《實時控制軟件設計》2017年度教學總結

1、課堂教學內容建設

本課程從2015年開始建設，目前還在探索期，每一年教學內容都有較大的變化。相比較而言，2015年的教學內容缺乏重心，有點大雜燴的感受，講通常性的軟件工程概念和工具、編程方法的內容過多；2016年內容進一步聚焦，突出了實時軟件的架構和開發的特色，試圖把機電系統模型仿真與實時控制軟件開發結合起來；2017年則進一步結合機電專業特色來展開教學，結合具體的MATLAB工具開展基於模型的實時控制軟件設計方法教學，對於通常性的軟件工程概念和工具則採用課外自學方式，如git版本控制工具、構建工具和測試工具軟件，往年會花必定課時來說解，2017年則在課堂上只作簡單介紹，同窗本身經過練習掌握。

2017年度12次課的課堂教學內容爲：

• 第1次課 實時控制軟件簡介和應用案例，通用軟件開發流程，基於Github的版本控制和團隊協做
• 第2次課 實時軟件架構，實時操做系統原理，實時調度和優先級反轉問題，商用和開源RTOS瀏覽
• 第3次課 ARM處理器硬件體系結構及對實時操做系統的支持
• 第4次課 FreeRTOS的任務調度機制，Trace工具，源代碼分析與構建過程
• 第5次課 FreeRTOS的多任務同步與通訊和應用
• 第6次課 嵌入式Linux及實時化擴展
• 第7次課 基於模型的實時軟件設計概述，MATLAB的信號流模型、物理模型和狀態機模型建模方法和仿真引擎機制原理
• 第8次課 基於模型的設計，stateflow狀態機建模
• 第9次課 控制器建模實例分析，模型設計規範，基於模型的概要設計和詳細設計，代碼自動生成方法
• 第10次課 軟件測試概述，單元測試，基於模型的測試，SIL和PIL測試方法
• 第11次課 軟件靜態分析與安全軟件設計，豐田故障和Barr報告分析
• 第12次課 團隊項目報告和討論，實時控制軟件規格和架構設計，案例分析

從製造和自動化行業的業界同行反饋來看，他們認爲上述教學內容是頗有針對性和符合行業發展需求的。做爲一門課時有限的選修課程，不可能面面俱到，教學內容還要進一步精煉，根據這學期同窗的反饋，相似嵌入式硬件體系結構、RTOS代碼解析、stateflow建模方法等網上資料比較豐富的內容，可進一步壓縮課堂講解內容，讓同窗課下自學。固然這些內容是必要的知識基礎，2018年能夠結合互聯網公開課教學視頻加上做業考察的方式，讓同窗根據本身狀況來解決補充知識結構的欠缺，能夠增長課堂案例討論和交流時間。 從教學效果上看，應該把基於模型的建模設計方法放在課程前半部，這樣能夠及早進行案例分析和展開項目做業，後面就能夠結合案例來層層展開實時軟件架構的介紹和具體方法工具的練習。實時軟件中間件是在項目實踐中很是重要的內容，但一直沒有找到一個很好的切入點引入教學，由於實時軟件系統的中間件接口要麼通用性不足，要麼過於依賴某家公司。隨着DDS在自動化軟件、機器人ROS2平臺、工業物聯網和邊緣計算領域的普遍採用，在2018年基於DDS開展實時軟件中間件教學的條件已經成熟。

2、做業和實踐環節

2017年更多的精力花到了課程體系設計和內容建設上，訓練內容相對較少，2018年則能夠在2017年造成的講義基礎上，重點建設做業和項目實踐環節。 學校於2017年已經購買了MATLAB正版軟件供全校師生使用，而最新版MATLAB提供了很是強大的基於模型的需求分析、建模仿真、代碼生成和測試工具，爲進一步提升課程教學效果提供了很好的平臺支撐。基於MATLAB能夠實現一個軟件開發流程的全閉環，實現從需求文檔、系統模型、代碼和測試的雙向跟蹤，2017年的部分做業和團隊項目是基於MATLAB展開的，可是在課程後半段才展開的，若是從課程一開始就開展，效果會改善不少。 本年度教學爲同窗提供了STM32嵌入式開發板來理解實時操做系統原理和應用開發，2018年可進一步改善硬件實驗條件，並把控制器硬件和MATLAB環境結合起來，把控制器和實際傳感器、執行器結合起來，提供半實物仿真開發環境，項目內容更接近業界實戰。