创新物联网的嵌入式教学体系

引言

　　随着信息技术的发展，嵌入式系统教学仍需要进一步的探索和改进。近年来，物联网技术的飞速发展，给嵌入式系统的应用和发展提供了更广泛的空间，同时，也为嵌入式系统的教学和实践内容注入了新鲜血液。然而，物联网技术在给嵌入式系统带来新机遇的同时，也带来了新的挑战。

　1 物联网与嵌入式系统课程体系

　　物联网（Internet of things, IOT）的概念是在1999年提出的，根据2005年国际电信联盟（ITU）的定义，物联网主要解决物到物（Thing to Thing, T2T）、人到物（Human to Thing, H2T）、人到人（Human to Human, H2H）之间的互联。这一高度交叉的新兴前沿领域在国际上备受关注，美国IBM公司基于物联网提出“智慧的地球”概念；中国科学院早在物联网概念诞生之初就启动了传感网研究，2009年，无锡物联网产业研究院成立，***考察时提出“感知中国”的概念。

　　尽管目前从技术角度对物联网还没有确切的定义，但公认的说法是，它融合了四大关键技术：传感器技术、嵌入式系统技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术。由此可见，嵌入式系统在物联网技术中扮演着至关重要的角色。而且，嵌入式系统与物联网这两者具有相辅相成的关系：嵌入式系统技术为物联网的发展提供必要的技术支撑，促进物联网的工程应用，提升物联网的产业规模；而物联网的发展为嵌入式系统技术的发展提供了新的应用领域，为嵌入式系统的应用提供了更广泛的空间，必然有助于嵌入式系统技术实现新的跨越式发展。

　　嵌入式系统课程本身作为一个新兴的课程体系，得到了越来越多的学者的关注。然而，在物联网技术快速发展的大背景下，嵌入式系统的课程体系应该有所调整，以适应时代的发展。如图1所示，课程体系不仅包含传感器、单片机等若干基础课程，还包含了嵌入式系统的实践开发环节，即面向物联网的嵌入式系统开发与应用。

　　图1 面向物联网的嵌入式系统课程体系

　　2 理论教学

　　嵌入式系统理论教学内容主要围绕ARM嵌入式微处理器、嵌入式操作系统和嵌入式系统的应用和前沿发展；教学目的是熟悉设计方法，掌握嵌入式系统开发技术。理论教学一般不少于12学时，不多于总学时的一半。笔者一般控制在16学时左右，授课内容主要包括：

　　a 嵌入式系统概述；

　　b ARM内核嵌入式微处理器；

　　c 嵌入式实时操作系统及其移植；

　　d 嵌入式系统交叉开发环境；

　　e 物联网与嵌入式系统的应用；

　　3 面向物联网的嵌入式系统实验；

　　3.1 层次化实验设计

　　理论教学为实验实践环节提供了必要的知识基础，而实验和实践环节则在巩固理论基础的同时，进一步提高了动手能力，开发了创造潜能。笔者选用周立功公司的MagicARM2210S嵌入式实验开发平台，除包含主流的各种串行接口和GPIO口外，还包含以太网接口、GPS（全球定位系统）模块接口、CAN总线接口等。针对这些接口和物联网的应用背景，笔者设计了3个层次的实验，以满足不同阶段的实验和实践需求，如表1所列。实验层次由浅入深，不同的实验层次对应不同的实验项目，而且组织形式也不同。基础性实验主要目的在于熟悉方法。而综合性实验和创新性实验则多是以物联网的应用为基础的，在于提高能力。3个层次的实验循序渐进，逐步提高，为进一步的实践开发和毕业设计打下了良好的基础。

表1 面向物联网的嵌入式实验层次化设计