关键词：嵌入式系统；课程体系；市场
作者简介：陆克中（1976-），男，安徽枞阳人，池州学院数学计算机科学系，副教授。（安徽?池州?247000）
基金项目：本文系安徽省教学研究项目（20101119、20101127）的研究成果。
中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）29-0077-02
根据由麦可思研究院撰写出版的《中国大学毕业生就业报告（2011）》显示，[1]计算机科学与技术专业位列于红牌专业（失业量较大，就业率较低，且薪资较低的前10个专业）之中。与此形成鲜明对比的是，近几年来，计算机专业中嵌入式系统方向人才却备受市场欢迎，在不考虑重复信息的情况下，2012年6月10日通过智联招聘网站使用“嵌入式”关键词获得13340条信息，[2]如果平均每条信息招聘5个人，将达到66700人，市场对嵌入式专业人才的需求可见一斑。嵌入式系统方向已逐渐成为高校计算机专业新的办学方向。
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪（根据设计要求，删除不需要的），以实用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。[3]嵌入式系统既有硬件，又有软件，而且软硬结合紧密，专业应用性很强，使得开设嵌入式系统方向并不容易。[4]作为一所新兴的地方性应用型本科院校，如何开设好嵌入式系统方向，以适应市场的需要，成为计算机专业改革与发展的迫切问题。本文在对嵌入式系统人才市场需求情况进行调查研究的基础上，提出构建基于市场需求分析的嵌入式系统方向课程体系，并对培养应用型嵌入式人才的必要措施进行了探讨。
一、市场需求分析
嵌入式系统主要有软件工程师和硬件工程师两大类别。不论是依据当前的计算机专业教学主要还是以软件为主，硬件为软件服务的现实，还是嵌入式系统软件工程师与嵌入式系统硬件工程师的市场需求比例（网络调查显示软硬比达8：1），计算机专业一般开设嵌入式系统方向旨在培养嵌入式系统软件工程师人才。为此通过智联招聘网站仅对嵌入式系统软件工程师岗位进行了分析。
1.对嵌入式处理器的要求
嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，其体系结构经历了从CISC到RISC和CompactRISC的转变，位数则由4位、8位、16位、32位逐步发展到64位。现在常用的嵌入式处理器可分为低端的嵌入式微控制器（microcontrollerunit，MCU）、中高端的嵌入式微处理器（embeddedmicroprocessorunit，EMPU）、嵌入式DSP处理器（embeddeddigitalsignalprocessor，EDSP）和高度集成的嵌入式片上系统（systemonachip，SoC）。我们在智联招聘网站中利用关键词进行搜索，统计招聘单位对各类嵌入式处理器要求情况，见表1。从表1中可以明显看出，当前公司对是否掌握单片机、ARM或DSP等嵌入式处理器的要求比较看重。
2.对嵌入式操作系统的要求
嵌入式操作系统是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件，它是嵌入式系统极为重要的组成部分。嵌入式操作系统一般可以分为两类，一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统，如VxWorks、μc/os-II、Nucleus、QNX、pSOS、ThreadX等；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统，如WinCE、Linux等。通过智联招聘网站，利用关键词进行搜索，统计招聘单位对各类嵌入式操作系统要求情况，见表2。其中，基于Linux平台的开源手机操作系统Android也单独列了出来。从表2中可以明显看出，Linux系统得到了广泛的应用，基于Linux平台的Android系统也得到了长足发展，而Microsoft公司的WinCE并没有像其PC操作系统那样强势，其应用要求不足Linux的1/8。另外，在诸多的实时操作系统中VxWorks的使用独占鳌头，其他系统的需求并不是很旺盛。
3.对编程语言的要求
在嵌入式系统开发过程中使用的语言种类很多，但仅有少数几种语言得到了比较广泛的应用。这里仅对常见的汇编、C/C++、Java语言进行了统计，结果见表3所示。其中根据大多公司的要求，没有将C和C++语言分开来考虑，而是合并考虑。可以看出，C/C++语言占到绝大部分应用，其次是汇编语言，Java语言应用也比较广泛。
4.其他要求
工作经验：11201条；团队合作：6017条，要求具有良好的团队合作/协作精神；沟通能力：5501条，要求具有良好的沟通/交流能力；英语能力：4558条，有的要求具有CET-4/6证书，有的要求具有较好的英文交流及书写能力；学习能力：3252条。此外还有不少公司要求应聘者具有一定的解决问题与分析问题的能力、文档书写能力等。
关键词：嵌入式系统ARMμC/OS-Ⅲ
引言
嵌入式系统是一个很宽泛的概念，我们一般将以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统称为嵌入式系统。近十年来，随着当前各行各业对单片机能力的要求越来越高，如主频高、功耗低、外设多、互连方便、支持操作系统等，嵌入式处理器市场正在32位化，ARM芯片以其高性价比取代51芯片成为嵌入式系统设计的新宠，同时μC/OS-Ⅲ嵌入式操作系统因源码获取方便成为嵌入式系统学习的首选对象。
在实际教学中发现：（1）学生拘泥于嵌入式软硬件知识细节，不能从嵌入式产品的系统层面和设计过程中整体地动态地了解、理解和掌握嵌入式系统设计知识；（2）学生太过依赖学院实验室现有的嵌入式实验箱或自己购买的嵌入式开发板，不敢或很少尝试设计并制作自己的嵌入式开发板；（3）学生对嵌入式操作系统了解有限，忽视相关开发工具的使用与掌握。
本文将从嵌入式系统课程实验板DIY（DoItYourself）开始，探索课程实验板DIY自主实验指导方法，尝试通过适当的适度的DIY实验操作指导，训练学生在规定的时间内和有限的成本下制作自己的嵌入式系统实验板，培养学生进一步自主探索学习嵌入式系统知识的兴趣。
1.研究目标与关键问题
1.1研究目标
依据《嵌入式系统》课程教学内容，研究课程实验板DIY教学方法，制定课程实验板DIY指导手册，指导学生逐步DIY自主制作自己的课程实验板，让学生在实践课程实验板DIY过程中亲身领会并掌握嵌入式系统软硬件设计方法，并最终基于ARMCortex-M3微处理器和实时操作系统μC/OS-III搭建嵌入式系统的软硬件平台，完成课程实验并定制特色功能。
1.2关键问题
（1）如何让学生快速设计、投板、焊接并调试自己的ARM实验板，并且时间和成本可控。
（2）如何让学生在自己的ARM实验板上主动探索来完成课程实验，并且及时总结相关问题和对应的解决方案。
2.《嵌入式系统》DIY实践
借助当前便利的电路板PCB制作与生产工艺，在课程实验板DIY指导手册帮助下，指导学生逐步完成课程实验板DIY实践。
值得一提的是，当前电路板PCB打样双面板价格50元/款起，尺寸大小10cm*10cm以内，完全满足课程实验板制作要求。
2.1实践任务布置
在《嵌入式系统》授课之初，强调嵌入式系统课程实践的重要性，引导学生思索如何动手实践。然后课程设计任务，要求自己动手制作ARM最小系统板，运行μC/OS-III操作系统，满足课程各项实验要求，定制开发自己的特色功能。
说清楚两个限制：（1）必须使用ARMCortex-M3微处理器和μC/OS-Ⅲ实时操作系统；（2）必须在一学期内完成（大约3个月）并且成本可控（100元左右）。
2.2实验板硬件制作
针对选定微处理器芯片（如ARMSTM32F103），提供课程实验板原理图，仅涉及最小系统板硬件（包括ARM芯片、晶振、SWD调试、USB供电模块）和课程实验所需硬件支持（包括基于GPIO的LED和KEY，以及UART模块）。芯片管脚全部基于排线引出，便于学生后续的扩展实验。考虑到学生可能初次进行PCB制版，因此实验板PCB图提供半成品，完成最后的布线。
当然，学生完全可以部分或全部修改实验板原理图和PCB图，前提是学生必须有电路板制版经历。强烈建议初学者不要做太多的修改，而是完成剩下的PCB布线，并投板、焊板，进而编程与调试。
本阶段计划时间两周，可阶段验收成果为：（1）丝印学生姓名的PCB空板；（2）焊接完成的ARM实验板。
2.3实验板程序练习
实验板程序分为两部分，本着简单易学和循序渐进的学习原则，依据《嵌入式系统》课程教学内容，仅涉及LED、KEY和UART三个常见外设，训练内容包括ARM裸板程序和操作系统程序两部分，下表仅列举部分实验内容。
在此过程中，为了调动学生积极主动性，可以实行一定的奖励措施，如通过额外的平时分鼓励学生，将在硬件制作与软件编程实践过程中遇到的问题和对应的解决办法记录下来，并通过教师确认后集中给各位学生以参考。
本阶段时间持续整个学期，可阶段验收成果为课后作业和实验报告。
2.4特色功能实现
学生通过在ARM实验板硬件基础上扩展功能模块，基于μC/OS-III任务程序实现自己的特色功能，如红外测距、温湿度采集、小车控制等，并完成课程设计报告。
课程设计报告内容包括：（1）课程设计简述，阐述目的、内容和意义；（2）需求分析，阐述功能需求、技术指标、设计约束；（3）总体方案设计，涉及系统框图、功能框图、业务流程图等；（4）硬件设计，涉及硬件框图、器件选型、模块电路图等；（5）软件设计，涉及软件框图、关键数据结构、核心模块流程图等；（6）系统测试，包括测试目的、测试步骤、测试结果、结果分析；（7）附录，主要包括扩展的功能原理图和关键代码。
本阶段时间为学期的最后两周，可阶段验收成果为课程设计实物和报告。
结语
经过近三年的嵌入式系统课程教学实践，初步形成一套比较完整的自主实验指导方法和对应的实验板DIY指导手册，已成功指导百余名学生制作自己的ARM实验板，并实现自己设计的特色功能。
参考文献：
[1]石海贝，任秀峰.浅谈嵌入式系统的应用与开发[J].信息与电脑：理论版，2010（2）.
[2]江维，桑楠.面向高等教育的嵌入式系统教学改革[J].计算机教育，2011（16）.
[3]王振华，刘慧芳.嵌入式软件开发实践教学改革与探索[J].教育教学论坛，2016（34）.
在创作中产生影响。对现代建筑玻璃设计影响至深的可能应归属于公共艺术概念在建筑玻璃艺术创作中的体现与延伸。建筑本身就是一个公共空间的载体，其呈现出人们对居住性、人文性的需求。因此，针对具体建筑空间进行个性化的镶嵌玻璃设计代替了原有的固定题材套用格式，设计师的主体创造性得到前所未有的激发，它呈现出的是建筑、玻璃、艺术家三者之间的对话关系，它们的关联性不仅仅体现在空间、色彩、结构与光线的环境上，更是存在于独特而富有内涵的特定的人文情节中。上述这些具体的存在以及被创新的艺术符号已经证明了镶嵌玻璃艺术正在走向崭新的、更为广阔的研究领域。
二、艺术设计的运作
(一)现代镶嵌玻璃艺术的设计思想
现代设计语境及当代建筑形式，需求要不断孕育设计艺术的新思维、新构想、新实践，单一的技法手段与传统的设计样式已经远远不能跟进时代的步伐。事实上，设计艺术的审美准则也在发生着潜移默化的变化，这些变化甚至往往是颠覆性的。那么，在新型的审美观念审美境界之下，现代建筑中出色的镶嵌玻璃设计应具备怎样的个性形态与语言特征呢?主要的应该有以下三点:1．关照建筑与文化环境的紧密性和一致性。建筑作为镶嵌玻璃的承载对象，其本体的建筑语言与建筑结构必然成为艺术家进行镶嵌玻璃创作时必要的考察条件，玻璃艺术家往往需要与建筑师进行紧密的沟通，深入了解该建筑的结构特征、空间分割、功能区块，然后进行针对性设计，利用光线与色彩对建筑空间进行全新的规划及塑造。在考察建筑本体的设计结构与空间关系的同时，建筑所存在的历史文化环境同样是镶嵌玻璃艺术设计需考虑到的重要的环境元素，创作的主题与内涵必须符合建筑主体的文化氛围，优秀的建筑镶嵌作品往往凸显建筑的文化价值。2．维护镶嵌语言与创作风格的继承性和独特性。尽管现代平板玻璃工业的制造手段已经获得了突破性的革命，艺术家已经不用在无法获得大面积的整块平面玻璃的基础上使用镶嵌条或者泥灰来架构整块的平面玻璃壁画，然而，传统镶嵌玻璃技法准则却得以完整的保存下来，不同肌理与色调的玻璃，在镶嵌条的衔接下变得条理而有序，镶嵌语言已经变成一种“分割”与“线条”的美学，“流动的韵律”成为镶嵌玻璃艺术区别于其它艺术门类的重要标志之一。镶嵌玻璃艺术独特的表现力是基于镶嵌玻璃艺术本身沉淀的独特语言来定义与区分的，无论工艺、材料还是科技的手法，都需要秉承镶嵌玻璃创作的核心特征，以此不断的丰富与拓展镶嵌玻璃艺术表现。当代镶嵌玻璃艺术创作非常重视艺术家独特的创作思维，艺术家的个性体现在镶嵌玻璃艺术品中，只有具备独特的个性，镶嵌作品才具有长久的生命力。艺术家开始主宰玻璃艺术创作的风格，获得创作的主导权，这是现代镶嵌玻璃艺术创造性的想象力与张扬的个性不断补充与发展的结果，交融的文化与丰富思想展示出的镶嵌玻璃的核心魅力。3．把握安装结构与心灵层次的科学性和感知性。好的设计图纸未必能在现实建筑工程中得以实施，能否将镶嵌玻璃草图变成现实的建筑玻璃艺术作品，这不仅仅体现艺术家自身创作经验和把控能力，更需要对镶嵌玻璃的分割与承重结构进行精密、科学的演算，在重视安全的前提下充分展示玻璃镶嵌艺术的魅力。玻璃通过光线营造不同的美学空间，这样的空间通过人的视觉来感知，视觉感知迅速转换为心理感受，使镶嵌玻璃艺术营造的空间不仅仅是室内或者室外的实体空间形态，更是潜在的心理空间，因为心理接受程度代表了观者的内心情感与接受程度，是艺术家与观者思维的最有效的沟通。
(二)现代镶嵌玻璃艺术设计的运作进程
基于上述现代镶嵌玻璃艺术的美学要求，设计与创作的全过程必然是一个长期的、连贯性的、在公共艺术意识形态指导下的镶嵌玻璃艺术创作行为，这个连续的创作过程将依次从以下四个方面展开。1．进行场景选择与实地考察。进行镶嵌玻璃艺术创作之前，必须有一个实体(或虚拟)的建筑空间场景以展开玻璃艺术设计，这样的建筑场景或者公共空间一般由委托方提供。当然，也有由艺术家自主选择进行的自由艺术创作。艺术家针对备选的建筑场景进行全面、深入测算、调研、考察，是现代镶嵌玻璃艺术进入公共艺术形态思维并引导多元创作方向的重要途径。对于“环境”的理解，不能单纯认识为建筑本身客体的结构环境与结构特征，这仅仅是考察的一个方向，相关建筑的设计风格及所处环境的历史人文特征也是考察的重点目标所在。设计主题与环境变得冲突与纷繁，使设计呈现出多样的选择，艺术家在众多的信息中不断筛选，努力呈现与建筑主体文化相符合的逻辑魅力，并使个人风格得到最大的凸显。2．提交文本报告与草图方案。文本报告是基于“场景考察”汇总和研究之后的详细的文本文件，除去照片、尺寸、平面图纸、案例说明这些基本的文本框架外，重在透析设计灵感在本体建筑的文化语境下的适应性，以充分的说服力确立基础的设计概念与设计方向。艺术家在科学论证的基础上提出全新的设计概念后，不断完善设计概念，形成初步的方案样稿，这是在建筑场所考察与论证阶段结束后第一次呈现初步的、完整的、直观的设计图纸。3．完善研讨辩论与方案确定。论证与研讨的过程，实际在每个设计阶段都在进行，这不仅仅是艺术家个人自我的反思与完善，是设计师团队的论讨与协作，也是需求方与设计方之间的调和与衔接。好的方案，往往是在不断否定的论证中得到充分发展与完善的。在备选方案中选择最为适合的方案，提出完善意见，完成最终图纸，精确完成等比例缩小的样品制作，以图纸和样品为依据，进行工程施工与放大。4．完善工程施工与社会反馈。对整个建筑镶嵌玻璃制作工程进行报价，完成施工图纸(制作与安装)，签订工程合约，在大型的建筑玻璃工程施工阶段，艺术家扮演监理的角色，控制作品的整体风貌与细节处理，并在制作期间拍摄样片，用以留存及宣传。艺术家本身需具备强烈的社会责任感与时代使命感，公共艺术意识形态的创作语境更是要求艺术家在参与大型公共艺术作品中有效收集大众对艺术作品的评价与反馈，这是最为直接的了解艺术创作作品的社会接受度与体验度的最有效的途径，也是艺术家不断完善自我、突破创新的最为实际方式。艺术家准确了解自身创作作品在社会中的公众效应，将对艺术家解剖自我艺术本身有了可靠的现实依据。
三、艺术设计的创新
(一)镶嵌玻璃艺术设计在建筑空间的拓展
无论建筑空间中镶嵌玻璃的形式与应用怎么突破，作为建筑及公共空间的艺术表现形态，它始终应遵循公共性与个性化的统一;镶嵌语言的传承与拓展;善与美的传递及歌颂。其中镶嵌语言的独特魅力是镶嵌玻璃作为经典的艺术表现手段区别于其它艺术门类而具备的美学存在的价值，镶嵌玻璃的发展必须是发扬其表现的特点、弘扬其表现的优势，将镶嵌文化与审美扎根到当代艺术的创作语境中，将当代镶嵌玻璃应用深入向前推进;设计师或者艺术家的社会责任感与使命感承担起社会影响的重任，镶嵌玻璃是与人心灵互动的艺术表达形式，需要把美的色彩、美的形式、美的光线传递到观者的眼睛与心灵世界中。现代镶嵌玻璃设计应用除去最为常见的壁墙与窗户装饰外，其应用的渠道已大大拓展，主要体现在以下两个大的方面。第一，位于室外空间的地板装饰、广场景观、院台庭池，专业的设计师往往能娴熟的应用玻璃的语言来表述镶嵌艺术的个性与镶嵌装饰的魅力。第二，在室内空间镶嵌玻璃的应用中，利用镶嵌玻璃来分解空间的隔断设计也正从“功能性”与“艺术性”的相互调和中显示出发展的可能性;吊顶空间设计同样也把玻璃镶嵌表现引入其中，玻璃往往是以悬挂、卯合的方式构成镶嵌装置作品;在立体的底模上拼贴玻璃马赛克，这种富贵、韵动的手段适用于水池、玄厅、门廊的设计主题……镶嵌玻璃正从“功利性的标准格式”朝着基于单纯审美的建筑装饰模块发展，如楼梯界面、楼梯扶手、吊顶灯具、门框台阶，照明艺术这些非功利性的审美设计带给建筑空间中的镶嵌玻璃艺术无与伦比的活力［2］。镶嵌玻璃艺术存在于现代建筑中的核心价值除去它独特的表现魅力外，还在于它能引介光线而对建筑空间加以修饰与改变，它能通过色彩对现实场景进行塑造与完善，它能牵引人们的心灵，唤起人类对美好情感的向往与歌颂。玻璃镶嵌艺术经历现代艺术形态的发展已经产生了众多的“变体”，这些变体多数是积极与进步的，它们代表了艺术观念的突破和实践经验的获得。中国美术学院玻璃工作室是国内少有的以学院派的模式推进现代建筑镶嵌玻璃研究的学术机构，其在专业学术精神的指导下进行了大量的玻璃镶嵌应用工程实践。屹立于该工作室北门的大型玻璃镶嵌壁画“哭泣的马”，是科研组以彩绘的方式进行的建筑镶嵌玻璃创作探索，它臆在打破传统的、指定题材的、单一线性的设计模式，而是以公共艺术的意识形态推进全新的艺术实践，创作“过程”成为成就作品完整度的重要衡量标准，而大众参与性与批判性则成为实现作品构成的主旋律，艺术家将自身与观者共同置于创作场景，从而有效的拉近了建筑与生活的关系，使简单的建筑空间因为玻璃而展示出活力与生趣。另一件实验性的创作陈设于该工作室二楼的马赛克镶嵌作品“窗台上的猫”，其采用胶粘的形式将彩色玻璃固定在透光的平板钢化玻璃上，承载马赛克玻璃的是大型的、透明的钢化玻璃窗，从而摆脱了笨重的、不透光的墙体承载，马赛克在光线下显得透彻夺目，夜景灯光的设计又使玻璃马赛克在白天黑夜都能展现出它稳固的光感效果;玻璃碎片中间的缝隙利用硅胶填合，既继承了镶嵌玻璃的表现形式，又减轻了作品的重量，在玻璃物理结构收缩性方面也得到了完美的处理。全新艺术实践的成功是基于玻璃材料的进步与艺术观念的革新共同作用的结果，它发扬了玻璃镶嵌的美学优势，创造了新的表现手法，丰富了镶嵌玻璃在建筑空间中的表现力。除此以外，在商场酒店的大堂建筑空间的壁挂装饰与吊顶设计市场项目中，镶嵌玻璃的表现形式也被巧妙的应用。上海绿地万豪酒店的大厅玻璃装饰就是个好的例证，在它不同寻常的以装置的概念进行建筑玻璃艺术推广中，我们可以看出，玻璃镶嵌不再是单一化的平面性表述，它正朝着立体与结构主义的模式进行发展，多维与多媒的发展方式，是镶嵌艺术突破平面、打破单一、走向立体空间的重要革新。
(二)镶嵌玻璃艺术设计在市场空间的开发
