的前提下，敢于標新立異，科學精神的本質要求是開拓創(chuàng)新。嵌入式GUI領域之所以不斷有新發(fā)現(xiàn)、新技術、新創(chuàng)意，之所以充滿著生機和活力，就在于不斷更新觀念，大膽改革創(chuàng)新。第五章思政案例：科學精神自從ARM架構成為全球各種智能設備的主流處理器之一，ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)就變得愈加重要。在ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)過程中，科學精神起著至關重要的作用?？茖W精神是人們在長期的科學實踐活動中形成的共同信念、價值標準和行為規(guī)范的總稱，是指由科學性質所決定并貫穿于科學活動之中的基本的精神狀態(tài)和思維方式，是體現(xiàn)在科學知識中的思想或理念。它一方面約束科學家的行為，是科學家在科學領域內(nèi)取得成功的保證；另一方面，又逐漸地滲入大眾的意識深層。首先，科學精神是科學本質特征的重要體現(xiàn)。科學精神是貫穿于整個科學發(fā)展歷史過程中以及全部科學活動過程中具有普遍意義的思想意識?？茖W精神的內(nèi)涵非常深廣，其內(nèi)容是隨著社會實踐的變化而不斷地發(fā)展變化的。其次，科學精神是一種人類社會中帶有共通性價值的精神。對科學精神的理解要從多視角、多元化的角度去認識，對其內(nèi)涵的界定必須考慮其廣泛的適應性?？茖W精神是科學的靈魂，以求實和創(chuàng)新為核心訴求，是現(xiàn)實可能性和主觀能動性的結合。其中，現(xiàn)實可能性來自對客觀性的追求，主觀能動性則體現(xiàn)為強烈的創(chuàng)新意識?？茖W精神強調的是理性、求真和嚴謹?shù)膽B(tài)度，這也是軟件開發(fā)所需的必要素質。科學精神不僅意味著對事實和證據(jù)的真正關注，而且意味著經(jīng)驗性知識和假設性想法是不斷受到挑戰(zhàn)和改進的，隨著時間的推移，知識總量會增長。在ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)過程中，科學精神是推動技術前沿發(fā)展的關鍵力量。首先，在ARM-Linux內(nèi)核開發(fā)中，開發(fā)者需要以一種開放思維的方式來處理問題，提高自己對于計算機體系結構和底層硬件運行的了解。ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)需要進行嚴謹?shù)奶剿骱蛯嶒?。通過實踐和試驗，不斷尋求改進和優(yōu)化的方法，從而充分發(fā)揮硬件的性能優(yōu)勢，并為用戶帶來更好的體驗。為了創(chuàng)建一個高質量、高度優(yōu)化的硬件和操作系統(tǒng)集成，內(nèi)核開發(fā)人員需要深入了解所有與ARMCPU和Linux操作系統(tǒng)相關的信息，并將其轉化為可驗證和測試的代碼。例如，他們會測試內(nèi)核的無符號數(shù)縮放算法，用來滿足需要靈活查找的文件索引查找過程中的高效性；或驗證內(nèi)核的標準結構體中每個字段的大小、強制對齊大小和其他特性是否符合ARM架構的規(guī)范。其次，在開發(fā)時充分遵循科學原則和規(guī)律，是確保代碼質量和操作系統(tǒng)性能的必要條件。妥善處理計算機中多并發(fā)進程之間的共享資源問題，優(yōu)化內(nèi)存管理、CPU調度等，都需要經(jīng)過嚴密的測試和實驗。為了保證內(nèi)核穩(wěn)定性和安全性，內(nèi)核開發(fā)人員還應該嚴格遵循開發(fā)流程的規(guī)定，包括設計、編寫可重用的代碼組件、進行版本控制、錄制歷史記錄等。最后，在ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)中，開發(fā)者需要不斷學習和改進，要時刻保持理性和客觀的態(tài)度，不能因為個人喜好或偏見而影響決策。盡管ARM-Linux已經(jīng)是一個成熟的操作系統(tǒng)，但內(nèi)核開發(fā)人員仍然需要持續(xù)了解現(xiàn)代CPU的技術迭代，以及如何更好地利用硬件進行高效的數(shù)據(jù)處理。因此，教育和訓練在這里扮演重要角色。開發(fā)人員還應該與同行交互，并共享他們所學習到的設備和開發(fā)技巧?？傊?，ARM-Linux內(nèi)核的開發(fā)展示出了科學精神的核心價值，并為軟件開發(fā)領域樹立了榜樣，它透過以實踐為基礎的探索，不斷追求改進并為我們帶來更多價值。第六章思政案例：實證精神嵌入式Linux文件系統(tǒng)是一種可以運行于嵌入式系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)，它與嵌入式操作系統(tǒng)緊密結合，為嵌入式系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)管理服務。嵌入式Linux文件系統(tǒng)的應用環(huán)境非常復雜多樣，需要設計者具備嚴謹?shù)脑O計態(tài)度和精益求精的實證精神，才能夠保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。實證精神要求一切科學認識必須建立在充分可靠的經(jīng)驗基礎上，以可檢驗的科學事堂為出發(fā)點，運用公認為正確的研究方法完成科學理論的構建。實證精神是一種客觀的態(tài)度要求在思考和研究中盡力地排除主觀因素的影響，盡可能精確地揭示出事物的本來面目同時，這種客觀性又必須滿足普遍性的要求，即客觀知識必須是能夠重復檢驗的公共知識.而不是個體的體驗。實證精神，就是尊重事實、誠實正直，并進行符合邏輯的思維，是科學的重要品質。以存儲介質為例，在文件系統(tǒng)框架底層，F(xiàn)lash和RAM都在嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應用。由于具有高可靠性、高存儲密度、低價格、非易失、擦寫方便等優(yōu)點，F(xiàn)lash存儲器取代了傳統(tǒng)的EPROM和EEPROM，在嵌入式系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。根據(jù)所采用的制造技術不同，F(xiàn)lash存儲器主要分為NorFlash和NandFlash兩種。NorFlash通常容量較小，其主要特點是程序代碼可以直接在Flash內(nèi)運行。NorFlash具有RAM接口，易于訪問，缺點是擦除電路復雜，寫速度和擦除速度都比較慢，最大擦寫次數(shù)約10萬次，典型的塊大小是128k字節(jié)。NandFlash通常容量較大，具有很高的存儲密度，從而降低了單位價格。NandFlash的塊尺寸較小，典型大小為8k字節(jié)，擦除速度快，使用壽命也更長，最大擦寫次數(shù)可以達到100萬次，但是其訪問接口是復雜的I/O口，并且壞塊和位反轉現(xiàn)象較多，對驅動程序的要求較高。由于NorFlash和NandFlash各具特色，因此它們的用途也各不相同，NorFlash一般用來存儲體積較小的代碼，而NandFlash則用來存放大體積的數(shù)據(jù)。綜上所述，只有通過反復的實驗證明和嚴謹?shù)目茖W構建，才能選擇正確的存儲介質。第七章思政案例：求實精神科學認為世界是不以人們主觀意志為轉移的客觀存在，科學活動要求人們從事各種物質創(chuàng)造活動時應該遵循實事求是的態(tài)度，要求正確認識客觀世界的運動，因此，客觀唯實、追求真理是科學精神的首要要求?？茖W精神就是徹底的唯物主義精神，也即實事求是精神解放思想，客觀唯實，追求真理是科學精神的實質?？茖W要追求真理，不盲從潮流，不迷信機威，不把偶然性當必然性，不把局部看作全體。嵌入式系統(tǒng)發(fā)的移植工作必須要有求實精神的指導。移植就是把程序從一個運行環(huán)境轉移到另一個運行環(huán)境。在主機-開發(fā)機的交叉模式下，即是把主機上的程序下載到目標機上運行。嵌入式Linux系統(tǒng)的移植主要針對BootLoader（最常用的是U-Boot）、Linux內(nèi)核、文件系統(tǒng)這三部分展開工作。U-Boot是在系統(tǒng)上電時開始執(zhí)行，初始化硬件設備，準備好軟件環(huán)境，然后才調用Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核。文件系統(tǒng)是Linux操作系統(tǒng)中用來管理用戶文件的內(nèi)核軟件層。文件系統(tǒng)包括根文件系統(tǒng)和建立于Flash內(nèi)存設備之上文件系統(tǒng)。根文件系統(tǒng)包括系統(tǒng)使用的軟件和庫，以及所有用來為用戶提供支持架構和用戶使用的應用軟件，并作為存儲數(shù)據(jù)讀/寫結果的區(qū)域。嵌入式Linux系統(tǒng)移植的一般流程是：首先構建嵌入式Linux開發(fā)環(huán)境，包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境；。其次，移植引導加載程序B