嵌入式软件工程人才培养的探索与实践
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·嵌入式软件工程人才培养的探索与实践 -|xcinfo 发表于 2006-7-13 21:40:00
嵌入式系统是指面向特定应用，隐藏于应用系统或产品内部的计算机系统。微电子技术、通信技术和计算技术的飞速发展，极大地推动了嵌入式系统在各个行业尤其是通信和消费类电子产业的应用。由于巨大的嵌入式系统产品市场需求，掌握嵌入式系统尤其是嵌入式软件技术和管理的复合型工程人才就成为社会和企业急需的人才。
经过两年多的探索与教学实践，北京大学软件与微电子学院嵌入式系统系逐步形成了较为完善的课程体系、专业水平较高的师资队伍和与国际技术接轨的嵌入式系统工程实践环境。首批12名学生于2005年1月8日圆满完成学业，获得软件工程硕士学位，除一人已获出国继续深造机会外，其余都找到了满意的工作。目前，嵌入式系统系在校工程硕士研究生已达230人。
一、嵌入式系统人才培养的方向与重点
近年来，我国嵌入式软件产品发展迅猛，成为中国软件产业新的市场增长点。微处理器、微控制器、DSP芯片技术及嵌入式软件是通信、消费类电子等各类电子信息产品的核心。中国嵌入式系统市场预计每年将直接创造千亿元的效益，所带动的相关工业产值将超过上万亿元，成为电子信息产业新的经济增长点。
与巨大的市场潜力和产业需求相比，教育相对滞后，目前还没有专门针对嵌入式软件工程人才培养的学科设置，从事该领域的研发人员来自不同专业背景，例如自动控制、电子工程、通信工程、计算机工程等。由于知识体系系统性和针对性较差，知识较为陈旧，大多还停留在8位单板计算机应用的低水平层次上，导致毕业生缺乏工程实践能力，无法适应企业的实际需要。高层次嵌入式软件工程人才更是严重匮乏，严重制约中国未来嵌入式软件产业的发展。
嵌入式系统系从建系之初，就遵循“面向产业发展、定位人才培养”的原则，按照中国嵌入式软件业和及其密切相关的电子信息产业目前及未来的发展需求，嵌入式系统目前确定了三个软件工程硕士培养方向：嵌入式系统、数字家电和移动通信服务终端，旨在加强中国嵌入式软件业和电子信息产业的竞争地位，为中国嵌入式系统的专业人士和有志于从事嵌入式系统相关产品开发的人士，提供不断完善的个人专业技能的培养计划，从而获得可持续的发展机会。
(1)嵌入式系统方向重点培养学生嵌入式系统软件工程实践能力，包括软件工程及各种嵌入式系统开发技术、调试和测试工具，毕业后学生将具备嵌入式系统软件开发能力，有能力适应巨大的嵌入式系统产品市场需求，成为嵌入式系统产品企业所急需的掌握嵌入式系统软件技术和管理的复合型人才。
(2)数字家电方向重点培养学生数字家电产品开发能力，学生将掌握扎实的嵌入式系统尤其是嵌入式软件工程理论、数字家电领域知识、宽带通信技术及相关开发、调试和测试工具，毕业后学生将具备数字家电系统软件、中间件和应用软件研究开发能力，以及深入的数字家电产品开发能力。毕业后学生有能力适应巨大的数字家电市场需求，并成为数字家电企业所急需的工程技术和管理复合型人才。
(3)移动通信终端方向重点培养学生移动通信终端产品开发能力，学生将掌握扎实的嵌入式系统尤其是嵌入式软件工程理论、移动通信技术及相关开发、调试和测试工具，毕业后学生将具备移动通信服务终端系统软件、中间件和应用软件研究开发能力，有能力适应巨大的移动通信产品市场需求，并成为移动通信企业所急需的工程技术和管理复合型人才。
二、工程型嵌入式软件人才应具备的知识与能力
与我们所熟悉的通用计算机系统一样，嵌入式系统也属于计算机系统的一种，但其应用领域之广，系统形态之多，与多种技术结合之紧密，是通用计算机系统所不及的。因此，作为一名合格的嵌入式软件工程人员，，所需要的知识体系也是相当复杂的。
综观国内外，长期以来都没有专门针对嵌入式系统专业的学科设置，从事该领域的研发人员都来自不同专业背景，例如自控、电子工程、通信工程、计算机应用等专业。由于知识结构不能完全满足嵌入式系统工程的要求，需要经过较长的再培训才能胜任嵌入式系统工程师的工作。
结合对国外软件工程教育的研究和笔者在嵌入式系统工程领域的长期实践，笔者认为，作为工程型嵌入式软件人才应具有如下的知识与能力。
(1)软件工程技术
嵌入式软件工程与通用软件工程有很大的差异，但又具有共同之处。因此，嵌入式软件工程人才必须首先具有软件工程技术的基本知识和工程技能，例如软件工程管理、软件质量、软件工程过程等，这些知识领域也正是目前非软件工程背景的嵌入式软件人员所缺乏的。同时，嵌入式软件工程人才又必须清晰地掌握嵌入式软件工程的特殊性，例如软硬件一体化设计与开发、开发工具和方法等，这些知识领域也正是目前学科设置所缺乏的。我们在设计知识体系时，将重点放在补充这些差异较大和跨学科的知识领域的课程上，而共同部分，则选用软件技术系的课程。
(2)具有行业领域知识
嵌入式系统是与特定行业应用密不可分的，嵌入式软件在移动设备、数字家电、数控机床、汽车电子、医疗电子、航天航空、工控等领域得到广泛应用。所以，嵌入式软件工程人才必须具有一定的行业领域知识，才能胜任工作。
(3)具有系统整合能力
由于嵌入式系统是面向某种特殊应用，所采用的硬件平台、开发工具和应用环境都有所不同，再加上市场对大多数产品要求开发周期短和成本低，我们无法为了某一种产品而从头开发。因此，如何选择合适的软硬件平台以高效地开发产品，如何有效管理开发团队中的各类人员(应用专家、硬件工程师、软件工程师和其他相关工程人员)，成为嵌入式系统产品开发的重点。
(4)具有系统工程能力
作为工程型人才，主要任务是将科学原理演变为工程或产品的设计、工作规划或运行决策。嵌入式软件工程人才应具备解决工程问题的能力，自我知识学习与更新能力，和良好的交流与组织协调能力。同时，还应进一步强化基本工程开发技能，包含精通1种主流微处理器系统+1套开发工具+1种嵌入式操作系统+1门开发语言。
三、课程设置、课件开发及教学模式
根据嵌入式系统工程专业发展迅速、知识复杂、跨学科的特点，在分析了企业对嵌入式软件人才需求的基础上，北京大学软件学院嵌入式系统系提出了“注重工程能力培养的嵌入式系统人才知识体系”。知识体系突出工程能力培养，选择对嵌入式系统工程人才有巨大需求的新兴产业移动通信与数字家电行业为重点领域，强调嵌入式计算机核心知识体与相关学科的融合。课程体系与我院其他系科的课程融为一体，涵盖软件工程基础知识和技能、嵌入式系统工程专门知识和技能、相关交叉学科(通信、电子)基础知识和专业方向领域知识。目前，我们系专门针对嵌入式系统系学生开设的课程共有八门，内容涵盖嵌入式系统专业基础(嵌入式系统概论、嵌入式计算机原理、实时操作系统)、工程技术与技能(DSP系统设计、DSP软件开发技术与工具、嵌入式软件开发技术与工具)、行业领域知识(移动通信服务终端、数字家庭网关技术)。
课件和教学是实施知识体系的关键。我们的教学目标定位为工程能力培养而非单纯的知识传授，据此，在课件设计和教学模式两个方面进行了有益的尝试。
在课件设计上，我们采取统一的知识体系结构，即涵盖“基础知识+基本技能+项目实践+技术讲座”四大模块，突出注重工程能力培养的特色。基础知识涵盖该课程的主要知识点，属于相对稳定的模块；基本技能则通过实验案例来训练学生的基本工程技能，巩固提高学生对基本知识点的理解；项目实践通过工程项目形式，训练学生的综合能力；技术讲座则涵盖相关领域的最新技术发展，属于不断更新的动态模块。
在教学模式上，我们采用“主讲讲师+实验讲师+行业专家”的教师组成，采用“讲授→交流→实践”的教学方式。主讲讲师由国内外大学或科研机构富有教学和科研经验的专家学者或嵌入式系统行业富有工程经验的工业专家组成。主讲讲师负责课件的设计和制作，主讲课程的基本知识点；实验讲师由富有工程经验的一线工程人员担任，负责课程实践案例的制作和工程项目的指导；行业专家则配合课程内容，介绍相关领域的前沿工程技术与实践。例如，在教授“嵌入式软件开发技术与工具”时，我们就聘请了Metrowerks中国公司的杨欣欣博士作关于 CodeWarrior 嵌入式软件集成开发工具的专题报告。
四、企校合作，建设与产业水平同步的工程实践环境
工程实践环境是教学体系的重要环节，其重点在于构建一个和产业技术水平同步的教学与科研实验室以及一个高水平的学生工业实习基地。教学与科研实验室为学生在课程学习时提供充分的工程实践机会；工业实习基地为学生提供实际项目开发机会，使得学生能在毕业前深入体会企业文化，完善自身职业素质和工程能力。
我们通过与摩托罗拉、德州仪器(TI)等跨国公司合作，已建立了四个联合实验室：北京大学-Motorola 嵌入式系统实验室、北京大学-TI DSP系统实验室、北京大学-Renesas T-Engine实验室以及北京大学-Intel XScale实验室。目前，嵌入式系统系已有PowerPC、TI DSP、Intel Xscal和T-Engine等各类开发平台和工具共计约100套。
同时，我们与摩托罗拉、英特尔、法国Gemplus、Renesas Asia、博大软件等国内外著名企业合作，建立学生实习基地，使得学生可以结合实际工业应用项目完成毕业设计，并培养他们的工程实践能力。同时，我们也与新加坡南洋理工大学合作，建立学生交流计划，还与日本东京大学、法国ENSEIRB等国际著名大学达成多种形式合作协议，为学生提供良好的实验环境、学生交流计划和工业实习机会。
在新加坡政府的资助下，我系于2004年1月首次选派邹广伟等五位硕士研究生，前往新加坡南洋理工大学进行为期五个月的实习实践，在这所学校的CHiPES实验室从事高性能嵌入式系统方向的研究。我系第二批五位硕士研究生也于2005年1月继续前往该校进行为期五个月的实习实践。这是嵌入式系统系向着国际化办学，培养高层次软件人才方向迈出的又一可喜步伐，也是两国和两校之间开展教育文化交流的一个组成部分。
（本文来自《计算机教育》2006年第5期，作者为柳翔）
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