嵌入式系统原理和安全
- 层级
- 研究生
- 状态
- 建设中
提示：本课程仍在持续设计和校准中，页面内容仅供参考，不代表最终教学版本。
教学大纲
课程概览
嵌入式系统原理和安全课程把微控制器、实时约束、外设、固件和物联网安全放在同一框架下。课程强调资源受限环境中的工程取舍、安全启动、固件更新和调试接口风险。
这是系统编程、组成原理和体系结构之后连接硬件安全的实践课。
先修要求
- 计算机组成、汇编和系统编程。
- 能够阅读 C/Rust 嵌入式代码。
- 愿意完成板级实验和调试。
学习目标
- 解释 MCU、外设、中断和实时调度。
- 编写和调试固件驱动与通信代码。
- 分析固件更新、安全启动和密钥存储。
- 识别 IoT 设备中的调试接口和配置风险。
- 完成一个可运行嵌入式安全项目。
教学组织
- 每周 2 次课堂：一次讲授核心概念，一次用于实验、论文讨论或项目评审。
- 课程按 16 周推进，每周都有可检查的作业、实验或项目里程碑。
- 强调可复现材料：代码、配置、数据、实验日志和报告需要能被助教或同学复查。
周计划
第 1 周
第 2 周
嵌入式硬件、工具链和调试实验与评审
建立开发板、串口和调试环境。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 3 周
第 4 周
GPIO、定时器和中断实验与评审
实现中断驱动的外设任务。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 5 周
第 6 周
实时约束和低功耗实验与评审
测量延迟、抖动和功耗。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 7 周
第 8 周
总线、传感器和通信实验与评审
实现 I2C/SPI/UART 通信实验。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 9 周
第 10 周
固件结构和更新实验与评审
设计安全更新和回滚策略。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 11 周
第 12 周
安全启动和密钥存储实验与评审
分析启动链和密钥生命周期。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 13 周
第 14 周
IoT 攻击面和调试接口实验与评审
审计一个设备的接口和配置。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
第 15 周
第 16 周
嵌入式安全项目实验与评审
提交固件、实验记录和安全评估。完成配套实验、记录问题，并在课堂评审中解释设计取舍。
考核方式
个人作业
25%概念题、阅读题、设计题和小型编程或实验任务。
实验与项目
40%板级实验、固件实现、测量数据和安全分析。
课堂参与与评审
10%参与讨论、演示、代码或论文评审，以及同伴反馈。
期末报告与答辩
25%提交可复现材料、技术报告和演示，说明方法、结果、限制与后续工作。
课程项目
学生完成一个板级项目，例如安全传感器节点、固件更新机制、接口审计、低功耗通信或调试接口风险评估。
课程政策
- 允许使用 AI 工具，但所有生成代码、实验记录和设计建议必须经过学生本人审查，并在报告中说明使用方式。
- 严禁提交不能解释的代码、证明、配置或实验结果；答辩时每名成员都需要解释自己负责部分的设计、测试和取舍。
- 迟交会影响迭代评分，但课程更看重可复现、可审计和可维护的结果，而不是临时堆砌。
参考课程
国际名校
- CMUECE 649: Embedded & Internet Security
- Georgia TechEmbedded System Cyber Security VIP Lab
- PurdueECET 53600: Embedded Systems Security
- University of WashingtonCSE 484: Computer Security（含嵌入式安全）
中国 985 高校
- 上海交通大学嵌入式系统原理与应用
- 中国科学技术大学嵌入式系统安全与设计
- 中国科学技术大学嵌入式系统设计方法
- 北京大学嵌入式系统编程与实践
- 哈尔滨工业大学嵌入式软硬件设计与实践
- 电子科技大学嵌入式系统及应用