"教育部-英特尔精品课程"建设项目

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   课程简介-》课程描述  
 
课程描述
 
建设规划
 
教学大纲
 

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*      课程背景

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface) 是由英特尔公司联合业界共同提出的一种欲在未来电脑系统中替代传统BIOS的升级解决方案。

BIOS技术一直是计算机软件系统中与硬件联系最紧密的,在PC启动的过程中,BIOS担负着初始化硬件,检测硬件功能,以及引导操作系统的责任,可以看出,BIOS对于计算机系统来说,是非常重要的系统软件,没有BIOS的计算机是无法运行的。传统BIOS经过了长达20多年的时间,基本上没有大的改进,在CPU和操作系统已经完全32位化的今天,BIOS仍然停留在16位实模式时代,只能访问1MB的基础内存,同时BIOS的开发中还大量使用汇编语言,使得开发入门难度增加,并且业界没有一个统一的规范,各IBVs(Independent BIOS Vender)各自为政,这种局面使传统BIOS开发成为硬件和操作系统发展的瓶颈。 EFI是英特尔公司为了解决上述的BIOS难题而推出一项新技术,旨在向业界提供一种在未来20年内仍然可以应用的BIOS架构。正如它的名字一样,EFI并不是一套软件,而是一整套定义的很好的接口。EFI在业界得到推广和认可形成了UEFI规范。 本课程的主要目的是使学生了解和掌握UEFI规范中提出的可扩展固件接口架构和思想,了解和掌握它是如何在底层硬件和上层操作系统之间起到承上启下的作用的。 本课程的基本要求:了解和掌握UEFI架构的工作原理和流程,掌握UEFI各阶段作用和具体工作方法,掌握UEFI程序开发方法和熟悉其开发工具的使用。 BIOS在软件系统中的特殊地位,以及该课程的学习内容和学习定位,使得UEFI与固件程序设计课程教学具有技术更新速度快、概念抽象、系统性和原理性强等特点。 例如,在技术更新方面,BIOS作为与底层硬件和上层操作系统的承上启下层,UEFI与固件程序设计课程的学习者既要紧跟操作系统软件技术的发展,也要对计算机硬件技术方面的发展了如指掌。一方面,操作系统技术在迅速发展,各种不同体系架构、不同版本的操作系统层出不穷;另一方面,计算机硬件技术的发展也不甘示弱,随着多核和多流水线等技术的应用,作为承上启下的BIOS,必须顺应这种快速发展的步伐,UEFI的BIOS设计标准,就是顺应这样的发展需求,将接口定义标准化,缩短了BIOS开发周期,提高了BIOS的可扩展性和兼容性。 总之,针对UEFI与固件程序设计课程教学的特点,以及课程教学的难点,建立结构合理的教学队伍,制定合理的教学内容,采用科学的教学方法,提供先进的教学条件,从而最终取得良好的教学效果,是同济大学软件学院UEFI与固件程序设计课题组研究和建设《UEFI与固件程序设计》课程的目标。

*      课程教学思路

同济大学软件学院UEFI与固件程序设计课题组首先确定了UEFI与固件程序设计课程教学的三个环节,即:理论教学+项目模拟+课程实践。其中,理论环节是基础,项目模拟是过渡,课程实践是目标。

理论教学环节的目标是:在UEFI架构BIOS实现的理论层面上,让学生以一种“一览众山小”的姿态,全局理解UEFI系统设计的基本方法和思路,纵向体会BIOS的设计思想和发展过程。具体来说,课题组以业内公布的UEFI规范为理论基础,紧密结合当代操作系统和硬件平台的发展趋势,建立以UEFI设计思想为主线,按其管理的资源对象为分类标准、以提高系统性能为设计目标、以各接口的实现方法为教学内容的课程体系和风格。

项目模拟环节的目标是:让学生切实融入实现细节,深入理解UEFI关键部件的具体实现机制,横向体会UEFI设计思想的实现方法。具体来说,课题组以当前较流行的硬件和操作系统作为案例平台,以UEFI中关键部件的实现方法为教学案例,采用卡内基梅隆大学(CMU)提出的“做中学”(Learning by doing)的新型教学思想和方法,提出项目驱动、案例教学、因材施教的的新型教学理念。

课程设计环节的目标是:作为实践类教学课程,本课程强调在UEFI系统设计实践层面上的动手能力,在实践过程中让学生更好的理解UEFI的设计思想和优点,让学生全面理解UEFI系统的实现过程,整体体会UEFI系统设计思想和实现过程,并最终构建一个具有个性特色的UEFI系统雏形。具体来说,课题组引导同学利用上述模拟环节的实践成果,step by step地动手完成一个具体的UEFI系统设计。

通过上述环节,课题组在UEFI系统课程教学过程中,形成了课程理论与实践相互促进、积极的、充满生机活力的互动教学机制,提高人才培养质量。

目前,该课程已经纳入同济软件学院课程计划中,修读学生预计每学期将达到80人左右,主讲教师3人,每20名学生配备一名主讲教师。实验辅导教师3名,每20多名学生配备一名实验辅导教师。

本课程师资队伍以中青年教师为主(40岁以下占85%),富有朝气,一半以上拥有博士学位,具有很大的潜力,是本课程持续高水平建设和发展的人员保障。已经建立了一支由博导指导的学术水平高、结构合理、富有敬业精神的师资队伍,课程负责人是资深教师,长期一直主讲与本课程相关的课程。

软件学院是以培养面向社会、面向市场、面向需求为目标,强调创新和实践能力,一直以来,学院致力于将业界较新的技术引入到大学课堂,强调面向实践、面向技术、改革创新的教学理念,《UEFI与固件程序设计》课程就是在这样的背景下应运而生的,课题组在教学队伍、教学内容、教学方法、教学条件等方面积极探索,全面改革,以求取得良好的教学效果。我们希望它能成为全国精品课程,加大建设力度,为高校的实践类教学提供一个成功范例,也希望能和企业和教育界同行加强交流,为社会提供更优秀的、符合企业要求的高素质人才。

 

 
 
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