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1.教材的基本信息

(1)适用对象

本教材适用于电子信息、通信、自动化、计算机等相关专业《嵌入式系统开发教程》相关课程的教学，也可用于有志于从事嵌入式系统开发的专业人员作为入门教程。

(2)具备的知识和能力基础

学习本教材需要具备基本的计算机基础知识和C语言编程能力，且先修过《单片机原理与应用》《Linux操作系统》课程，具备一定的电路设计能力及Linux系统操作能力。

(3)学习总体目标

本课程带领读者完成基于嵌入式Linux系统的产品开发的全流程，着重从以下几方面培养学生的知识和能力，分别是：

①理论知识

CortexA72体系结构及外围硬件设计原理；使用C、C++语言进行程序设计相关理论；嵌入式系统驱动开发理论；嵌入式Linux系统移植相关概念、原理。

②专业技能

掌握嵌入式系统硬件电路设计方法；掌握嵌入式Linux操作系统的基本操作命令；掌握嵌入式交叉编译开发环境的搭建和使用；掌握基于ARM处理器的嵌入式Linux系统移植方法；能够运用Linux操作系统API函数进行驱动程序编写；能够编写Qt应用程序。

③教材编写团队情况

本教材主编王伟负责教材内容章节的总体规划；韩雪、高照玲、高永慧负责实验案例设计及相关教材内容编写；田华、张新强负责教材内容编写和项目实施运行；于广负责教材内容编写和整体格式调整。同时为了能够跟踪学科前沿发展，将嵌入式系统开发中的新技术、新工具、新产品以及新应用展现给读者，特邀大连东软智行科技有限公司嵌入式软件研发工程师陈玉宝先生为本教材编写了综合项目部分的内容，在此表示感谢。

本教材编写过程中参考并引用了大量嵌入式系统方面的书籍和资料，在此对作者表示感谢。由于水平有限，教材中的缺漏与错误在所难免，恳请广大读者批评指正。我们的联系方式为Email：wangwei_q@neusoft.edu.cn。

2.教材的基本结构与内容组织

(1)教材的基本结构

本教材以工程教育理念为指导，遵循TOPCARES教学模式，合理安排教材结构。教材内容采用从硬件设计、系统移植到软件应用的方式进行组织，每个知识点理论与实践相结合，学与做相结合，贯穿全教材每个知识点，最后带领读者完成一个综合项目，教材基本结构及设计思路如下图所示。

教材结构示意图

(2)教材的内容组织

本教材的内容组织遵循TOPCARES工程教育理念，从培养读者能力入手，以实用、切合实际为原则，为读者提供简明、直观、易懂的内容。教材以项目驱动为向导，深入浅出地讲解嵌入式系统开发中的软硬件知识。每一部分结合实例讲解嵌入式Linux系统开发基本流程和方法，以及嵌入式系统开发工具的使用。这样，读者可以清楚地看到运行的现象或结果，从而留下直观和深刻的印象，并且能迅速理解和掌握嵌入式系统基本工作原理、一般开发流程、方法和开发工具的使用。本教材以树莓派4B开发板为基础进行讲解。全教材共分5篇13章。

第一篇为硬件设计篇，分为2章。

第1章是硬件介绍，介绍了本教材所讲述的硬件平台资源、树莓派4B处理器的基本特性、树莓派4B处理器的内部各个模块，如系统外设、多媒体、电源管理、存储器接口等。

第2章是扩展板电路设计，介绍了LED、蜂鸣器、按键、EEPROM等工作原理及硬件电路设计方法。

第二篇为开发基础篇，分为2章。

第3章是嵌入式Linux开发环境构建，介绍了嵌入式Linux开发的基本概念，常用Linux命令，常用软件开发工具的安装：如Putty、VMware、Linux安装，以及NFS服务器的配置。

第4章是Make工程管理及Shell介绍，介绍了Make工程管理及Shell简单语法，每个知识点均是以实例来讲解。

第三篇为系统移植篇，分为3章。

第5章是BootLoader移植，介绍了BootLoader的工作原理、工作模式、常见的BootLoader和UBoot移植方法。

第6章是Linux内核移植，介绍了Linux内核的配置方法、Linux 5.15版本的内核移植过程以及调试、烧写内核的方法，读者能够边做边学，实时看到内核在目标板的运行效果。

第7章是根文件系统移植，介绍了根文件系统组成，根文件系统的制作和移植方法。

第四篇为驱动开发篇，分为4章。

第8章是驱动开发基础，介绍了嵌入式Linux驱动程序开发的基本概念，字符设备驱动程序框架，自动创建设备节点的方法，设计了一个简单的字符设备驱动程序项目。

第9章是驱动开发核心技术，介绍了Linux操作系统提供的相关API函数的使用方法，包括信号量、等待队列、Tasklet、内核定时器等使用方法，每一部分皆给出了具体实例项目。

第10章是驱动开发进阶，介绍了Linux设备驱动模型的原理，Platform虚拟总线的构成，接下来以ADC、I2C和触摸屏为例介绍了基于设备驱动模型下的驱动程序编写方法。

第11章是设备树，介绍设备树背景及概念，设备树语法，设备树方式编写驱动程序方法，设备树覆盖及应用实例。

第五篇是项目实战篇，分为2章。

第12章是Qt应用程序开发，介绍Qt开发环境搭建的方法，包括Qt Creator在Linux上的安装。以LED为例，讲述驱动程序调用和Qt下应用程序编写方法。

第13章是综合实例，讲述了智能家居项目，从硬件设计、驱动编写、Qt应用开发方面进行讲解。

附录是学习知识要点及能力要点，包括教材的知识要点及掌握程度、教材的能力要点及掌握程度。