創(chuàng )新物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式教學(xué)體系

引言

　　隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統教學(xué)仍需要進(jìn)一步的探索和改進(jìn)。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，給嵌入式系統的應用和發(fā)展提供了更廣泛的空間，同時(shí)，也為嵌入式系統的教學(xué)和實(shí)踐內容注入了新鮮血液。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在給嵌入式系統帶來(lái)新機遇的同時(shí)，也帶來(lái)了新的挑戰。

　1 物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統課程體系

　　物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things, IOT）的概念是在1999年提出的，根據2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，物聯(lián)網(wǎng)主要解決物到物（Thing to Thing, T2T）、人到物（Human to Thing, H2T）、人到人（Human to Human, H2H）之間的互聯(lián)。這一高度交叉的新興前沿領(lǐng)域在國際上備受關(guān)注，美國IBM公司基于物聯(lián)網(wǎng)提出“智慧的地球”概念；中國科學(xué)院早在物聯(lián)網(wǎng)概念誕生之初就啟動(dòng)了傳感網(wǎng)研究，2009年，無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院成立，***考察時(shí)提出“感知中國”的概念。

　　盡管目前從技術(shù)角度對物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有確切的定義，但公認的說(shuō)法是，它融合了四大關(guān)鍵技術(shù)：傳感器技術(shù)、嵌入式系統技術(shù)、現代網(wǎng)絡(luò )及無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)。由此可見(jiàn)，嵌入式系統在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色。而且，嵌入式系統與物聯(lián)網(wǎng)這兩者具有相輔相成的關(guān)系：嵌入式系統技術(shù)為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的工程應用，提升物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規模；而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為嵌入式系統技術(shù)的發(fā)展提供了新的應用領(lǐng)域，為嵌入式系統的應用提供了更廣泛的空間，必然有助于嵌入式系統技術(shù)實(shí)現新的跨越式發(fā)展。

　　嵌入式系統課程本身作為一個(gè)新興的課程體系，得到了越來(lái)越多的學(xué)者的關(guān)注。然而，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，嵌入式系統的課程體系應該有所調整，以適應時(shí)代的發(fā)展。如圖1所示，課程體系不僅包含傳感器、單片機等若干基礎課程，還包含了嵌入式系統的實(shí)踐開(kāi)發(fā)環(huán)節，即面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統開(kāi)發(fā)與應用。

　　圖1 面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統課程體系

　　2 理論教學(xué)

　　嵌入式系統理論教學(xué)內容主要圍繞ARM嵌入式微處理器、嵌入式操作系統和嵌入式系統的應用和前沿發(fā)展；教學(xué)目的是熟悉設計方法，掌握嵌入式系統開(kāi)發(fā)技術(shù)。理論教學(xué)一般不少于12學(xué)時(shí)，不多于總學(xué)時(shí)的一半。筆者一般控制在16學(xué)時(shí)左右，授課內容主要包括：

　　a 嵌入式系統概述；

　　b ARM內核嵌入式微處理器；

　　c 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統及其移植；

　　d 嵌入式系統交叉開(kāi)發(fā)環(huán)境；

　　e 物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統的應用；

　　3 面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統實(shí)驗；

　　3.1 層次化實(shí)驗設計

　　理論教學(xué)為實(shí)驗實(shí)踐環(huán)節提供了必要的知識基礎，而實(shí)驗和實(shí)踐環(huán)節則在鞏固理論基礎的同時(shí)，進(jìn)一步提高了動(dòng)手能力，開(kāi)發(fā)了創(chuàng )造潛能。筆者選用周立功公司的MagicARM2210S嵌入式實(shí)驗開(kāi)發(fā)平臺，除包含主流的各種串行接口和GPIO口外，還包含以太網(wǎng)接口、GPS（全球定位系統）模塊接口、CAN總線(xiàn)接口等。針對這些接口和物聯(lián)網(wǎng)的應用背景，筆者設計了3個(gè)層次的實(shí)驗，以滿(mǎn)足不同階段的實(shí)驗和實(shí)踐需求，如表1所列。實(shí)驗層次由淺入深，不同的實(shí)驗層次對應不同的實(shí)驗項目，而且組織形式也不同?；A性實(shí)驗主要目的在于熟悉方法。而綜合性實(shí)驗和創(chuàng )新性實(shí)驗則多是以物聯(lián)網(wǎng)的應用為基礎的，在于提高能力。3個(gè)層次的實(shí)驗循序漸進(jìn)，逐步提高，為進(jìn)一步的實(shí)踐開(kāi)發(fā)和畢業(yè)設計打下了良好的基礎。

表1 面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式實(shí)驗層次化設計