物联网的嵌入式技术范文

导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的5篇物联网的嵌入式技术范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！

篇1

中图分类号：C94 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）33-0143-01

一、物联网与嵌入式的定义与主要技术

物联网是一门融合多门学科的技术，通过信息传感设备，按照设定的通信协议，为网络中的物体建立连接，物体之间能够进行信息交换和通信，最终实现对物体的智能化识别、定位、监控和管理等目标。物联网的主要关键技术是传感器技术、RFID、人工智能技术、标准化技术四种技术。

嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各行业的具体应用相结合后的产物。根据不同的应用，嵌入式系统也会用到许多其他的技术，如通信技术、传感器技术、智能信息处理技术、自动控制技术等。

从两者的定义来看，物联网强调的是物联网中设备具有感知、计算、执行、协同工作和通信能力及能提供的服务； 嵌入式系统强调的是嵌入到宿主对象的专用计算系统，其功能或能提供的服务也比较单一。嵌入式系统具有的功能是物联网设备的功能的一个子集，但是它们之间的差异将越来越小。简单的嵌入式系统与物联网定义中的设备或者物有较大的区别，具有的功能不如物联网中的设备或者物，但是随着嵌入式系统不断发展，目前出现的一些复杂嵌入式系统（如智能移动电话）基本上达到了物联网的定义中设备或物的要求。

在技术角度上，嵌入式技术在物联网行业发展中始终处于核心、基础的地位。嵌入式系统是计算机应用的一种最直接最有效的形式，只有把计算机嵌入到物体中去，物体才有大脑，它才具备思考、智能的能力；要想实现物与物互联、人机互联，必须赋予物体嵌入式CPU的智能部件为前提；从专业角度讲，物联网是嵌入式智能终端的网络化形式，或者是智能化的形式。

二、嵌入式在物联网环境下的应用

物联网与嵌入式系统都是多学科相互融合的综合性应用技术，而且物联网技术的关键技术传感器技术、RFID、人工智能技术主要是由嵌入式系统技术实现。

1）嵌入式系统实现传感器技术

物联网首先要对客观的事物信息的采集，所以需要传感器实现。嵌入式智能传感器是物联网技术的支柱，也正是嵌入式技术的发展和应用，它是一种带嵌入式微处理器的传感器，是将嵌入式微处理器、智能理论和传感器相结合而成的产物，具有检测、计算、判断、网络、通信和信息处理等功能。嵌入式智能传感器最重要的是它具有数据通信功能，能与互联网络、2G＼3G 网络进行通信，能与现有的网络传送数据实现全球监测，实现远程控制。

2）嵌入式系统实现RFID技术

物联网中采集完信息之后，需要对信息进行识别，嵌入式RFID主要实现的该技术，把RFID读写器嵌入在物体中，使得该物体具有RFID读写功能。嵌入式RFID还被广泛应用于交通控制、工业监测、安全防伪等物联网应用领域；嵌入式RFID在自动识别、物品物流管理得到了广阔的应用前景。

3）嵌入式系统实现人工智能技术

信息使用RFID技术能够识别、区分，然后就要对信息进行处理，人工智能技术实现了信息的处理。嵌入式智能技术能够大大提高信息处理的速度，使得事物的处理具备根据外部环境的变化具有反应的能力。

三、嵌入式与物联网的发展

嵌入式需要发展也离不开物联网，所以说物联网为嵌入式提供一个广阔平台，嵌入式扩展了物联网的应用范围，推动了发展进步。在应用领域方面它们几乎是相同的，当前物联网涉足的领域，嵌入式系统都已经在其中被使用了。综上所述，物联网与嵌入式系统关系非常紧密，物联网的发展离不开嵌入式系统的支持，而物联网又给嵌入式系统带来了新的发展机遇和挑战。目前嵌入式突出的问题是两个方面：嵌入式数据库应用和嵌入式网络安全问题，也是物联网的最为关注，构建嵌入式系统的安全性和数据库已成为物联网在使用中考虑的重要因素。

总结：

物联网的发展引领一次新的信息革命，在未来的生活中将占有重要的地位，而在技术角度上嵌入式是物联网核心，所以物联网的发展与嵌入式系统息息相关，甚至主导着物联网的未来发展，所以一定对嵌入式的研究要加大力度。

参考文献

[1] 邬明罡.物联网技术体系初步成熟[N].人民邮电报，2010-07-29（007）.

[2] 刘晓慧.物联网与嵌入式技术[J].电脑学习，2011，4（2）：27-28.

[3] 何克丽.物联网时代下的嵌入式系统[J].信息技术学报，2010，12：12-26.

篇2

科学技术的迅速发展，信息技术也随之崛起。物联网技术是本世纪最有发展前途的信息技术之一。网络通过各种方式将越来越多的“物”接入其中，加大了信息之间的交流、互换、利用以及传输功能。随着各种“物”加入，网络逐渐壮大，在壮大的同时，越来越多的复杂问题也随之产生。网络的壮大对我们的新信息技术构架以及信息理论提出了更高的要求。

物联网是信息技术的产物，刚崛起不久，所以国内和国外对物联网技术的研究与开发都还在起步阶段。近几年来，我国研究人员不断对物联网各方面的信息技术进行研究和探索，取得了很大的成就。

1.嵌入式系统

近年来，信息技术发展迅速，人们对信息技术的要求越来越高，对信息技术的产品也越来越关注，通常消费者都把产品应用的系统当做选择产品的指标，在我们的生活，随处都是嵌入式系统产品，比如微波炉、电脑、手机等产品。随着嵌入式系统技术的发展，嵌入式系统逐渐广泛应用到各个领域当中。可是人们对嵌入式系统的了解甚少，嵌入式系统的构成，离不开计算机和嵌入性以及专用性这三大基本要素。

嵌入式系统是硬件和软件的结合，用来控制、监视，帮助装置、设备以及机器运行的一种装置，也可以说是包含了所有机械的附属装置。

嵌入式系统是一种在对象体系里嵌入，对技术、功耗以及体积和可靠性都有很严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统是一种在应用系统里进行嵌入的技术。嵌入式系统把计算机当做处理信息的部件，将实际工程中的应用内容作为中心，传统计算机技术作为基础技术，然后根据应用对象的特点，对软硬件进行裁剪，从而使软硬件满足应用系统对软硬件功能的要求。嵌入式系统技术可以对物体的信息进行感知和处理以及传输，使得物体智能化，拥有一些感知、计算、执行能力，使物体与网络进行连接，从而实现物物和人物对话。物联网急需嵌入式技术系统的支持。

2.物联网

随着互联网的广泛应用，我国信息产业不断迅速发展，物联网获得了广大的发展空间。在我们日常生活中，很多行为活动的实现都离不开物联网。

物联网是利用专门的技术在互联网上实现物物连接、信息通信。物联网是对物品进行智能化管理和操作的网络。

物联网技术通过融合多种已有技术而成，最主要的融合技术有EPC以及RFID技术。物联网的结构一共包含了三层，分别是感知层和网络层以及应用层。最底层属于感知层，感知层主要用到的技术是二维码和RFID以及传感器等技术，主要任务是将与物有关的信息采集起来，这些信息主要指的是用与传感器和摄像头等有关设备所采集的相关信息，然后将采集到的信息用无线或者有线传输技术传到网关设备当中。中间层属于网络层，网络层需要用到的技术主要有无线传感器和移动通信以及互联网技术，网络层主要是将和物有关系的信息进行可靠、安全的传输和处理，一般由一些专用网络或互联网、通信网充当。最高层属于应用层，应用层主要作用是提供感知信息服务给手机和电脑还有某些终端设备。

3.嵌入式系统与物联网的联系与区别

嵌入式系统与物联网之间既有区别，又有联系，从功能的角度来看，物联网有传输、处理和交互的功能，将通用系统和多种专用系统集于一体。嵌入式系统指的是嵌入对象体系的专用计算机系统。二者相比较而言，嵌入式系统的的功能更具有针对性，主要是实现具有单一特性的功能。嵌入式系统的功能包含于物联网的功能中，随着嵌入式系统技术的发展，嵌入式系统的功能越来越复杂，已发展成可以直接将物联网技术融入其中。

在技术上，嵌入式系统和物联网所融合的技术很相像，而且嵌入式系统包含于物联网技术中，很多方面的技术都必须有物联网技术，但不一定含有嵌入式系统。

所有可以加入智能处理信息技术以及提升系统通信能力的设备的嵌入式系统都可以应用到物联网当中，嵌入式系统和物联网的相似度非常的大，只有标签识别模块是嵌入式系统所不具备的。

4.嵌入式系统应用于物联网

从技术的角度看，嵌入式系统技术推动了物联网的发展，嵌入式系统技术对物联网技术的发展发挥了很大的推动作用。两个互相连接的事物，必须存在智能这一特点，才能达到物物连接的目的，嵌入式系统技术有效的将计算机与物进行连接、融合，使得物拥有了将信息进行交换的能力。从专业的角度来看，物与物的连接实际上是嵌入式系统的终端将效果发挥出来的结果，实际上，物联网是由智能终端形成的网络化形式。

主要有传感器技术、RFID技术、智能技术和标准化技术四种技术将嵌入式系统应用于物联网中体现出来。

4.1 嵌入式智能传感器技术的应用

物联网需要利用传感器技术才能将物物连接的功能实现，智能化传感器技术轻松的将物物连接功能实现。智能传感器技术是近几年发展起来的新型技术，由于嵌入式技术的支持，智能传感器技术发展迅速，逐渐被广泛应用。智能传感器有计算、通信和判断等功能，它的通信功能不仅可以与互联网相连，还可以与2G或者3G网络通信，对实现物联网的通信功能起着非常重要的作用。

4.2 嵌入式RFID技术的应用

感知节点是物联网的一个关键位置，这一关键位置融合了传感器和嵌入式等技术，尤其是对RFID技术的融合。

可将RFID系统分成两大部分，分别是阅读器和标签，每个标签都有一个唯一标识码，然后把标签安装于物体上，阅读器的作用是发射专门的无线信号将电路上的标签触发出来，然后读取标签上的标识码。电子标签不需要额外电量，大大降低了制造成本的同时还减小了标签体积，大大方便了物体运输。RFID系统可以很好对物体进行跟踪和检测，所以物流、医疗还有交通等行业都会广泛应用这一系统。

借助嵌入式系统实现的RFID系统，有低耗能化、物联网经济和微型化的特点，对物联网的功能实现起着非常重要的作用。

4.3 嵌入式智能技术的应用

嵌入式智能技术可以随着外界环境因素的变化而使物体产生相应的变化，嵌入式智能技术的这一特点在智能家居安防系统中广泛应用。

家居安防系统由四个主要部分组成，分别是通信、智能主机和探测器、控制器。探测器可分人体探测和手动遥控、图像采集等。主要用于对室内的异常情况进行探测，然后将探测出的信息输入智能主机，智能主机按照原定的处理规则对信息进行判断和处理，将处理出来的信息发送给相关人员，让相关人员及时对异常情况进行处理。

5.结束语

随着物联网技术的迅速发展，对嵌入式系统的依赖越来越大，为了能推进物联网的进一步发展，离不开嵌入式系统的支撑，嵌入式系统融合入物联网中，为我们的生活和工作带来了更多新产品和更优质服务。

参考文献

[1]何立民.从嵌入式系统视角看物联网[J].业界论坛， 2012.

篇3

网络、通信、多媒体、信息家电时代的到来，以及未来物联网（The Internet of things）和泛在计算（Ubiquitous Computing）的发展，为32位嵌入式系统的高端应用提供了空前巨大的发展空间，形成了巨大发展市场。据Forrester预计，2016年全球物联网产值可达6200亿美元的规模。2020年市场上将有500亿个联网装置。

目前，我国嵌入式系统的发展十分迅速，其发展正从嵌入式系统走向嵌入式产业，巨大的市场需求不断加速嵌入式系统的产业化进程。

一、嵌入式系统概述

现代计算机技术分为两大分支：通用计算机系统和嵌入式计算机技术。

通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。由国防科大研制的天河二号通用计算机系统，以峰值计算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度浮点运算的优异性能，成为目前全球最快超级计算机。

超级通用计算机主要用来承担重大的科学研究、国防尖端技术和国民经济领域的大型计算课题及数据处理任务。如大范围天气预报、卫星照片整理、原子核物理的探索、制定国民经济的发展计划等。

而嵌入式计算机系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗等方面有特殊要求的专用计算机系统。

嵌入式计算机系统与通用计算机系统的本质区别在于系统应用不同。嵌入式系统是将一个计算机系统嵌入到对象系统中。这个对象可能是庞大的机器，也可能是小巧的手持设备，用户并不关心这个计算机系统的存在。嵌入式计算机系统的技术要求是对象的智能化控制能力，技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。

早期，人们勉为其难地将通用计算机系统进行改装，在大型设备实现嵌入式应用。然而，对于众多的对象系统（如家用电器、仪器仪表、工控单元……），无法嵌入通用计算机系统，况且嵌入式计算机系统与通用计算机系统的技术发展方向完全不同。这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。

二、嵌入式系统发展现状

目前，我国嵌入式系统市场处于快速增长时期，我国政府充分认识到它的重要作用，在政策、资金等方面给予大力支持。2004年国家发改委、科技部、商务部联合颁布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南》，把嵌入式产业作为国家发展的一个重要领域。

相关统计表明，2012年我国电子制造规模达5.45万亿元，位居世界第二；电视、程控交换机、笔记本电脑、显示器和智能手机等主要电子信息产品的产量居全球首位。

我国嵌入式系统的应用主要分布在电信、医疗、汽车、安全和消费类等行业。来自2010-2011年度的行业调查数据显示，目前嵌入式产品应用最多的三大领域是“消费电子、通信设备、工业控制”，所占比例分别是26% 、17%和13%，三大领域所占比例之和接近60%

1.信息家电

信息家电是融合了计算机技术、数字通信技术的消费电子产品，是3C （Computer，Communication and Consumer Electronic）融合的产物。

后PC时代，家用电器将向数字化和网络化发展，电视机、微波炉、数字电话等都将嵌入微处理器并通过家庭网关与Internet连接，构成家庭信息网络.届时，人们可以远程控制家里的电器设备，可以视频点播，实现交互式电视，还可以提供各种网上服务等。

信息家电是网络上的家电，而不是PC的外设。信息家电本身具有一定的智能，并支持某种统一的、标准的通信协议和控制协议，能够互相识别，而不必像计算机外设那样必须受PC控制。信息家电的出现将推动家庭网络市场的兴起，同时家庭网络市场的发展又反过来推动信息家电的普及和深入应用。

2005年6月，微软、索尼等17家国际企业推出的数字家庭标准，进一步为信息家电的发展扫清了技术屏障。不到一个月，以联想为首的5家中国企业也迅速结成“闪联”，希望能在信息家电市场大展身手。

信息家电的不断发展打开了嵌入式系统最大的一个市场，信息家电也为家用电器的更新换代创造了契机。据预测，进入21世纪，信息家电的市场份额将高达数万亿美元。面对如此巨大的市场，电脑和家电企业无不为之动心。世界著名的电脑和家电企业如IBM、夏普、微软、英特尔、康柏、苹果、松下、NEC、东芝等都大力开发研制自己的信息家电产品。我国的许多公司如海尔、联想、长虹、海信、TCL等也投入信息家电的开发工作。

目前信息家电在产品取向上有两种：一是在传统的家用电器之上应用信息技术，使之能够与网络连接。二是在传统的家用电器之外应用信息技术开发新的产品。而这些数字融合产品，都离不开嵌入式系统的支持，可以说，嵌入式系统是家庭信息网络、IT融合的重要技术基础。

2.移动计算设备

移动计算设备也是嵌入式系统的重要应用领域。移动计算设备包括PDA、手机、平板电脑、笔记本电脑等。

目前，PDA与传统手机实现融合，出现一个新的产品：智能手机。智能手机就是一台嵌入式系统。借助移动互联网的发展和全球制造成本的降低，这两年智能手机需求有了极大的提升。

2011年，智能手机出货量只占到全部手机的35%，2012年这一数字为46%。随着智能手机的价格逐渐降低，尤其是2012年，中国已经出现了多款性价比极高的智能手机，这直接刺激了大量用户放弃传统手机选择智能手机。

据市场数据跟踪公司IDC预测， 2013年全球智能手机出货量预计将占54%，这意味着智能手机出货量首次超过非智能手机。

同时，2013年全球平板电脑出货量也将超过台式个人电脑，2014年将超过笔记本电脑。IDC还推测，2013年平板电脑的出货量将比上年增加48.7%，达到1.9亿台，创下史上最高记录，而台式个人电脑将减少4.3%。

3.自动化与测控仪器仪表

我国的工业生产需要完成智能化、数字化改造，智能控制设备、智能仪表、自动控制等为嵌入式系统提供了巨大的市场。在金融业、电力系统和服务业，嵌入式也在发挥着越来越重要的作用。

测控仪器仪表遍及大中小企业，测控仪器仪表种类繁多，新型的测控仪器仪表无一不是嵌入式系统。水、电、煤气表的智能化、远程自动抄表。安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。

在工控和仿真领域，几乎所有的计算机控制系统都采用嵌入式系统，象分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等大型复杂的控制系统，更离不开嵌入式系统的应用。目前已经有大量的8、16、32 位嵌入式系统在应用中，如工业过程控制、数字机床、电力系统、电网安全、电网设备监测、石油化工系统。

三、嵌入式系统发展趋势

可以预见，随着信息产业发展的第三次发展浪潮的到来，嵌入式系统会获得更为巨大的发展契机。所谓信息产业发展的第三次发展浪潮是指无处不在的泛在计算和物联网。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：一是物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；二是其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网就是“物物相连的互联网”。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继通用计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

目前，物联网已经成为我国国家发展战略，其受重视的程度不言而喻，2012年2月14日，中国的第一个物联网五年规划——《物联网“十二五”发展规划》由工信部颁布。同时，教育部工信部授权理工科高校开设物联网课程，为学生传授物联网相关知识。部分大学开始增设“物联网工程”专业并实现招生，为未来物联网的发展培养储备人才。

新的发展给嵌入式系统带来新的理念，2011年4月，Intel、微软、通用汽车、高通、飞思卡尔、ARM. TI和三星等公司在旧金山联合成立了“Smart技术世界”。Smart system（智能系统或智慧系统）的特点是：1、处理器不是我们以前用的最简单的8位处理器了，而是32位处理器或SOC等。2、内含高层次的嵌入式操作系统。3、有联网功能，彻底解决原先嵌入式系统的孤岛现象。

新的发展对嵌入式系统带来新的技术革命。第一，嵌人式设计要从面相对象到面相角色转变，物联网的计算是跟时间有关的。第二，需要软硬件协同设计技术。第三，需要嵌人式软件建模、自动分析和验证技术。

总之，由于我国对物联网发展的大力扶植和产业推动，必将会更快速地推动智能化电子应用领域的扩张，越来越多的嵌入式设备将会走进我们的生活，改变我们的生活，为我们展现更精彩的世界。

基金项目：邵阳市科技局2012年科研资助项目（J1215）

参考文献：

[1]周立功.ARM嵌入式系统基础教程 [M].北京：北京航空航天大学出版社.2005

[2]王莹.泛在计算时代的嵌入式系统 [J].电子产品世界，2013（2）：1-2.

[3]江虹，吕杨.嵌入式系统的发展与挑战[J].云南大学学报，2007（29）.

[4]张春毛，戴青云.嵌入式系统及其发展前景[J].石家庄职业技术学院学报，2006（4）.

[5]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社.2003

篇4

1 建构主义教学理论

近年来，嵌入式技术和嵌入式产品已经渗透到各个领域，如信息家电、通信设备、工业控制等，社会需要大量掌握嵌入式技术的人才，因此，越来越多的高校开设了嵌入式相关课程。嵌入式系统是一种软硬件结合的技术，与产品和市场有紧密的联系，具有很强的实践性和应用性。在教学中，教师普遍认为该课程难教，学生学习起来也很吃力，难以深入掌握相关知识，教学效果不理想，因此，笔者主张以建构主义理论为基础，探索新的教学模式。

建构主义观点是由瑞士心理学家让·皮亚杰于1966年提出的，他创立的学派被称为“皮亚杰派”，是认知发展领域中最有影响的学派。建构主义学习理论包括以下3个基本观点。

1.1 学习是一种过程

学习者在学习新知识时，不是通过传授获得知识，而是通过他对知识的经验解释，将知识转变成了自己的东西，即知识和技能的获得，是学习者与外部环境交互作用的结果，而不是教师单向灌输的结果。

1.2 学习是协商活动的过程

学习不是单向的接受过程，教师不但肩负着“传”的使命，更肩负着调动学习者积极性的使命。教师要分析学习者的知识结构，找到合适的切入点，才能确保新知识单元被建构到原有知识结构中，形成一个新的结构。然而，不同的学习者知识结构不一样，对知识的理解不一样，从而导致学习者的学习效果不一样。因此只有通过“协商”和磨合，才可能达成共识。

1.3 学习是一种真实情境的体验

学习的目的是让学习者真正使用所学的知识来解决问题。“懂了”只是第一步，“会用”才是更关键的，会用才证明真正学会了。只有在真实情境中，才能使学习变得更有效，因为学习者可以在真实情境中解决实际问题。

分析以上3个基本观点可知，建构主义教学理论应该以学生为中心，在整个教学过程中教师是组织者、指导者、帮助者和促进者，利用情境、协商等学习环境要素充分发挥学生的主动性、积极性和首创精神，最终达到使学生有效实现对当前所学知识的理解和应用。可见，在建构主义教学理论下，教师和学生的角色、作用与传统教学相比已经发生了很大的变化，而这种变化必将给嵌入式课程的教学注入新鲜力量，为改善教学效果开辟了新的途径。

2 物联网与嵌入式技术

物联网的概念于1999年提出。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（HumantoHuman，H2H）之间的互联。物联网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。

在物联网应用中有3项关键技术，即传感器技术、RFID（射频识别）技术、嵌入式技术。把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，嵌入式技术则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理；物联网的发展为嵌入式技术的发展提供了新的应用领域。因此，嵌入式课程的教学内容安排要面向物联网的应用。

3 双主动教学模式

3.1 理论教学环节设计

在建构主义的教学理论下，目前已开发的比较成熟的教学方法主要有：支架式教学法、抛锚式教学法和随机进入教学法。笔者主张采用抛锚式教学方法进行课程理论环节的教学。抛锚式教学也称“实例式教学”或“基于问题的教学”，它要求在教学过程中，依据教学内容、对象和方式，确定锚点，即选取有感染力的真实问题，通过抛锚引导出讲授的知识，设计出问题来指导教学。所谓的“抛锚”就是教师通过选取有感染力的真实问题创设教学情境，以确定教学内容用，“抛锚”是否成功，取决于教学情境的创设能否激起学生的积极性。由此可以看出，“抛锚式”教学方法的关键环节是教学情境的创设。下面笔者针对物联网应用，分析嵌入式课程的理论教学内容，然后给出创设的教学情境。

3.1.1 教学内容安排

嵌入式理论教学目的是掌握嵌入式系统开发技术，为物联网的应用奠定基础，而嵌入式软件是物联网的重要的核心技术之一，它的发展促进物联网的工程应用，因此，为了更好地应用物联网，嵌入式课程安排6个知识单元的教学，具体内容包括以下几个方面。

第1知识单元：嵌入式系统绪论。掌握嵌入式系统定义、特点，了解嵌入式系统的发展趋势、特点，理解嵌入式系统的设计过程。

第2知识单元：ARM体系结构。掌握ARM9结构，了解ARM9的指令集、工作模式，理解ARM9储器格式、存储器映射I/O结构、ARM异常，掌握ARM9的寻址和加载/存储指令、算术和逻辑指令、比较指令、分支指令、软件中断指令。

第3知识单元：嵌入式系统的接口设计。掌握接口的控制方式、存储器接口设计、引脚连接模块应用、GPIO接口设计，了解中断的分类、中断源，掌握中断设计、定时/计数器接口设计、串行口设计、人机接口设计。

第4知识单元：嵌入式系统的软件平台构建。了解嵌入式系统软件平台的发展、典型嵌入式操作系统，理解嵌入式系统软件开发的特点，掌握UC/OS—II移植规划、移植文件构成、移植代码与系统应用程序设计、任务设计、常用的系统函数、任务问通信程序设计方法、内存管理的程序设计方法。

第5知识单元：嵌入式网络技术。了解分布式嵌入式系统网络结构、通信方式，掌握异步串行通信网络、12C总线网络、CAN总线网络、USB网络，理解嵌入式TCP/IP协议的特点，掌握嵌入式TCP/IP协议的实现方法。

第6知识单元：嵌入式系统设计实例。通过实例掌握嵌入式系统设计的过程和方法。

其中第2、4、5知识单元是嵌入式软件的核心内容，不少于20学时。

3.1.2 教学情境创设

针对每节课的教学内容创设一个学习情境，设计一个总体任务，并向学生展示出整体情境，提出总体任务，然后引导学生对总任务进行分析，尝试将总任务分解成有序的各级子任务，并讨论出各级子任务所需要的知识和技能，最后学习这些知识，锻炼这些技能，以解决问题。下面以UC/OS—II移植为例来说明进行教学情境创设的过程，具体步骤如下：

第1步，运行一个简单的多任务程序，展示移植UC/OS—II后程序的设计方法。通过感性认识，引出要讲授的知识，并强调学习该部分知识的重要性。

第2步，在ADS集成开发环境下设计一个工程，给学生展示移植UC/OS—II后多任务程序设计的运行情况，分析应用UC/OS—II系统函数进行多任务程序设计的方便性，激发学生的学习兴趣，提出总体任务：移植需要完成的工作。

第3步，分析总体任务，完成移植工作需要在OS cpu.h、OS cup C.C和OS cup a.s中设计移植代码。在工程的h文件夹下打开OS_cpu.h，在工程的arm文件夹下分别打开OS_cup_c.c和OS cup a.s分析移植代码的设计思路，依据设计思路，指导学生进行关键程序段的编写。

第4步，总结移植步骤和方法。

内容讲授完毕后，让学生总结UC/OS—II移植的步骤和方法，加深学生对该部分知识的理解。

从上面的设计步骤可以看出，情境创设是从真实情境展示出发，由真实情境引出要讲授的知识，即先给出问题再说明问题的解决方法。相对传统的灌输教学方法，可以让学生对所学知识的重要性有更好的理解，从而激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性。

3.2 实验教学环节设计

实验课程的教学以建构主义理论为指导，从学生的知识基础和兴趣出发，进行分层次教学，即将实验内容分成验证性、设计性、创新性3个层次，课前教师布置预习内容，提供与实验内容相关的大量资料，给予学生充分的时间进行查阅和理解资料，课上教师仅指导学生探索问题、解决问题，充分发挥学生的主动性，让学生自己学习、自己操作，验证性、设计性实验在课上完成，并由教师对完成情况进行检验，现场给出成绩；此外，对实验感兴趣的学生可以利用课余时间完成创新性实验，这需要定期开放实验室，允许学生动态使用实验室的所有资源，在教师的指导下充分发挥学生的积极性和创造性，运用已有的知识基础，自己思考并动手解决实际问题。通过实验教学环节，使学生对所做实验的性质、规律以及知识之间的内在联系有较深刻的理解，形成对知识的意义建构。表1给出了实验项目及类型。

篇5

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号文章编号：1672-7800（2013）012-0176-03

作者简介：张莉莉（1967-） 女，硕士，三峡大学计算机学院讲师，研究方向为操作系统、系统结构。

0引言

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。物联网被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一。在国家大力推动工业化与信息化两化融合的大背景下，物联网会是工业乃至更多行业信息化过程中一个比较现实的突破口，是一个未来新兴产业。应这种社会需求，2010年初教育部下达了高校设置物联网专业申报通知，众多高校争相申报。三峡大学计算机科学与技术专业开设了物联网工程方向，以培养能够系统地掌握物联网相关理论、方法和技能，具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域专业知识的高级工程技术人才。但是作为一个新兴的课程体系，教学内容选择、实践环节组织等问题依然处于探索阶段。三峡大学将《嵌入式操作系统》[1]作为一门专业基础课程被列入该专业方向必修课程，和传统操作系统课程相比，嵌入式操作系统有自己的特点，尤其是实践环节，本文就《嵌入式操作系统》课程实践教学部分进行研究。

1《嵌入式操作系统》教学存在的问题

首先，《嵌入式操作系统》是近年才出现的课程，可参考和借鉴的资料不多，各个学校都在探索一种适合该课程的教学模式。

其次，嵌入式系统是个综合性很强的系统，它涵盖计算机、通信、网络、RFID等各方面的技术，那么，作为嵌入式系统开发和执行平台的操作系统也要体现这方面的特征，而如何体现尚有待进一步探索。

再次，需要更多的经费投入，实验的开设往往不是一台PC机器就可以解决的。

2《嵌入式操作系统》实践教学内容的选定

《嵌入式操作系统》同一般操作系统课程相比有很多独特之处。一般操作系统都以PC机操作系统为平台，内容包括进程管理、存储管理、设备管理以及文件系统等内容。嵌入式操作系统作为嵌入式软件开发平台，最终要和应用软件一起固化在某种设备里，因此，嵌入式操作系统应该是易于裁剪和配置[2]的。如果这种设备要联网使用，还需具备网络功能，有的还需要特殊的文件系统，而且在进程和内存管理方面也不能过于复杂，在开设实验课程时要考虑这些因素。鉴于以上分析，实践教学内容可从4个方面考虑：

（1）模拟类实验。主要是通过编写程序模拟嵌入式操作系统的一些算法。嵌入式操作系统和PC操作系统相比有很多不同之处：嵌入式操作系统要适应多种处理器、可裁剪、轻量型、实时可靠、可固化。因此，嵌入式操作系统在进程管理、内存管理、文件系统、设备管理等方面有独特算法，可以开设实验编写程序模拟这类算法。此类实验通常作为课内实验与理论课同步进行，用于验证理论，属于验证型实验。

（2）分析裁剪类实验。主要利用免费操作系统，如linux、minix、ucos/Ⅱ等。先分析这些系统内核，再做适当裁剪或增加或替换。由于这类实验需要编译内核，所需时间比较长，可以作为课外选修的实验。

（3）应用型实验。通过系统调用来完成一些应用，这类实验可以是验证性的，也可以是设计类的。可以根据具体的应用，设计一个实验题目，让学生在理论和验证性实验的基础上进一步扩展。

（4）设计型实验。主要是设计一个小型的操作系统，这类实验难度较高，可以作为课程设计类实验。

三峡大学物联网方向的课内实验[1]主要是配合理论课内容而开设，总共8个实验，一个验证性实验，7个设计性实验，实验内容如表1所示。

在课内实验的基础上，再配以课外实验[1]，可以提高学生的综合开发能力，课外实验可以采用项目方式进行。课内实验在虚拟机上完成，课外实验可以在基于ARM芯片的实时系统上开发；课内实验要求独立完成，课外实验可以以小组为单位完成。课外实验内容如表2所示。

3教学环境与教学方式

3.1教学环境

首先，操作系统的选择。嵌入式操作系统种类比较多，要根据先行课程和学生的层次选择不同的操作系统。对于有操作系统背景知识的学生，可以采用较为复杂的系统，如linux；

而对于没有操作系统背景的学生，可以选择简单的操作系统，例如UCOS/Ⅱ。

其次，开发工具的选择。嵌入式软件开发需要交叉编译和交叉链接。交叉编译器的主要功能是将主机上编写的源程序编译成可以在目标机上运行的代码。教学环境可以是仿真环境[2]或者是真实环境。仿真环境有嵌入式软件集成开发环境，例如lambdaTOOL，这个集成开发工具可以支持多种嵌入式操作系统，如linux或者ucos等操作系统，也支持32位的嵌入式处理器。该工具有面向教学的免费版本，利用这种工具进行实践教学的好处就是有一台PC机器即可，在实践教学经费缺乏的情况下是一种比较好的选择，对于初学者来说也是一款很方便的工具。

真实环境除了PC机器之外还需要开发板，在PC机器上编译、开发板上执行，这种环境可以锻炼学生的动手能力。真实环境开发工具和开发板有关联，这类开发工具一般有与相关开发板芯片配套的开发环境，可以针对这种开发环境设计实验内容。

3.2教学方法

过去常用的教学方式是配合理论教学开设课内实验，这类实验课时有限，每个实验偏重某个知识点，实验内容事先设定好，学生在开发板上一个一个地验证。这类实验缺乏系统性，做完后，学生缺乏完整概念，而且，这种按照指导书按部就班完成实验的方式，也缺乏创造性。对于《嵌入式操作系统》这门课程，单一地采用这种方式并不合适。

《嵌入式操作系统》实践教学可以采用多种方式，如课内课外实验相结合、验证性实验和设计性实验相结合等。课内实验开设应用型且学生在短时间内容易接受的实验，这类实验用于训练学生的基本技能。课外实验通过课程设计、大型作业等方式，要求学生开发一个小型的系统或对已有系统进行裁剪或修改。课外实验在时间上没有课内实验的限制，可以开设综合性的实验。

此外，还可以采用项目驱动式教学，如果有这个条件，可以让学生参与一些项目的开发，将科研与教学结合起来。

教学手段可以采用多媒体教学与网络辅助教学相结合的方式，多媒体教学用于面授，网络用于课外自学。《嵌入式操作系统》课程需要较强的理论知识，更需要在实践环节加强训练。多媒体教学可以作为实践教学环节的准备，形象、生动地将一些抽象的概念具体化，让学生有一个感性的认识，模拟一些在使用操作系统时看不见的过程，加深学生对知识的理解。

网络教学手段能够弥补课程教学的不足。可以充分利用现有的校园网资源开发一个网上答疑系统，学生与学生、学生与教师之间可以随时“交谈”，改变以教师为主的教学方式，转向以学生为主的教学方式。也可以尝试大规模网络开放课程（Massive Open Online Courses），这是一种依托互联网的教学模式，与传统的教学模式有很大差别，它在线提供课程教学的全过程，包括微证书的管理，是一种新型的适合高校教育的模式。在这种模式下，教室成为学习会所，教师在“云”端授课，可以不拘泥于场所、时间等因素，甚至可以让学生自行选取学习的内容。这个正好与《嵌入式操作系统》课程内容相吻合，因为嵌入式系统所涉及的领域十分广泛，在做教学计划时，将方向定在什么领域也十分困难，可以让学生自行根据爱好和市场需求制定学习模块，利用开放课堂进行学习。目前，全球比较成规模的MOOCs三大平台是Coursera、Udacity、edX，可以依托这些平台，建设《嵌入式操作系统》课程资源。

4教材

目前，《嵌入式操作系统》实践系列的教材还不多见，笔者推荐《嵌入式实时操作系统及应用开发》配套的实验方案[2]。该方案有两套，一套是利用仿真系统开发实验，工具是利用免费的开发环境Lambdatool，另一套是利用某种嵌入式微处理器开发的嵌入式软件交叉开发实验系统，也可以自行编写。

5考核方式

《嵌入式操作系统》课程教学考核方式应该多样化。传统的考核方式一般是学生按照事先设定的内容完成实验，然后提交实验报告，教师依据报告的内容给予成绩评定。《嵌入式操作系统》是一门综合性和实践性比较强的课程，用通常的机考、笔试等方式，要求在限定的短时间内完成考核存在一定的难度，因此考核方式应该多样化。将考核与教学方法相结合，对于课内实验，要求在固定时间内完成命题，这类命题一般为设计验证性的实验和难度偏低的内容；对于课外实验，考核命题可以由教师指定范围，学生自己拟定题目的方式。对于参与项目的学生，可以由项目负责人给予成绩评定。考核过程采用答辩和文字描述相结合的方式，学生提交实验报告或者设计报告，教师通过提问的方式来考核学生完成报告的程度。考核的最终成绩可以由以上3个方面来进行综合评定。

6结语

高校教育必须面向市场，不断地进行教学改革，提高教学质量。计算机专业更是一个较前沿的专业，新的概念和技术不断出现，《嵌入式操作系统》就是在物联网的新形式下开设的一门课程。鉴于嵌入式设计将操作系统和应用软件一体化的特点，《嵌入式操作系统》实践教学更要加快研究步伐，不断探索，实验内容通常每学年做一些修订，三年左右做一次较大修订。只有不断地改革《嵌入式操作系统》课程的实践教学环节，才能更好地培养动手能力强的学生，以适应物联网市场的人才需求。

参考文献参考文献：

[1]张莉莉.嵌入式操作系统课程教学探讨[J].软件导刊，2012（12）：190-191.

[2]罗蕾.嵌入式实时操作系统及应用开发[M].第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2011.