以嵌入式应用为导向的操作系统实验教学改革

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1、以嵌入式应用为导向的操作系统实验教学改革滕艳平，杜鹃，金梅，李丽丽（齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）摘要：针对操作系统实验课程存在的问题，提出构建面向应用的多层次、立体化实验教学体系，结合多种操作系统平台对实验内容进行整合优化，以任务管理为例，探讨仙C/OS-Ⅱ平台下嵌入式操作系统的设计方案，指出通过一系列创新项目的训练，学生的程序设计能力和应用开发能力得到很大提升。.jyqkail protected]．。0引言操作系统是计算机及相关专业必修的一门专业基础课程，学习的主要目的是让学生掌握操作系统的基本概念、基本原理和算法设计思想，理解操

2、作系统在计算机系统中的定位和作用，为学生建立起整机的概念，并为其今后从事相关领域的工作打下坚实的基础。嵌入式系统主要是以应用为中心、以计算机技术为基础并且软硬件可裁剪的专用计算机系统，广泛应用到工业、国防、教育、航空、通信等众多领域。嵌入式系统与操作系统紧密相连，这不仅是因为在课程体系中操作系统是嵌入式系统的先修课程，还因为与操作系统的其他后续课程相比，嵌入式系统课程能使学生以嵌入式应用的视角理解通用的计算机系统。1操作系统实验课程现状分析目前，国内各高校的操作系统教学大纲比较接近，教学内容和学时数的设置也基本相同，在实验项目的安排上多以验证型实验为主，对内核算法进行模拟，无法

3、使学生建立完整的系统概念，主要表现在以下几方面。1)缺乏完整的实验创新教学体系。在当前操作系统实验教学中，缺乏从嵌入式应用的角度分析操作系统的工作原理和设计思想，缺乏系统内核代码的分析与重构修改。如何根据实际需要进行内核代码的裁剪、重新编译和系统调用，又如何根据实际需要进行移植，这些问题对培养学生的实际应用能力至关重要，也是亟须解决的问题。2)缺乏多种操作系统环境下实验内容的整合。μC/OS-Ⅱ是一种嵌入式实时操作系统，源代码开放。与Linux相比，μC/OS-Ⅱ的微内核代码小巧精干，更有利于初学者学习和掌握操作系统进程调度、同步、通信等基本概念，这样在基础验证型实验中以μc/

4、os-Ⅱ作为实验平台，会取得更好的教学效果；而在Linux操作系统平台下，教师应使学生更好地掌握用于描述操作系统的数据结构，进而能够对嵌入式Linux内核代码进行分析、裁剪和应用。3)缺乏对实验教学的重视程度。多数高校在操作系统课的教学中，只偏重理论而轻视实验。操作系统原理内容繁多、概念抽象，算法的设计又很复杂，在有限的实验学时内无法更好地满足实践教学的需要，这就需要后续的课程设计或毕业设计环节进行弥补。2操作系统实验教学体系的构建通过对操作系统实验课程现状的分析，为培养学生的实际应用开发能力，教师应创建一系列系统的实验项目，由浅入深，循序渐进，同时要结合μC/OS-Ⅱ、Lin

5、ux和odet”下选择“Large”。此外，工程中还需添加与移植相关的文件OS_CPUA.ASM、OS—CPU_C.C、μC/OS-Ⅱ操作系统的核心文件μcosⅡ.c以及PC相关文件PC.C。3.1任务的创建和任务3种基本状态的转换任务是μC/OS-Ⅱ操作系统中进行资源分配和独立运行的基本单位。本实验的目的是了解和掌握任务的3种基本状态及转换，理解并发的概念。1)实验内容。设计两个任务的应用程序，任务MyTask的功能是每3s在显示器上显示一个字符“A”，而任务YouTask是每Is在显示器上显示字符“B”，要求任务YouTask运行20次后挂起任务MyTask，当YouTas

6、k运行40次后再恢复运行MyTask。2)解决方案。该实验中主要涉及3个重要的μc/os-Ⅱ函数M：任务创建函数OSTaskCreate()、任务挂起函数OSTaskSuspend()和任务恢复函数OSTaskResume()；此外，还有任务切换宏函数OS-TASK．-SyTask任务的优先级高于YouTask，则运行结果先输出“A”，又因为MyTask任务是每隔3s显示1次，故在MyTask的空闲时间内，任务YouTask每1s显示1次，因此连续输出3个“B”之后再输出下一个“A”，依此类推，这样便形成两个任务之间的并发操作。通过对运行结果的观察，学生能够非常直观、形象地理解

7、任务创建和执行过程、任务并发操作等抽象概念。当对运行结果进一步探究可知，任务MyTask在YouTask运行20次后便被挂起，即输出20个“B”后停止“A”的输出，当“B”输出40次后又激活MyTask任务，即又恢复“A”的输出。因此，该实验又能使学生进一步掌握任务的基本状态及相互转换，加强学生对操作系统抽象原理的理解，提高学生学习的兴趣和积极性。另外，通过对程序框架的研究和改进，学生可完成操作系统的其他管理功能，加强对操作系统工作原理的深入理解，提高编程能力和工程实践能力。3.2任务的同步