新课教育合作学校
课程简介
培训对象
以C为编程语言的嵌入式和非嵌入式软件开发工程师、项目管理师、架构师等。
课程设计及授课思路
从事嵌入式软件开发，困难的莫过于学习操作系统原理和处理器方面的知识。讲解操作系统原理如果以Linux、Windows CE、VxWorks等成熟的操作系统为素材并不好，因为它们太大，很容易让人“只见森林不见树木”，也容易让人望而生畏而失去学习的兴趣和信心。从软件开发的角度来看，操作系统的概念和实现原理一旦掌握，不论基于哪一个操作系统做开发都只是调用不同的函数而已。为了让学员获得学习体验，本课程以讲师自己设计的一个实现简洁、完整的“实时”操作系统 — ClearRTOS为基础，通过渐进式的方式细致讲解操作系统的概念和实现原理。至于处理器方面的知识，本课程没有针对某一具体处理器，而是就编程方面所需的通用知识进行了讲解。对这些通用知识的掌握，将使得处理器对于学员不再那么神秘。
与非嵌入式软件开发采用集成开发环境不同，嵌入式软件开发大多是基于命令行的。软件开发工程师除了进行编码工作，还得能驾驭自己的编译环境并运用其他的开发工具辅助开发工作。本课程以来自GNU的工具为例帮助学员战胜这一挑战。值得强调的是，其中花了较大的篇幅帮助学员成为Makefile方面的专家。
要实现高质高效地从事软件开发工作，项目人员还必须理解软件设计的重要性，并借助一定的质量保证方法论来提高工作质量和效率。软件设计和质量保证方法论是业内比较抽象和高级的话题，为此本课程通过带领实践的方式逐步展开讲解，以帮助学员获得一些实用的设计原则、实践和一套有效的质量保证方法论。
总而言之，本课程从知识、工具、方法和思想这四大方面全面讲解如何专业地从事嵌入式软件开发，致力于帮助学员全面走向高质高效编程。
四、培训目标
1、掌握嵌入式软件开发所需的与处理器相关的通用知识。
2、明白信号完整性对嵌入式软件开发的影响。
3、掌握嵌入式软件开发所需掌握的GNU工具。包括make、gcc、binutils、ld和gdb。
4、更加深入地理解C编程语言。
5、了解引导加载器的大致工作原理和功能。
6、掌握实时操作系统的设计和实现原理。包括多任务、任务同步通讯、内存管理、设备管理和定时器管理。
7、理解设计是软件质量之本，并掌握一种有效的模块管理、错误管理和目录结构管理方法。
8、理解什么是可开发性问题和了解一种解决方法。
9、理解平台与框架开发是打造高质量软件之路。
10、理解软件开发的困难和质量保证需要系统性的方法论。
11、理解软件工程的工作习惯对软件质量的影响，掌握一些终身受用的编程好习惯。
12、理解单元测试的重要性，并掌握一种简单有效的部署方法。
13、理解代码覆盖、静态分析和动态分析对构建高质软件的重要性。
五、培训内容
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时 间 |
内 容 |
大 纲 |
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第1天 |
学习导引 |
1. 学什么？怎么学？ 2. 工程师技术能力层次模型 3. 高质高效软件开发团队效能模型 |
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[硬件篇] 处理器的基本概念 |
1. 微处理器与微控制器 2. 寄存器 3. 处理器的启动 4. 输入与输出 5. 指令与数据 6. 中断 7. 字节序 8. 边界对齐 9. 断点 10. 内存管理单元 11. 缓存 |
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[硬件篇] 开发活动中的硬件问题 |
1. 两个软件异常案例 2. 异常的背后 — 信号完整性 3. 应对信号完整性问题的方法 |
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[工具篇] make，开发环境全能管家 |
1. 从简单的Makefile中了解规则 2. 创建基本的编译环境 3. 提高编程环境的实用性 4. 打造更专业的编译环境 5. 理解make的解析行为 6. Makefile的调试 7. make的常用选项 8. 活用make |
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[工具篇] gcc，C语言编译器 |
1. 交叉编译用其环境 2. gcc幕后工作原理 3. 实用的gcc选项 |
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[工具篇] bintuils工具集，软件开发利器 |
1. addr2line，指令地址翻译器 2. ar，静态库生成器 3. nm，符号显示器 4. objdump，信息查看器 5. objcopy，段剪辑器 6. size，段大小观察器 7. strings，字符串窥视器 8. strip，程序文件瘦身器 |
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[工具篇] ld，链接器 |
1. 重定位的概念 2. 链接脚本 |
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[编程语言篇] 掌握必要的汇编知识 |
1. AT&T和Intel语法格式 2. as的语法 3. 嵌入汇编的语法 |
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[编程语言篇] 深入理解程序的结构 |
段、栈、堆 |
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[编程语言篇] ABI/EABI规范，缔造程序兼容合约 |
1. 定义基本数据结构 2. 规范字节对齐处理 3. 分配寄存器的功能 4. 规定栈帧结构 |
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第2天 |
[编程语言篇] 混淆指针与数组所导致的问题 |
1. 问题示例 2. 问题分析 3. 问题成因 4. 预防措施 |
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[编程语言篇] volatile，让我保持原样 |
1. 从例子理解volatile |
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[设计篇] 设计，软件质量之本 |
1. 软件设计是什么 2. 软件质量的概念 3. 阻碍改善设计的常见观念 4. 如何提高设计能力 5. 设计模式、设计原则和设计思想 6. 放之四海皆适用的设计原则 |
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[设计篇] 模块管理，系统有序运行 |
1. 模块管理参照系 2. 设计思路 3. 程序实现 4. 模块管理的一些思考 |
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[设计篇] 错误管理，不可获缺的用户需求 |
1. 现状与出路 2. 表达错误的通用方法 3. 优化错误日志 |
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[设计篇] 目录结构管理，使项目进展更顺利 |
1. 规划目录结构的意义 2. 出色目录结构的特点 3. 一个示例 |
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[设计篇] 平台与框架开发，高质量软件打造之路 |
1. 系统库、平台和框架 2. 本质和优点 3. 架构模型 4. 困境与生命周期理论 |
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[设计篇] 可开发性设计，一种高效且经济的开发模式 |
1. 可开发性问题一瞥 2. 可开发性设计的内涵 3. 设备抽象层 4. 更复杂的设备抽象层 5. 图形界面的可开发性设计 6. 其他可开发性设计 |
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[操作系统篇] 引导加载器，系统启航者 |
1. 功能 2. 文件存储布局 3. 程序加载原理 4. 优点 |
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第2天 |
[操作系统篇] 任务，软件基本调度单元 |
1. 任务情景 2. 任务调度 3. 任务的生命周期 4. 任务控制 5. 竞争问题与中断控制 6. 任务与中断状态 7. 任务栈溢出检测 8. 滴答与空闲任务 9. 多任务环境控制 10. 任务模块管理 11. task1示例程序 12. 任务钩子函数 13. 任务变量 14. 其它概念与思考 |
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[操作系统篇] 任务同步与通信，实现协同工作 |
1. 信号量 2. 互斥锁 3. 事件 4. 消息队列 5. 死锁及预防 |
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[操作系统篇] 内存管理，协调动态内存的使用 |
1. 堆管理（含内存溢出和泄漏检测） 2. 内存池管理 |
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第3天 |
[操作系统篇] 设备管理，方便与外设交互 |
1. 字符设备管理 2. 中断管理 3. 设备管理的主要程序实现 4. 设备驱动程序实现 5. 驱动安装与设备注册 |
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[操作系统篇] 定时器，程序闹钟 |
1. 软件定时器分类 2. 设计思路 3. 中断回调定时器 4. 定时误差 5. 提高遍历效率 6. 改善实时性 7. 任务回调定时器 |
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[质量保证篇] 质量保证导言 |
1. 软件开发的特点 2. 保证质量的关键要素 3. 质量保证需要系统性的方法论 4. 走出质量困境的指导性思想 |
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[质量保证篇] 编程好习惯，质量保证的基本条件 |
1. 一些终生受用的编程好习惯 |
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[质量保证篇] 单元测试，被忽视的质量保证方法 |
1. 警惕单元测试无用论 2. 一个简单但不完善的单元测试例子 3. 构建单元测试框架 4. 无缝整合单元测试 5. 几个实施问题 6. 桩函数和打桩 7. 错误注入，一种可测试性设计 8. 平台开发与单元测试 9. 被测行为的确定性 10. 被测用例的有效性 |
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[质量保证篇] 代码覆盖，单元测试效果的衡量指标 |
1. 了解代码覆盖工具 2. 无缝整合代码覆盖 3. 三个代码覆盖度量指标 |
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[质量保证篇] 静态分析，防止将失误带给用户 |
1. 认识静态分析工具 2. 无缝整合静态分析工具 |
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[质量保证篇] 动态分析，使程序更健壮 |
1. 结识动态分析工具 2. 无缝整合动态分析工具 |
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[质量保证篇] 性能分析，让优化程序有的放矢 |
1. 初探性能分析工具 2. 无缝整合性能分析工具 |
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[质量保证篇] qBench，一个开发高质软件的工作台 |
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