试论将μC/OS-II用于单片机教学

实用的好教材。该内核的前身是μC/OS，最早的版本是为Motorola 增强型8位单片机68HC11 CPU写的。68HC11曾经是世界上产量排名第三的（第一是68HC05，第二是8051）著名单片机CPU。1995年前后，我们曾以68HC11作为单片机应用的教材，并出过一本《MC68HC11单片机开发技术》的教材，清华大学出版社出版。目前，68HC11逐渐被与之指令集在源码级兼容的 CPU12 替代，故我们的研究生教学也将顺势转向采用16位的CPU12 单片机。

　　我不主张将嵌入式Linux、μClinux等用于教学。它缺乏适当的定位，虽然有源码，但并没有一本适于做教材的书籍，对于非计算机专业的学生来说太难了，也没有必要花那么多的时间去抠懂。将μClinux移植到不同32位系统上是计算机专家的事，非计算机专业的人士，仅仅是使用而已。对于计算机专业的学生，操作系统是必修课，有一部很好的教材，Andrew S. Tanenbaum等著，王鹏等译 《操作系统设计与实现》（第2版），电子工业出版社出版。这本书讲的是Minix，实际上是简化了的Unix、Linux。学过这部教材，进而掌握Linux原理就不难了。μClinux等嵌入式Linux不是实时的，仅对Linux做了简化，使之可用于嵌入式应用，但作不到SoC。学习简化的Linux，不如选用Minix。当然，μClinux可用于针对某特定应用的培训。运行μClinux至少需要512KB的 SDRAM，目前的技术水平片内RAM还不可能做那么大。而运行μC/OS-II则只需要几KB的RAM，十几KB的Flash，这完全可以在单片机的片内实现。讲解RTOS原理，μC/OS-II足够好了。

5 教学内容要在稳定的前提下发展

　　8位、16位、32位单片机将三分天下已是业界共识，作为教学，稳定至关重要。虽然单片机技术发展迅速，但开一门单片机教学的课程并非易事，需要教师、教材、实验器材等，特别是实验平台，需要较大的投入。教师要有相当的科研经验，用单片机做过研发，还要会讲。我的经验是，讲一门新课，至少要讲到第三年才能说会讲了或能讲好了。为了稳定，每年只能更新一小部分内容，要善于解决稳定和发展快这一对矛盾。RTOS的教学可稳定很多年。μC /OS已经十多年了，仍然好用，虽然每年都有新发展，但基本原理没有变化，我看μC /OS-II至少还可以再讲10年；MINIX快20年了，仍是一部好教材。实验平台也应尽量稳定的时间长一些，既然讲述的是开发方法，使用8位、16位还是32位单片机其实是无所谓的。

　　由8位机一统天下，到8位、16位、32位并举，转型期定位单片机与嵌入式应用类课程的切入点在哪里为好? 本人拟采用了以16位机 CPU12为切入点。它比8位单片机复杂，比32位单片机简单，外围接口丰富（比一般32位机还要丰富），片内RAM、ROM资源适中。讲述了以汇编写监控程序开始，到用C语言写程序，再到移植μC /OS这一方法，同样适于8位、32位单片机。这种方法本身也始于20年前，逐渐增加RTOS是近8年的事，是相对稳定又有发展的。

图2

　　对没有条件由8位机实验平台转向16位、32位平台的学校，不必强求，仍可使用8位机平台。若使用的教学平台有几KB 的RAM、几十KB的Flash，用于μC /OS-II作RTOS教学已足够好，但希望不要再用仿真器，而采用我们从写一个简单的监控程序，到移植μC /OS的教学法。不必过多地讲授各种I/O接口的使用方法，让学生在写一个简单监控程序的基础上自己去驱动这些 I/O模块。

　　有条件直接升级到32位单片机也是一种选择。不少学校选用了以ARM为CPU的单片机，但请注意三点。一是定位，若课程定位在非计算机专业的学生，运行μC /OS之类RTOS，可选择片内有几KB、十几KB的RAM、几十KB的Flash、可工作在单片方式下的ARM，这样会使教学平台很便宜。第二点是不要炒作,不要一哄而上。ARM的应用定位很明确，是一切与媒体有关的便携式低功耗应用。ARM是32位CPU，并不是全部32位单片机。以ARM为CPU扩以几MB乃至十几MB SDRAM、Flash的、可以上Linux的昂贵平台，只适用于针对某类产品开发应用的培训，不适于用来教学，因为Linux在PC机上也能跑。第3点是学时与学生的基础，32位单片机对于没有8位单片机基础的学生是很难掌握的，没有足够的学时，ARM底层的东西是很难掌握的。

6 关于课程的定位

　　课程定位不同，即授课对象不同，课程的内容可以很不一样，但都必须符合学习的客观规律。我们有2门单片机与嵌入式应用课程，一门定位于电类本科生（我系核电子学专业），名为“单片机认识与实践”，32学时，只讲简单8位单片机的入门知识，不讲RTOS，面向还没有学过数字电路课程，对单片机有兴趣的2年级电类本科生。

　　由于物理学对计算机的需求几乎是无限的，故像互联网这样的计算机技术最先源于物理学的需求。我们系对部分本科生计算机能力的要求是很高的。接下来，部分学生将做一个单片机应用方面的SRT (Student Research and Training Program) 项目， 清华对SRT有专门的经费支持。学生设想一个简单的单片机应用原理性演示题目，利用课余时间，花半年到一年，设计一块印刷线路板、再把软件调出来，优秀作品可拿到每年的学生科展上评奖，甚至参加学生挑战杯的角

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