高綱1871

江蘇省高等教育自學(xué)考試大綱

29945 嵌入式軟件技術(shù)概論

南京航空航天大學(xué)編（2021年）

江蘇省高等教育自學(xué)考試委員會(huì)辦公室

一、課程性質(zhì)及其設(shè)置目的與要求

（一）課程性質(zhì)和特點(diǎn)

《嵌入式軟件技術(shù)概論》是高等教育自學(xué)考試計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)專業(yè)（獨(dú)立本科段）考試計(jì)劃規(guī)定必考的一門專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念和組織構(gòu)成，并以ARM Cortex-M4F系列微處理器為基礎(chǔ)掌握嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)方法，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件開發(fā)能力。

（二）本課程的基本要求

本課程共分為14章。在對(duì)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)科基礎(chǔ)、研究和應(yīng)用領(lǐng)域以及ARM Cortex-M4F微處理器和MSP432子系列微控制器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了如何基于MSP432子系列微控制器開發(fā)一個(gè)相對(duì)完整的嵌入式系統(tǒng)的具體過程，以及嵌入式系統(tǒng)中所包含的基本接口及模塊的編程方法，包括串行通信、中斷、定時(shí)器、GPIO、FLASH、ADC、DAC、CMP、SPI、I2C、TSI、USB2.0、系統(tǒng)時(shí)鐘及其它接口與模塊。通過對(duì)本書的學(xué)習(xí)，要求應(yīng)考者對(duì)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一個(gè)全面和正確的了解。具體應(yīng)達(dá)到以下要求：

1.了解嵌入式系統(tǒng)的基本概念、發(fā)展過程、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用范疇，嵌入式系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別與聯(lián)系；

2.理解并掌握嵌入式系統(tǒng)的基本構(gòu)成和基本原理；

3.掌握基于MSP432子系列微控制器的嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)的方法以及對(duì)嵌入式系統(tǒng)各基本接口及模塊的開發(fā)編程方法。

（三）本課程與相關(guān)課程的聯(lián)系

嵌入式軟件技術(shù)概論是一門綜合性和應(yīng)用性都比較強(qiáng)的課程，其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的大部分專業(yè)課程，學(xué)習(xí)者需要具有一定的數(shù)字電路及編程基礎(chǔ)，也要對(duì)計(jì)算機(jī)的一般組成有所了解。因此，本課程的前修課程應(yīng)至少包含《數(shù)字電路》、《程序設(shè)計(jì)語言》（以C語言為主）以及《計(jì)算機(jī)組成原理》，這些課程可以幫助學(xué)生很好的理解嵌入式系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及盡快掌握嵌入式系統(tǒng)的軟件編程方法。

二、課程內(nèi)容與考核目標(biāo)

第1章 概述

（一）課程內(nèi)容

本章簡(jiǎn)要而全面地介紹了嵌入式系統(tǒng)的定義、由來及特點(diǎn)，以及其知識(shí)體系和相關(guān)術(shù)語，總結(jié)并收攏C語言基礎(chǔ)知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

（二）學(xué)習(xí)要求

了解和掌握嵌入式系統(tǒng)的定義、由來及特點(diǎn)，以及其知識(shí)體系和相關(guān)術(shù)語；總結(jié)和復(fù)習(xí)C語言基礎(chǔ)知識(shí)。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：嵌入式系統(tǒng)的知識(shí)體系及相關(guān)術(shù)語、微控制器與應(yīng)用處理器；

2.掌握：嵌入式系統(tǒng)的定義及特點(diǎn)、嵌入式系統(tǒng)常用C語言中的運(yùn)算符、數(shù)據(jù)類型、程序設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)。

第2章 ARM Cortex-M4F處理器

（一）課程內(nèi)容

本章簡(jiǎn)要概述了ARM Cortex處理器，重點(diǎn)介紹ARM 及ARM Cortex-M4F處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及匯編指令。

（二）學(xué)習(xí)要求

通過本章的學(xué)習(xí)，要求了解ARM Cortex處理器的-A、-A50、-M及-R系列各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍；了解和掌握ARM Cortex-M4F處理器的特點(diǎn)、內(nèi)核結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器映像、內(nèi)部寄存器、尋址方式及指令系統(tǒng)；能讀懂ARM Cortex-M4F匯編代碼。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：ARM Cortex處理器的-A、-A50、-M及-R系列各自的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍；ARM、ARM Cortex-M4F處理器的特點(diǎn)及內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

2.掌握：ARM Cortex-M4F處理器的存儲(chǔ)器映像、內(nèi)部寄存器、尋址方式及指令系統(tǒng)。

3.熟練掌握：讀懂ARM Cortex-M4F匯編代碼并能給出一段匯編代碼的運(yùn)行結(jié)果。

第3章 存儲(chǔ)映像、中斷源與硬件最小系統(tǒng)

（一）課程內(nèi)容

本章介紹了MSP432系列MCU的各子系列特性及應(yīng)用領(lǐng)域，并通過對(duì)MSP432系列MCU進(jìn)行分析，闡述了MSP432系列MCU的基本知識(shí)、實(shí)現(xiàn)構(gòu)架。重點(diǎn)介紹了MSP432 MCU的存儲(chǔ)映像、中斷源、引腳功能和硬件最小系統(tǒng)。

（二）學(xué)習(xí)要求

了解MSP432系列MCU的各子系列特性、應(yīng)用領(lǐng)域、基本知識(shí)及實(shí)現(xiàn)構(gòu)架；了解MSP432 MCU的引腳功能和硬件最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及中斷源；掌握MCU硬件最小系統(tǒng)概念及MSP432 MCU的存儲(chǔ)映像。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：MSP432系列MCU的各子系列特性、應(yīng)用領(lǐng)域、基本知識(shí)及實(shí)現(xiàn)構(gòu)架；了解MSP432 MCU的中斷源、引腳功能和硬件最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.掌握：最小系統(tǒng)概念及MSP432 MCU的存儲(chǔ)映像。

第4章 GPIO及程序框架

（本章4.4.2~4.6節(jié)內(nèi)容不做考核要求）

（一）課程內(nèi)容

本章給出通用I/O基本概念和連接方法，簡(jiǎn)要給出MSP432 MCU的端口控制模塊與GPIO模塊的編程結(jié)構(gòu)；闡述了給直接映像寄存器地址賦值的方法，點(diǎn)亮一盞小燈的編程步驟；闡述制作構(gòu)件的必要性及基本方法并給出第一個(gè)構(gòu)件化編程框架、GPIO構(gòu)件、Light構(gòu)建編程實(shí)例。

（二）學(xué)習(xí)要求

了解通用I/O基本概念和連接方法；了解MSP432 MCU的端口控制模塊與GPIO模塊的編程結(jié)構(gòu)；掌握給直接映像寄存器地址賦值的方法及點(diǎn)亮一盞小燈的編程步驟；了解制作構(gòu)件的必要性及基本方法。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：通用I/O基本概念和連接方法；MSP432 MCU的端口控制模塊與GPIO模塊的編程結(jié)構(gòu)；制作構(gòu)件的必要性及基本方法。

2.掌握：給直接映像寄存器地址賦值的方法及點(diǎn)亮一盞小燈的編程步驟。

第5章 嵌入式硬件構(gòu)件與底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件基本規(guī)范

（一）課程內(nèi)容

本章介紹了嵌入式硬件構(gòu)件的概念及分類，給出了硬件構(gòu)件原理圖設(shè)計(jì)規(guī)則，分析了嵌入式底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的概念及層次模型；給出了底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝規(guī)范，介紹了硬件構(gòu)件及底層軟件構(gòu)件的重用與移植方法。

（二）學(xué)習(xí)要求

通過本章的學(xué)習(xí)，了解嵌入式硬件構(gòu)件及底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的概念有層次模型，了解底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的封裝規(guī)范，了解軟硬件構(gòu)件的重用和移植方法。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：嵌入式硬件構(gòu)件的分類；嵌入式硬件構(gòu)件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明規(guī)則；嵌入式底層軟件構(gòu)件的分類；構(gòu)件設(shè)計(jì)的基本思想和基本原則以及編碼風(fēng)格基規(guī)范；硬件和軟件構(gòu)件結(jié)合的的層次模型；軟硬件構(gòu)件的重用和移植方法；底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)建封裝規(guī)范及公共要素文件編寫技巧。

2.掌握：嵌入式硬件構(gòu)件的定義和分類；嵌入式軟件構(gòu)件及嵌入式底層驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的定義；重用概念；移植概念。

第6章 串行通信模塊及第一個(gè)中斷程序結(jié)構(gòu)

（一）課程內(nèi)容

本章主要闡述了串口相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)及MSP432 MCU的串口模塊功能概要并介紹了串口模塊驅(qū)動(dòng)構(gòu)件編程時(shí)涉及的寄存器；設(shè)計(jì)并封裝了串行通訊的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件；分析了MSP432 MCU的中斷機(jī)制并給出了中斷的編程步驟和實(shí)例。

（二）學(xué)習(xí)要求

通過本章的學(xué)習(xí)，了解串口相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)及MSP432 MCU的串口模塊功能并掌握串口模塊驅(qū)動(dòng)構(gòu)件編程時(shí)涉及的寄存器；了解串行通訊驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和封裝方法；了解

MSP432 MCU的中斷機(jī)制并掌握中斷編程方法及編程時(shí)涉及的寄存器。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：串行通信相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)及MSP432 MCU的串口模塊功能；RS232總線標(biāo)準(zhǔn)及邏輯電平轉(zhuǎn)換；串行通訊驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和封裝方法；MSP432 MCU的中斷機(jī)制。

2.掌握：串口模塊驅(qū)動(dòng)構(gòu)件編程方法及編程時(shí)涉及的寄存器；中斷編程方法及編程時(shí)涉及的寄存器。UART接收中斷處理的方法。

第7章 定時(shí)器相關(guān)模塊

（一）課程內(nèi)容

本章講述了計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的一般工作原理，主要介紹了MSP432 MCU的內(nèi)核定時(shí)器和定時(shí)器接口模塊的基本功能和基本編程方法。

（二）學(xué)習(xí)要求

通過本章的學(xué)習(xí)，了解計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的一般工作原理；了解內(nèi)核時(shí)鐘的功能并掌握內(nèi)核時(shí)鐘的相關(guān)寄存器及設(shè)置方法；了解內(nèi)核定時(shí)器SysTick的基本特性，定時(shí)器/PWM模塊的功能、對(duì)應(yīng)外部引腳并掌握該模塊相關(guān)的寄存器及編程設(shè)置方法；了解Timer_A模塊的PWM輸出、間隔定時(shí)、輸入捕捉和輸出比較功能相關(guān)的寄存器及編程設(shè)置方法；了解Timer32定時(shí)器模塊的自由運(yùn)行模式、周期定時(shí)器模式、單次定時(shí)器模式相關(guān)的寄存器及編程設(shè)置方法；了解實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC_C模塊可配置時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的功能、對(duì)應(yīng)外部引腳并掌握該模塊相關(guān)的寄存器及編程設(shè)置方法。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的一般工作原理；內(nèi)核時(shí)鐘的工作原理及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝；SysTick定時(shí)器的功能和特點(diǎn)，定時(shí)器/PWM模塊的工作原理及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝；Timer_A模塊的PWM輸出、間隔定時(shí)、輸入捕捉和輸出比較工作原理及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝；Timer32定時(shí)器模塊的工作原理及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝,Timer32定時(shí)中斷服務(wù)程序；實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC_C模塊的工作原理及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件封裝。

2.掌握：各計(jì)數(shù)器/定時(shí)器模塊的功能、相關(guān)寄存器及編程設(shè)置方法及驅(qū)動(dòng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)，

第8章 GPIO應(yīng)用——鍵盤、LED與LCD

（一）課程內(nèi)容

本章講述了MSP432 MCU GPIO模塊的一般工作原理，主要介紹了鍵盤、LED與LCD等GPIO模塊典型應(yīng)用的構(gòu)件化設(shè)計(jì)編程方法及上述構(gòu)件的綜合應(yīng)用范例。

（二）學(xué)習(xí)要求

通過本章的學(xué)習(xí)，了解和掌握GPIO接口模塊的一般工作原理；了解和掌握鍵盤掃描基本原理和編程方法；了解和掌握LED掃描基本原理和編程方法；了解和掌握字符型LCD的基本原理和編程方法。

（三）考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求

1.領(lǐng)會(huì)：?jiǎn)蝹€(gè)按鍵的簡(jiǎn)單原理，鍵盤掃描基本原理； LED掃描基本原理；字符型LCD的基本原理。

2.掌握：?jiǎn)蝹€(gè)按鍵及鍵盤驅(qū)動(dòng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)；LED發(fā)光二極管的工作原理，LED驅(qū)動(dòng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)；LCD驅(qū)動(dòng)構(gòu)件結(jié)構(gòu)。掌握用匯編語言和C語言判斷單個(gè)按鍵及控制發(fā)光二極管的編程。

第9章 Flash在線編程

（本章內(nèi)容不做考核要求）

第10章 ADC、DAC與CMP模塊

（本章內(nèi)容不做考核要求）

第11章 SPI、I2C與TSI模塊

（本章內(nèi)容不做考核要求）

第12章 DMA編程

（本章內(nèi)容不做考核要求）

第13章 系統(tǒng)時(shí)鐘與其他功能模塊

（本章內(nèi)容不做考核要求）

第14章 進(jìn)一步學(xué)習(xí)指導(dǎo)

（本章內(nèi)容不做考核要求）

三、有關(guān)說明和實(shí)施要求

（一）關(guān)于“課程內(nèi)容與考核目標(biāo)”中有關(guān)提法的說明

在大綱的考核要求中，提出了“領(lǐng)會(huì)”、“掌握”、“熟練掌握”等三個(gè)能力層次的要求，它們的含義是：

1.領(lǐng)會(huì)：要求應(yīng)考者能夠記憶規(guī)定的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的主要內(nèi)容，并能夠領(lǐng)會(huì)和理解規(guī)定的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵與外延，熟悉其內(nèi)容要點(diǎn)和它們之間的區(qū)別與聯(lián)系，并能根據(jù)考核的不同要求，做出正確的解釋、說明和闡述。

2.掌握：要求應(yīng)考者掌握有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，正確理解和記憶相關(guān)內(nèi)容的原理、方法步驟等。

3.重點(diǎn)掌握：要求應(yīng)考者必須掌握的課程中的核心內(nèi)容和重要知識(shí)點(diǎn)。

（二）自學(xué)教材

本課程使用教材為：《嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)與實(shí)踐（第5版）》，王宜懷、許粲昊、曹國平著，清華大學(xué)出版社，2019年版。

（三）自學(xué)方法的指導(dǎo)

本課程作為一門的專業(yè)課程，綜合性強(qiáng)、內(nèi)容多、難度大，應(yīng)考者在自學(xué)過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1.學(xué)習(xí)前，應(yīng)仔細(xì)閱讀課程大綱的第一部分，了解課程的性質(zhì)、地位和任務(wù)，熟悉課程的基本要求以及本課程與有關(guān)課程的聯(lián)系，使以后的學(xué)習(xí)緊緊圍繞課程的基本要求。

2.在閱讀某一章教材內(nèi)容前，應(yīng)先認(rèn)真閱讀大綱中該章的考核知識(shí)點(diǎn)、自學(xué)要求和考核要求，注意對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的能力層次要求，以便在閱讀教材時(shí)做到心中有數(shù)。

3.閱讀教材時(shí)，應(yīng)根據(jù)大綱要求，要逐段細(xì)讀，逐句推敲，集中精力，吃透每個(gè)知識(shí)點(diǎn)。對(duì)基本概念必須深刻理解，基本原理必須牢固掌握，在閱讀中遇到個(gè)別細(xì)節(jié)問題不清楚，在

不影響繼續(xù)學(xué)習(xí)的前提下，可暫時(shí)擱置。

4.學(xué)完教材的每一章節(jié)內(nèi)容后，應(yīng)認(rèn)真完成教材中的習(xí)題和思考題，這一過程可有效地幫助自學(xué)者理解、消化和鞏固所學(xué)的知識(shí)，增加分析問題、解決問題的能力。

（四）對(duì)社會(huì)助學(xué)的要求

1.應(yīng)熟知考試大綱對(duì)課程所提出的總的要求和各章的知識(shí)點(diǎn)。

2.應(yīng)掌握各知識(shí)點(diǎn)要求達(dá)到的層次，并深刻理解各知識(shí)點(diǎn)的考核要求。

3.對(duì)應(yīng)考者進(jìn)行輔導(dǎo)時(shí)，應(yīng)以指定的教材為基礎(chǔ)，以考試大綱為依據(jù)，不要隨意增刪內(nèi)容，以免與考試大綱脫節(jié)。

4.輔導(dǎo)時(shí)應(yīng)對(duì)應(yīng)考者進(jìn)行學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，提倡應(yīng)考者“認(rèn)真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動(dòng)提出問題，依靠自己學(xué)懂”的學(xué)習(xí)方法。

5.輔導(dǎo)時(shí)要注意基礎(chǔ)、突出重點(diǎn)，要幫助應(yīng)考者對(duì)課程內(nèi)容建立一個(gè)整體的概念，對(duì)應(yīng)考者提出的問題，應(yīng)以啟發(fā)引導(dǎo)為主。

6.注意對(duì)應(yīng)考者能力的培養(yǎng)，特別是自學(xué)能力的培養(yǎng)，要引導(dǎo)應(yīng)考者逐步學(xué)會(huì)獨(dú)立學(xué)習(xí)，在自學(xué)過程中善于提出問題、分析問題、做出判斷和解決問題。

7.要使應(yīng)考者了解試題難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個(gè)能力層次中都存在著不同難度的試題。

（五）關(guān)于命題和考試的若干規(guī)定

1.本大綱各章所提到的考核要求中，各條細(xì)目都是考試的內(nèi)容，試題覆蓋到章，適當(dāng)突出重點(diǎn)章節(jié)，加大重點(diǎn)內(nèi)容的覆蓋密度。

2.試卷對(duì)不同能力層次要求的試題所占的比例大致是：“領(lǐng)會(huì)”20%，“掌握”60%，“熟練掌握”為20%。

3.試題難易程度要合理，可分為四檔：易、較易、較難、難，這四檔在各份試卷中所占的比例約為2：3：3：2。

4.本課程考試試卷采用的題型：?jiǎn)雾?xiàng)選擇題、名詞解釋、簡(jiǎn)答題、案例分析題及應(yīng)用題。（見附錄題型示例）。

5.考試方式為閉卷筆試，考試時(shí)間為150分鐘。評(píng)分采用百分制，60分為及格。

附錄 題型舉例

一、單項(xiàng)選擇題

如：MSP432芯片每個(gè)GPIO端口的寄存器數(shù)量是（ ）

答案為D

A.4個(gè) B.6個(gè) C.8 個(gè) D.12個(gè)

二、判斷改錯(cuò)題

如：系統(tǒng)總線負(fù)責(zé)連續(xù)系統(tǒng)的外圍慢速度模塊

三、名詞解釋題

如：構(gòu)件移植

四、簡(jiǎn)答題

如：簡(jiǎn)述BLX指令的用途。

五、案例分析題

如：分析下列代碼執(zhí)行結(jié)果

LDR R2,`R1`

MOV R1,R2

ADD R2,R4,R1

STR R2,`R1`

六、應(yīng)用題

如：將下列代碼中空白部分補(bǔ)充完整。

//================================================================

//函數(shù)名稱： gpio_init

//函數(shù)返回： 無

//參數(shù)說明： port_pin:(____)|(_____)(例如:_________________)

// dir:引腳方向(0=_______,1=__________,可用引腳方向宏定義)

// state:端口引腳初始狀態(tài)(0=__________,1=__________)

//功能概要： ______指定端口引腳為GPIO引腳功能，并定義為________，若是輸出，// 還指定____狀態(tài)是低電平或高電平

//================================================================

void GPIO_init(uint16 port_pin, uint8 dir, uint_8 state)

{

    ；

}