引言

　　如今信息時(shí)代對(duì)于相關(guān)專業(yè)的人才要求越來(lái)越高,，因此許多高校都開設(shè)了與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程。盡管各自的行業(yè)背景和專業(yè)背景千差萬(wàn)別,，但大多數(shù)眾多高校在如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)踐環(huán)節(jié)等,，還是提出了相當(dāng)多的實(shí)際教學(xué)方案和先進(jìn)的教學(xué)理念。而且,，隨著信息技術(shù)的發(fā)展,，嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展提供了更廣泛的空間，同時(shí),，也為嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)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(tǒng)帶來(lái)新機(jī)遇的同時(shí),，也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn),。如何應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)方法,，滿足時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的要求,，是值得我們認(rèn)真思考的地方。

　　1  物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)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(jù)2005年國(guó)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(guó)際上備受關(guān)注，美國(guó)IBM公司基于物聯(lián)網(wǎng)提出“智慧的地球”概念,；中國(guó)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(guó)”的概念,。

　　盡管目前從技術(shù)角度對(duì)物聯(lián)網(wǎng)還沒有確切的定義,，但公認(rèn)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(tǒng)技術(shù),、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù),。由此可見,，嵌入式系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中扮演著至關(guān)重要的角色。而且,，嵌入式系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)這兩者具有相輔相成的關(guān)系：嵌入式系統(tǒng)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(yīng)用，提升物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,；而物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展提供了新的應(yīng)用領(lǐng)域,，為嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用提供了更廣泛的空間，必然有助于嵌入式系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的跨越式發(fā)展,。

　　嵌入式系統(tǒng)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(tǒng)的課程體系應(yīng)該有所調(diào)整，以適應(yīng)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(jī)等若干基礎(chǔ)課程,，還包含了嵌入式系統(tǒng)的實(shí)踐開發(fā)環(huán)節(jié),，即面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用。

　　圖1  面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)課程體系

　　2  理論教學(xué)

　　嵌入式系統(tǒng)理論教學(xué)內(nèi)容主要圍繞ARM嵌入式微處理器,、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用和前沿發(fā)展；教學(xué)目的是熟悉設(shè)計(jì)方法,，掌握嵌入式系統(tǒng)開發(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(nèi)容主要包括：

　　a  嵌入式系統(tǒng)概述；

　　b  ARM內(nèi)核嵌入式微處理器,；

　　c  嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)及其移植,；

　　d  嵌入式系統(tǒng)交叉開發(fā)環(huán)境；

　　e  物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用,；

　　3  面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

　　3.1  層次化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　理論教學(xué)為實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了必要的知識(shí)基礎(chǔ),，而實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)則在鞏固理論基礎(chǔ)的同時(shí),，進(jìn)一步提高了動(dòng)手能力，開發(fā)了創(chuàng)造潛能,。筆者選用周立功公司的MagicARM2210S嵌入式實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái),，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(tǒng)）模塊接口,、CAN總線接口等。針對(duì)這些接口和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用背景,，筆者設(shè)計(jì)了3個(gè)層次的實(shí)驗(yàn),，以滿足不同階段的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐需求，如表1所列,。實(shí)驗(yàn)層次由淺入深,，不同的實(shí)驗(yàn)層次對(duì)應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而且組織形式也不同,?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)主要目的在于熟悉方法。而綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)則多是以物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用為基礎(chǔ)的,，在于提高能力,。3個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)循序漸進(jìn)，逐步提高,，為進(jìn)一步的實(shí)踐開發(fā)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ),。

表1  面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式實(shí)驗(yàn)層次化設(shè)計(jì)

　　3.2  物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)

　　通過項(xiàng)目實(shí)踐來(lái)鍛煉和提高動(dòng)手能力的重要性是毋庸置疑的。2009年,，我校啟動(dòng)“物聯(lián)網(wǎng)在森林環(huán)境監(jiān)測(cè)和保護(hù)中的應(yīng)用”項(xiàng)目,，筆者負(fù)責(zé)物聯(lián)網(wǎng)中間層的嵌入式網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)，主要功能模塊如圖2所示,。GPS模塊接口主要采集終端的經(jīng)度緯度信息,，而無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊主要收集各終端傳感器發(fā)送的溫度、土壤濕度,、日照等環(huán)境信息,。這些終端信息通過ARM處理器打包成UDP數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接口傳送給基站服務(wù)器,。

　　圖2  物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)硬件框圖

　　筆者通過第二課堂,，組織學(xué)有余力的同學(xué)成立興趣小組，將物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)分割成若干子題目,，交由各興趣小組,，模擬項(xiàng)目的形式實(shí)踐開發(fā)。比如，“GPS數(shù)據(jù)采集與處理”子課題,，首先需要移植μC/OS操作系統(tǒng),，然后移植LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，最后再以多任務(wù)的形式從GPS模塊接口讀取數(shù)據(jù)并打包成UDP數(shù)據(jù)包,，發(fā)送到網(wǎng)絡(luò),。這其中，需要興趣小組的成員合理分工,，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)合作,。經(jīng)過筆者和興趣小組近一年的共同努力，嵌入式物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)成功地將布置在紫金山的終端傳感器數(shù)據(jù)傳送到基站網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,。物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)終端的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息如圖3所示,。

　　圖3  物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)

　　通過物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)踐的模式，拓展了學(xué)習(xí)內(nèi)容,，并學(xué)以致用,，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)了合作精神，還起到了“以點(diǎn)帶面”的效應(yīng),，切實(shí)拓展了知識(shí)面和動(dòng)手能力,。

　　此外，在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,，筆者每年都設(shè)計(jì)了3~4個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題,。經(jīng)過兩屆的實(shí)踐證明，選擇該類課題的畢業(yè)生知識(shí)面更廣,，就業(yè)面更寬,。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　筆者在ARM嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過程中，基于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展背景,，精簡(jiǎn)理論教學(xué)內(nèi)容,，并拓寬知識(shí)面，重點(diǎn)講解與實(shí)際工程項(xiàng)目--特別是物聯(lián)網(wǎng)--密切相關(guān)的設(shè)計(jì)內(nèi)容,。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行層次化設(shè)計(jì),，內(nèi)容緊隨時(shí)代的發(fā)展，并在實(shí)踐環(huán)節(jié),，讓學(xué)生直接參與到前沿的課題和項(xiàng)目中去,。真正做到：以精簡(jiǎn)的理論夯實(shí)基礎(chǔ)，以前沿的知識(shí)激發(fā)興趣,，以層次化的實(shí)踐提高效率，以務(wù)實(shí)的項(xiàng)目收獲本領(lǐng),。