教案2021～2022學年第二學期開課部門：電子與自動化學院課程名稱：嵌入式技術及應用任課班級：物應201、202、203任課教師：教學周：第一周至第十四周任課時間：年月至年月-21-本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序2授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：嵌入式系統組成前次課教學內容提要嵌入式系統認識本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：了解學生掌握嵌入式系統基本組成；查找嵌入式系統應用案例并分析。教學重點及難點：重點：嵌入式系統組成難點：嵌入式系統案例分析作業和思考題：課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入嵌入式系統組成及嵌入式系統應用案例分析回顧知識點引入嵌入式系統組成學生回答問題案例引入基礎知識檢測10分資源學習教師引導學生完成案例分析自主學習案例法20分查閱資料教師答疑及引導學生查閱資料準備案例分組討論小組協作資料分析40分總結教師布置下節課準備工作學生記錄交流思維導圖10分教學內容頁嵌入式系統基礎知識一、嵌入式系統結構嵌入式系統與傳統的計算機一樣是一種由硬件和軟件組成的計算機系統。硬件包括了嵌入式微控制器和微處理器，以及一些外圍元器件和外部設備。軟件包括嵌入式操作系統和應用軟件。1.硬件層硬件層主要包含了嵌入式系統中必要的硬件設備：嵌入式微處理器、存儲器(SDRAM、ROM等)、設備IO接口等。2.中間層中間層為硬件層與系統軟件層之間的部分，有時也稱為硬件抽象層(HardwareAbstractLayer，HAL)或者板級支持包(BoardSupportPackage，BSP)。3.系統軟件層系統軟件層由實時多任務操作系統(Real-timeOperationSystem，RTOS)、文件系統、圖形用戶界面接口(GraphicUserInterface，GUI)、網絡系統及通用組件模塊組成。4.應用軟件層應用軟件層則是開發設計人員在系統軟件層的基礎之上，根據需要實現的功能，結合系統的硬件環境所開發的應用軟件。教學內容頁二、嵌入式系統特點1.人機交互界面2.功能有限3.時間和空間關鍵性和穩定性4.高可靠的穩定性嵌入式微處理器（一）、ARM微處理器系列系列及版本RSIC與CSIC結構3、典型的微處理器特點查找Contex資料，了解其特點及應用案例（二）、ARM微處理器的寄存器處理器工作模式寄存器及存儲器ARM微處理器編程模型四、嵌入式系統案例分析問題：1、單片機和高端ARM有什么區別？（澄清經過概念）說到底就是有沒有

CACHE和MMU，單片機沒有CACHE和MMU，高級ARM有CACHE和MMU，但是低端ARM就沒有。單片機和低端ARM（比如cortex-M系列）是MCU，高端ARM是MPU。有了MMU，在ARM領域，Linux編程的時候，就會看到虛擬地址,這樣，編程就變得復雜起來！也就是說，單片機里所用的地址都是物理地址。ARM里面，啟動MMU以后，我們編程看到的地址都是虛擬地址，經過MMU以后才是具體的物理地址。PC上執行要用本機編譯器，在ARM上運行的要交叉編譯器。本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序3授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：典型嵌入式操作系統前次課教學內容提要嵌入式微處理器本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：熟悉Linux的組成部分掌握Linux文件系統教學重點及難點：Linux文件系統功能文件操作權限及設置作業和思考題：什么是嵌入式系統？什么是嵌入式操作系統？從資源管理角度講，操作系統的功能有哪些？中斷服務程序的處理有哪幾個步驟？簡述程序、進程和線程的區別？課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行設計教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入嵌入式操作系統及指令應用回顧知識點引入嵌入式操作系統學生回答問題案例引入基礎知識檢測10分資源學習教師引導學生學習Linux系統自主學習實操20分系統操作教師引導學生完成指令熟悉及簡單操作分組練習實操40分總結總結及教師布置下節課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內容頁一、嵌入式操作系統（一）、Linux嵌入式Linux現在已經有許多的版本，包括強實時的嵌入式Linux(如新墨西哥工學院的RT-Linux和堪薩斯大學的KURT-Linux等)和一般的嵌入式Linux版本(如uCLinux和PocketLinux等)。（二）、VxWorks1984年WRS公司推出它的第一個版本VxWorks1.0.1，在1997年推出了VxWorks5.3.1。VxWorks是一個運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。（三）、WinCEWindowsCE的多線性、多任務、全優先的操作系統環境是專門針對資源有限而設計的。這種模塊化設計使嵌入式系統開發者和應用開發者能夠定做各種產品，例如家用電器、專門的工業控制器和嵌入式通信設備。（四）、Palm3COM公司的Palm操作系統在掌上電腦和PDA市場上占有很大的市場份額。它有開放的操作系統應用程序接口，開發商可以根據需要自行開發所需的應用程序。（五）、μC/OS-II由于μC/OS-II僅是一個實時內核，這就意味著它不像其他實時操作系統那樣，它提供給用戶的只是一些API函數接口，有很多工作往往需要用戶自己去完成。把μC/OS-II移植到目標硬件平臺上也只是系統設計工作的開始，后面還需要針對實際的應用需求對μC/OS-II進行功能擴展，包括底層的硬件驅動、文件系統和用戶圖形接口(GUI)等，從而建立一個實用的RTOS。（六）、eCoseCos（embeddedConfigurableoperatingsystem），中文翻譯為嵌入式可配置操作系統或嵌入式可配置實時操作系統。適合于深度嵌入式應用，主要應用對象包括消費教學內容頁電子、電信、車載設備、手持設備以及其他一些低成本和便攜式應用。二、Linux系統的結構1、內核（1）什么是內核？（2）由5個子系統組成在圖片中顯示內核的地位及5個子系統的關系2、shell（1）什么是shell（2）shell的版本（3）shell的說明本部分需重點講解3、文件系統文件或設備或目錄（1）Linux目錄結構//root或/home/登錄名（2）路徑（3）權限讀（r）、寫（w）、執行（x）root(系統管理員)、owner（文件屬主）、group（組成員）、other（其他用戶）修改文件權限命令：chmod例：chmod+xhelloworld4、Linux實用工具（1）編輯器例：vi/文件名（2）過濾器（3）交互程序通過分析Linux操作系統的地位，講解Linux特性及構成1、Linux操作系統特點2、Linux嵌入式構成教學內容頁3、Linux文件系統對比Windows系統和Linux系統講解文件系統，演示Ubuntu系統中的目錄格式。問題：嵌入式Linux啟動順序？(4412啟動流程)執行腳本：if

[

-z

$1

]

then

.ild_uboot.sh

else

.ild_uboot.sh

$1

fi實際是執行了另一個腳本：build_uboot.sh這個腳本里有一句：cat

E4412_N.bl1.SCP2G.bin

bl2.bin

all00_padding.bin

u-boot.bin

tzsw_SMDK4412_SCP_2GB.bin

>

u-boot-iTOP-4412.bin就是把幾個文件拼接一下，生成最終的

u-boot-iTOP-4412.bin第一個文件：E4412_N.bl1.SCP2G.bin

這個就是BL1

,剛才說過的，前8K就是他，三星給的，神秘兮兮的第二個文件：bl2.bin

這個是BL2，也就是BL1執行后要加載的文件，確實是UBOOT前面截取的。第三個文件：

all00_padding.bin

這個完全是為了補齊用的，里面全是0000第四個：u-boot.bin

這個才是真正的uboot源碼編譯出來的鏡像文件BL1執行以后加載BL2，然后把u-boot.bin加載到內存去運行的最后一個文件是：tzsw_SMDK4412_SCP_2GB.bin

這個是ARM的一項新技術，也就是trustzoon技術，為了系統安全用的，大家可以不管他實際上也可以不用好了，到這里uboot就執行起來了往后的事情大家就清楚了，uboot加載Linux內核“

zImage"，然后掛接文件系統（zImage

就是Linux內核編譯生成后的鏡像文件）啟動順序為:iROM-->BL1>BL2>uboot>zImage>掛接文件系統2、沒有BL1可不可以？這個完全是出于安全的考慮，bootloader在系統啟動的最前面運行如果bootloader被攻破的話，危險級別幾乎都會是致命的，所以這部分內容也一直是黑客們進行漏洞挖掘的領域如果能夠控制bootloader，iphone的越獄、Android的root以及在手機上安裝第三方的ROM就都不成問題所以安全問題的重中之重是，要保護bootloader的安全防止bootloader被篡改怎么防止呢在上電啟動執行IROM程序以后，加載BL1的時候，要對BL1進行多種安全檢驗防止BL1是假的然后BL1會對BL2進行各種檢驗直至操作系統linux

這樣保證你的整個系統是干凈的！BL1的結構BL2實際就是個UBOOT，然后取出前14K就是了這個就是BL1，BL2和UBOOT在EMMC里面的分布這個是BL2的結構最上那部分其實就是14K然后下面是chechsum（校驗），signature(簽名），Padding(補齊）大家可以看到BL2的主體部分沒有加密，但下面有簽名補齊16Kuboot也要做補齊的，就是補齊到328K

本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序4授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：Linux常用指令前次課教學內容提要典型嵌入式操作系統本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：掌握磁盤管理命令掌握文件操作命令教學重點及難點：命令格式命令與不同參數組合所得的結果作業和思考題：課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行設計教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入嵌入式操作系統及指令應用回顧知識點引入Linux系統常用命令學生回答問題案例引入基礎知識檢測10分資源學習教師引導學生學習Linux系統自主學習實操20分系統操作教師引導學生完成指令熟悉及簡單操作分組練習實操40分總結總結及教師布置下節課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內容頁教學方法：從以下幾方面講解說明：1、命令格式：講清楚空格、-、中括號、尖括號等符號的使用2、說清功能，各參數的含義3、典型應用4、常見錯誤一、磁盤管理命令1、pwd：查看當前工作目錄的命令格式：pwd2、cd：改變當前目錄至新目錄格式：cd<dirname>例：cd絕對路徑如：cd/libcd~//進入主目錄cd相對路徑如：cd./temp1cd..//進入父目錄3、ls：顯示目錄或文件信息命令格式：ls[-altrAFR]dirname要求掌握-a、-l參數4、mkdir：創建目錄或文件信息命令格式：mkdir[-p]dirname例：mkdirtemp5、rmdir：刪除目錄命令格式：rmdir[-p]dirname注：只能刪除文件或空目錄，如需刪除非空目錄使用命令rm-r6、rm：格式：rmfilename或rm-rdirname二、修改文件權限1、chmod格式：chmod[-cfvR]modefilename其中mode為[ugoa][+-=][rwx]說明：要求詳細講解以上模式設置，并配合實例進行講解例：chmodu+xfile1chmod777file2三、命令執行注意事項1、命令區分大小寫2、命令與參數之間有空格3、多個參數只需要一個“-”4、{}表示多個參數選其一，[]表示可選參數。其中{}和[]不需要出現在命令中本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序5授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：Linux磁盤操作前次課教學內容提要Linux常用指令本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：熟悉Linux操作環境掌握Linux各類命令的使用方法掌握命令執行錯誤的處理方法掌握磁盤管理命令教學重點及難點：使用命令操作并查看結果觀察命令與參數組合不同結果作業和思考題：課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行設計教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入嵌入式操作系統及指令應用回顧知識點引入Linux系統常用命令學生回答問題案例引入基礎知識檢測10分資源學習教師引導學生練習Linux系統基本操作分組練習實操20分系統操作教師引導學生完成常用指令操作分組練習實操40分總結總結及教師布置下節課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內容頁一、虛擬機應用1、啟動虛擬機軟件2、登陸系統3、認識界面教學方法：邊講邊操作二、常用命令練習1、用pwd命令查看當前所在的目錄2、用ls命令列出此目錄下的文件和目錄3、用ls-a查看隱藏文件及目錄，識別隱藏文件及目錄4、用ls-l查看文件夾詳細信息5、創建測試目錄test和testdir6、修改testfile的使用權限，增加所有用戶的可執行權限7、切換目錄至登陸用戶的主目錄8、用兩種方法分別刪除目錄test和testdir三、命令執行注意事項1、命令區分大小寫2、命令與參數之間有空格3、多個參數只需要一個“-”4、{}表示多個參數選其一，[]表示可選參數。其中{}和[]不需要出現在命令中本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序6授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：Linux文件操作指令前次課教學內容提要Linux磁盤操作本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：掌握磁盤管理命令掌握文件操作命令教學重點及難點：命令格式命令與不同參數組合所得的結果作業和思考題：課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行設計教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入嵌入式操作系統及指令應用回顧知識點引入Linux系統常用命令學生回答問題案例引入基礎知識檢測10分系統操作教師引導學生練習Linux系統磁盤操作指令分組練習實操20分系統操作教師引導學生練習Linux系統文件操作指令分組練習實操40分總結總結及教師布置下節課準備工作學生記錄交流日志10分

教學內容頁一、文件操作命令1、cat：文件內容查看和連接命令格式：cat[-AbeEnstTuv]filenamecatfilename1filename2>>filename3要求掌握查看文件的方法2、cp：文件復制命令格式：cp[-adfipr]refilename/dirnamedestfilename/dirname可復制文件，可復制目錄，如需遞歸地復制目錄內的內容需加參數-a；如沒有目標文件/目錄名，則復制并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則復制為新文件/目錄。3、mv：文件移動或重命名格式：mv[-bfiuv]refilename/dirnamedestfilename/dirname可移動文件，可移動目錄，如沒有目標文件/目錄名，則移動并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則移動并命名為新文件/目錄。4、聯機幫助命令1、man格式：man<command>功能說明：列出command命令的使用方法，包括指令的選項與相關的參數說明2、help格式：<command>--help功能說明：顯示Shell命令的信息二者的區別：系統中會有單獨的man文件，如命令manterm等同于less[manpath]/term.X[.gz]//X為1-8中的數，視term而定。

就是說，如果系統沒有安裝對應man文件，哪怕term命令完全正常，manterm都沒結果（同樣，只要安裝了man文件，哪怕沒term命令，也可以得到一大堆東西）。

而--help參數將會顯示可執行程序自帶的信息，這些信息是嵌入到程序本身的（所以--help信息較簡短）。本次課基本信息授課時間月日第周星期第節授課順序7授課方式（請打√）理論課□實驗課□理實一體□討論課□習題課□其它□課時安排2授課題目（教學章節或項目模塊主題）：Linux系統命令練習前次課教學內容提要Linux文件操作指令本次課教學目的、要求（分掌握、熟悉、了解三個層次）：1.掌握文件操作命令cp、mv、rm等。2.熟練使用命令完成練習；教學重點及難點：重點：命令應用；難點：vi命令的應用。作業和思考題：課后小結：教學設計頁對本次課的教學目標、教學重難點、教學方法、教學步驟與時間分配等環節進行教學步驟教學內容教學活動教學方法教學手段時間分配教師活動學生活動任務導入cp、mv、rm、man、help等命令復習、應用及練習教師在云課堂布置學習知識點和相關視頻/PPT學生記錄，準備學習線上交流云課堂/QQ/騰訊課堂15分資源學習教師引導學生復習學習資料并練習自主學習云課堂45分互動答疑教師解答，提問學生提問，回答線上交流QQ/騰訊課堂10分總結作業教師總結學生記錄10分教學內容頁Linux命令練習一、文件操作命令復習1、cat：文件內容查看和連接命令格式：cat[-AbeEnstTuv]filenamecatfilename1filename2>>filename3要求掌握查看文件的方法2、cp：文件復制命令格式：cp[-adfipr]refilename/dirnamedestfilename/dirname可復制文件，可復制目錄，如需遞歸地復制目錄內的內容需加參數-a；如沒有目標文件/目錄名，則復制并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則復制為新文件/目錄。3、mv：文件移動或重命名格式：mv[-bfiuv]refilename/dirnamedestfilename/dirname可移動文件，可移動目錄，如沒有目標文件/目錄名，則移動并保留原名，如給出目標文件/目錄名，則移動并命名為新文件/目錄。4、聯機幫助命令（1）、man格式：man<command>功能說明：列出command命令的使用方法，包括指令的選項與相關的參數說明（2）、help格式：<command>--help功能說明：顯示Shell命令的信息二、練習1、用pwd命令查看當前所在的目錄2、用ls命令列出此目錄下的文件和目錄3、用ls-a查看隱藏文件及目錄，識別隱藏文件及目錄4、用ls-l查看文件夾詳細信息5、創建測試目錄test6、復制文件examples.desktop到test目錄下并命名為testfile7、修改testfile的使用權限，增加所有用戶的可執行權限8、復制目錄test為目錄testdir9、將/test/testfile移動到目錄testdir下，并更名