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作为智能控制技术的一个重要分支,嵌入式系统已被广泛地应用于通信、交通、科研、医疗等各个领域,并不断扩展着应用前景。嵌入式实验课程是整个计算机专业系统教育的必要环节,嵌入式实验的完善与否,实验课程与理论课程是否匹配,都将对整个计算机专业知识体系的系统研究产生重要影响。然而,由于受到软硬件成本、教学平台智能性和可拓展性等条件的限制,传统的基于实验板(箱)和单机版仿真软件的嵌入式实验教学模式在提高学生创新能力、实验教学平台建设成本以及教学效果考核方面存在着诸多不足。
随着计算机技术、网络技术和多媒体技术的发展,网络化教学日益成为普及教育的有效手段。作为网络化教学的一个重要组成部分,虚拟实验教学系统通过远程网络,将本地或远程的实验用户与虚拟实验室连结起来,共享一块虚拟的实验空间,用户通过网络对相同或不同的实验科目进行操作,从而实现实验教学和管理。虚拟实验克服和规避了传统实验教学的诸多问题,业已成为一种非常重要的实验教学方式。
建设完善健全的网络化嵌入式实验教学和管理平台是国内高校的重要奋斗目标。而作为远程嵌入式实验平台的核心组成部分,嵌入式仿真内核直接影响着整个教学平台的效率和性能。
本文在深入研究嵌入式系统组成及工作原理的基础上,提出了一种基于计算机仿真的通用嵌入式内核仿真系统DOI模型,并根据这一模型,设计和实现了一种基于8051芯片的嵌入式仿真内核。该内核能够对用户编写的C语言文件进行加载、编译和链接,模拟8051芯片执行用户逻辑,并将程序运行结果通过对外接口输出。
本文主要有两点贡献。首先,所提出的基于计算机软件的通用嵌入式内核仿真系统模型验证了实验室开发网络化嵌入式实验教学及管理平台的可行性,为嵌入式及单片机类仿真内核的进一步开发提供了理论保证;其次,基于插件和多线程机制的设计使得本系统在后续开发中有着极强的可拓展性,能够满足现阶段和未来嵌入式虚拟实验教学平台发展的需要。