時間：2023-11-27 10:11:42
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前言：所謂的物聯網就是將所有信息通過信息傳感器等設備與互聯網連接起來，實現智能化識別和管理的一種概念。通過物聯網的結合，各學校中的嵌入式系統教學有了更廣闊的發展空間，同時各界也對此提出了更高的要求。
一、物聯網概念及與嵌入式系統教學的關系
（一）物聯網概念
物聯網是基于互聯網與傳統電信網之上的信息承載體。我國在上世紀末開始了物聯網的研究與開發，屬于世界前列的研究國家。物聯網的開發，為傳統思維開辟了一條新道路，傳統的思維是將物理基礎設施和IT基礎設施分開，而在物聯網中，會將物理基礎設施與計算機設備技術整合連接。物聯網也是一種網絡概念，是與互聯網相互依存的一種網絡事物，沒有互聯網的依托，物聯網無從談起。
（二）物聯網與嵌入式系統教學的關系
學校開設的物聯網課程，是為滿足社會對物聯網專業人才的需要。計算機專業的嵌入式系統是一門重要的專業課程，隨著物聯網技術的發展，嵌入式系統融入了物聯網中，并且成為了物聯網用中可實現感知和控制所不可缺少的平臺。
二、物聯網對嵌入式系統課程教學的影響
現在高校中的嵌入式系統教學并不是一個基礎教學，而是需要建立在數字電子技術、計算機程序設計、計算機組成原理、微機接口等其他課程基礎之上的一門學科。目前我國大部分院校中嵌入式系統教學大體分為兩大類：硬件類與軟件類。隨著嵌入式系統的應用范圍逐漸擴大，軟硬件程序也相對復雜化。由于高校中設計的課程是根據學生的專業方向來考慮，因此，計算機專業中的嵌入式系統課程受到了課時的限制，然而嵌入式系統的設計知識更新迅速，與各種高科技都有相同性，需要緊跟產業的發展，不斷的更新教學內容，提升學生的技術。但由于受到了課時的限制，嵌入式系統教學并沒有及時根據應用發展來改變教學內容及教學思路。嵌入式系統是計算機技術、控制技術和單片機技術等技術相結合的一個綜合系統，特點是其體積小、集成功能強、外接口多，在工業、通信、電子、便攜設備等領域都得到了廣泛的應用。高校中的嵌入式系統課程主要是培養學生嵌入式系統軟件開發的初級能力，隨著物聯網的發展，物聯網進入到了嵌入式系統學習中，讓學生從“單機”轉變成“互聯”，從“個體智能”轉變到“群體智能”。因此，嵌入式系統專業的學生或設計人員，基礎知識非常重要，但同樣重要的是，必須通過基礎知識不斷的學習新技術、新挑戰、新要求，這便需要物聯網應用系統，對于高校來說，面向物聯網的嵌入式系統教學是種發展趨勢，需要對嵌入式系統教學的教學內容和方式及時做出適當調整，提高課堂效率，提升學生技術水平，使課程應用性更強。
三、嵌入式系統課程實驗教學方法的改革
隨著嵌入式計算技術的發展，硬件成本逐漸降低，軟件成本逐漸提高，而軟件的應用作用與地位也非常重要。
（一）理論性教學意義
高校中的嵌入式系統理論教學的目標是對嵌入式微處理器、嵌入式操作系統和嵌入式系統的應用、方法，加入到嵌入式系統的基礎開發技術。一般課程布置在15課時左右。嵌入式教學的主要課程內容有：嵌入式系統理論概述、ARM內核嵌入微處理器、嵌入式操作系統、嵌入式系統應用。
（二）面向物聯網的嵌入式系統實驗教學
1.層次化實驗
嵌入式教學明確了教學方向，通過理論學習的基礎，進一步提升動手實踐能力。一般的嵌入式實驗開發平臺都包括以太網接口、GPS算逑定位系統接口、CAN總線接口等。通過這幾個接口和物聯網的應用背景，可以設計出三種不同層次的設計。這三種實驗層次由淺入深，分別應對不同的實驗項目，其組織形式也不同。如表1所示。
2.項目實踐環節
項目實踐環節能夠提高學生的動手操作能力，通過課堂分組教學，將物聯網網關設置成不同題目，分別交給各個小組進行模擬實踐開發。比如“GPS數據采集與處理”的實踐，需要通過將nC/OS操作系統移植，將多重任務從GPS接口中讀取數據，并制成UDP數據包，通過網絡進行傳送。這期間，學生分別負責各部分，不僅在實踐中學習技術，還能夠提升學生的合作性。物聯網網關硬件如圖2所示。
學生通過物聯網項目的實踐模擬活動，開闊了學習的視野、擴展了學習內容，在學習與實踐中，能夠更好的運用，并且提升了學生的興趣愛好及團隊合作精神。在學生畢業設計或結課設計中也布置相關實踐內容，讓學生能夠自主學習、自主探索，為日后的就業打好基礎。
結論：物聯網的發展與嵌入式教學的相結合，將嵌入式教學的內容更加完善、實驗更加具體，擴展了學生的知識面，教師在理論授課中加入物聯網技術知識，讓學生充分了解物聯網的嵌入式系統知識，并通過實驗課程進行層次化設計實驗，實驗課程需要循序漸進，由淺入深，先擴充基礎，在激發興趣，最后實現高層次的實踐技術，為學生的學習與就業作出相應貢獻。
科學技術的迅速發展，信息技術也隨之崛起。物聯網技術是本世紀最有發展前途的信息技術之一。網絡通過各種方式將越來越多的“物”接入其中，加大了信息之間的交流、互換、利用以及傳輸功能。隨著各種“物”加入，網絡逐漸壯大，在壯大的同時，越來越多的復雜問題也隨之產生。網絡的壯大對我們的新信息技術構架以及信息理論提出了更高的要求。
物聯網是信息技術的產物，剛崛起不久，所以國內和國外對物聯網技術的研究與開發都還在起步階段。近幾年來，我國研究人員不斷對物聯網各方面的信息技術進行研究和探索，取得了很大的成就。
1.嵌入式系統
近年來，信息技術發展迅速，人們對信息技術的要求越來越高，對信息技術的產品也越來越關注，通常消費者都把產品應用的系統當做選擇產品的指標，在我們的生活，隨處都是嵌入式系統產品，比如微波爐、電腦、手機等產品。隨著嵌入式系統技術的發展，嵌入式系統逐漸廣泛應用到各個領域當中。可是人們對嵌入式系統的了解甚少，嵌入式系統的構成，離不開計算機和嵌入性以及專用性這三大基本要素。
嵌入式系統是硬件和軟件的結合，用來控制、監視，幫助裝置、設備以及機器運行的一種裝置，也可以說是包含了所有機械的附屬裝置。
嵌入式系統是一種在對象體系里嵌入，對技術、功耗以及體積和可靠性都有很嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統是一種在應用系統里進行嵌入的技術。嵌入式系統把計算機當做處理信息的部件，將實際工程中的應用內容作為中心，傳統計算機技術作為基礎技術，然后根據應用對象的特點，對軟硬件進行裁剪，從而使軟硬件滿足應用系統對軟硬件功能的要求。嵌入式系統技術可以對物體的信息進行感知和處理以及傳輸，使得物體智能化，擁有一些感知、計算、執行能力，使物體與網絡進行連接，從而實現物物和人物對話。物聯網急需嵌入式技術系統的支持。
2.物聯網
隨著互聯網的廣泛應用，我國信息產業不斷迅速發展，物聯網獲得了廣大的發展空間。在我們日常生活中，很多行為活動的實現都離不開物聯網。
物聯網是利用專門的技術在互聯網上實現物物連接、信息通信。物聯網是對物品進行智能化管理和操作的網絡。
物聯網技術通過融合多種已有技術而成，最主要的融合技術有EPC以及RFID技術。物聯網的結構一共包含了三層，分別是感知層和網絡層以及應用層。最底層屬于感知層，感知層主要用到的技術是二維碼和RFID以及傳感器等技術，主要任務是將與物有關的信息采集起來，這些信息主要指的是用與傳感器和攝像頭等有關設備所采集的相關信息，然后將采集到的信息用無線或者有線傳輸技術傳到網關設備當中。中間層屬于網絡層，網絡層需要用到的技術主要有無線傳感器和移動通信以及互聯網技術，網絡層主要是將和物有關系的信息進行可靠、安全的傳輸和處理，一般由一些專用網絡或互聯網、通信網充當。最高層屬于應用層，應用層主要作用是提供感知信息服務給手機和電腦還有某些終端設備。
3.嵌入式系統與物聯網的聯系與區別
嵌入式系統與物聯網之間既有區別，又有聯系，從功能的角度來看，物聯網有傳輸、處理和交互的功能，將通用系統和多種專用系統集于一體。嵌入式系統指的是嵌入對象體系的專用計算機系統。二者相比較而言，嵌入式系統的的功能更具有針對性，主要是實現具有單一特性的功能。嵌入式系統的功能包含于物聯網的功能中，隨著嵌入式系統技術的發展，嵌入式系統的功能越來越復雜，已發展成可以直接將物聯網技術融入其中。
在技術上，嵌入式系統和物聯網所融合的技術很相像，而且嵌入式系統包含于物聯網技術中，很多方面的技術都必須有物聯網技術，但不一定含有嵌入式系統。
所有可以加入智能處理信息技術以及提升系統通信能力的設備的嵌入式系統都可以應用到物聯網當中，嵌入式系統和物聯網的相似度非常的大，只有標簽識別模塊是嵌入式系統所不具備的。
4.嵌入式系統應用于物聯網
從技術的角度看，嵌入式系統技術推動了物聯網的發展，嵌入式系統技術對物聯網技術的發展發揮了很大的推動作用。兩個互相連接的事物，必須存在智能這一特點，才能達到物物連接的目的，嵌入式系統技術有效的將計算機與物進行連接、融合，使得物擁有了將信息進行交換的能力。從專業的角度來看，物與物的連接實際上是嵌入式系統的終端將效果發揮出來的結果，實際上，物聯網是由智能終端形成的網絡化形式。
主要有傳感器技術、RFID技術、智能技術和標準化技術四種技術將嵌入式系統應用于物聯網中體現出來。
4.1 嵌入式智能傳感器技術的應用
物聯網需要利用傳感器技術才能將物物連接的功能實現，智能化傳感器技術輕松的將物物連接功能實現。智能傳感器技術是近幾年發展起來的新型技術，由于嵌入式技術的支持，智能傳感器技術發展迅速，逐漸被廣泛應用。智能傳感器有計算、通信和判斷等功能，它的通信功能不僅可以與互聯網相連，還可以與2G或者3G網絡通信，對實現物聯網的通信功能起著非常重要的作用。
4.2 嵌入式RFID技術的應用
感知節點是物聯網的一個關鍵位置，這一關鍵位置融合了傳感器和嵌入式等技術，尤其是對RFID技術的融合。
可將RFID系統分成兩大部分，分別是閱讀器和標簽，每個標簽都有一個唯一標識碼，然后把標簽安裝于物體上，閱讀器的作用是發射專門的無線信號將電路上的標簽觸發出來，然后讀取標簽上的標識碼。電子標簽不需要額外電量，大大降低了制造成本的同時還減小了標簽體積，大大方便了物體運輸。RFID系統可以很好對物體進行跟蹤和檢測，所以物流、醫療還有交通等行業都會廣泛應用這一系統。
借助嵌入式系統實現的RFID系統，有低耗能化、物聯網經濟和微型化的特點，對物聯網的功能實現起著非常重要的作用。
4.3 嵌入式智能技術的應用
嵌入式智能技術可以隨著外界環境因素的變化而使物體產生相應的變化，嵌入式智能技術的這一特點在智能家居安防系統中廣泛應用。
家居安防系統由四個主要部分組成，分別是通信、智能主機和探測器、控制器。探測器可分人體探測和手動遙控、圖像采集等。主要用于對室內的異常情況進行探測，然后將探測出的信息輸入智能主機，智能主機按照原定的處理規則對信息進行判斷和處理，將處理出來的信息發送給相關人員，讓相關人員及時對異常情況進行處理。
5.結束語
隨著物聯網技術的迅速發展，對嵌入式系統的依賴越來越大，為了能推進物聯網的進一步發展，離不開嵌入式系統的支撐，嵌入式系統融合入物聯網中，為我們的生活和工作帶來了更多新產品和更優質服務。
參考文獻
[1]何立民.從嵌入式系統視角看物聯網[J].業界論壇， 2012.
答：回顧計算與應用的三次發展浪潮，第一次浪潮始于大型機時代，產生于上世紀80年代。第二階段以PC機為主，始于上世紀90年代初，由于PC互聯，誕生了互聯網。第三個階段是無處不在的泛在計算，產生了物聯網。
但物聯網的成熟還要有個過程，估計需要一二十年才會有相應的應用模式。首先，90年代末，我們談論嵌入式系統（后PC），2009年提出了智慧地球、物聯網。預計應該再過七八年才會出現今天互聯網一樣的成功商業模式。
我們可以回顧第二次浪潮是怎么走過來的：PC機出現十年后才有了互聯網；Yahoo開創了互聯網運營的成功商業模式，后來Google和阿里巴巴等成功運行了這種商業模式，前后歷時十左右。因此要誕生一種成功的商業模式需要時間。在物聯網發展中，首先要發現物聯網的雅虎，找到成功的商業模式。
問：物聯網為嵌入式系統帶來哪些機會？
答：物聯網包括感知層、網絡層和應用層。實際上，最下面的感知層在物聯網產業鏈里只占8%，感知層包括RFID、傳感器等物理設備。網絡層，即系統集成的費用、價值只占20%～30%。因此，物聯網里硬設備/看得到的東西在產業鏈里只占30%～40%，真正的產業效應是在應用和服務，即軟件產業上。可見，物聯網產業不是生產型的產業，而是信息服務的產業，這是物聯網的本質。例如，提出智慧地球的公司不是芯片公司，而是做信息服務的IBM公司。
問：物聯網有哪些關鍵技術？
答：物聯網是信息和物理的融合。美國把CPS（信息融合物理系統， Cyber-Physical Systems）作為計算機的一個顛覆性的革命而提出來。因為現在有了計算機，它的處理對象是數字的。而物聯網/CPS要處理的對象是連續的，跟時間有關，原有的計算體系實際上已不適合物聯網/ CPS。
問：CPS有何特征？
答：CPS融合了3C：計算、通信和控制。尤其控制很重要，因為所有的設備都要控制，因此需要嵌入式系統。
但是難點有幾個：⒈對象現在不是靜態的，而是動態的。⒉嵌入式設備要連起來，這不是一件簡單的事情。很多人一定還記得，比爾蓋茨在90年代末曾提出了維納斯計劃，要實現智能家庭/智能冰箱/智能洗衣機等聯網，最后以失敗告終。這其中有兩個原因，第一是不合時機；第二，一些設備本身不具備聯網、瀏覽器等功能。這怎么辦？人們在總結了這些功能之后，就提出了信息平臺的中間件OSGi（Open Service Gateway Initiative）架構，由眾多公司和機構組成了開源組織——OSGi聯盟，針對汽車電子、家庭網絡、移動設備和工業環境等特定領域的與互聯網連接的中間件。
問：成功的物聯網應該是什么樣？
答：必定有一朵“云計算”；否則將會是一堆廢銅爛鐵。同時，云計算要有地上具體應用的對象；否則將是一朵浮云。
目前云計算已在日本落地。汽車已成信息終端：通過云計算平臺GAE（Google App Engine） 實現汽車遠程信息服務；還有新型急救醫療系統、電力銀行和電影院的實況轉播等。如果物聯網沒有后面的云計算，也就沒有后面的60%、70%的真正的應用，同樣道理，如果云計算不落地，永遠只是一個流云。日本自認為有三朵云落地—車聯網、智能電網、混合云。所以物聯網和云是分不開的。
嵌入式系統新理念——Smart System
問：有的公司的戰略叫Smart System，有的叫Intelligent System，它們有區別嗎？
答：都是一樣的。2011年4月，Intel、微軟、通用汽車、高通、飛思卡爾、ARM、TI和三星等公司在舊金山聯合成立了“Smart技術世界”。Smart system（智能系統或智慧系統）的特點是：⒈處理器不是我們以前用的最簡單的8位處理器了，而是32位處理器或SoC。⒉內含高層次的嵌入式操作系統。⒊有聯網功能，徹底解決原先嵌入式系統的孤島現象。
新理念帶來新技術
問：這會對嵌入式系統帶來哪些新的技術革命？
答：嵌入式設計要從面相對象到面相角色轉變，物聯網的計算是跟時間有關的。第二，需要軟硬件協同設計技術。第三，需要嵌入式軟件建模、自動分析和驗證技術。
問：難點是哪些？
答：嵌入式系統是面向特定應用的專用系統。因此，可用軟硬件協同設計把該特定應用的多余的軟硬件裁減掉，其中也包括OS。
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）24-0101-02
隨著現代電子制造水平和網絡技術的飛速發展，嵌入式系統已經成為汽車電子、家電控制和消費類電子等產品的重要組成部分，由于其硬件部分體積小、價格便宜、集成度高，并且軟硬件都可以進行“按需定制”可裁剪，嵌入式系統有著十分廣闊的發展前景。
同時嵌入式系統中的無線通信技術、傳感器技術和自動化系統控制技術的日益成熟，把傳感器得到的各種數據，通過互聯網的手段傳輸出去，使得世界的聯系從人與人的聯系，逐步轉變成物與人的聯系，物與物的聯系；使得現實世界與信息網絡更加的緊密結合。通過物聯網項目的開發，更好的促進嵌入式系統作為物聯網項目的載體的教學和改革工作。
1嵌入式系統教學的現狀
關于嵌入式系統教學過程中的課程定位、相關先導課程與基礎知識的準備、教學內容（包括硬件平臺和軟件平臺）的選擇、實踐教學與實踐環節組織等問題，在目前，仍然存在爭論和探索。本環節就以下幾個方面進行分析：
1）嵌入式系統的課程定位
由于各個院校對于嵌入式系統的課程定位的不同，不同的院校對于本課程的應用方向也不同。有的院校更加側重于底層硬件和系統文件的裁剪，偏向于基于單片機的應用；有的院校更加側重于嵌入式系統的應用，偏向于軟件開發與調試。
2）嵌入式系統教學的先導課程
基于上述不同院校之間課程定位的不同，嵌入式系統課程的先導課程也有所不同，針對偏硬件設計方向的，硬件電路設計作為重點。針對偏軟件設計方向的，則是把程序設計語言作為重點。
3）嵌入式系統教學的學時分配
不同院校的不同專業對于嵌入式系統課程的要求不同，有的專業是作為專業核心類課程，有的專業是作為專業通識類課程，有的專業是作為專業選修類課程。因此，對于嵌入式系統教學的學時，有著很大的不同。
4）嵌入式系統教學內容的選擇
嵌入式系統課程由于對前期課程的要求較高，同時現有教學內容中，理論偏多，各種概念和模型較難理解，學生動手去實踐相對較少，學生學習起來非常抽象和枯燥，無法形成自己的知識體系結構，缺乏直觀性，因此學生學習積極性會隨著課程的深入，逐步降低。
同時嵌入式系統教學需結合教學平臺設備來進行開展。在現有市場上，嵌入式系統教學平臺種類繁多，并且配套的軟件操作系統也有所不同，不同院校都根據自身的實際情況進行相應選擇。
2嵌入式系統教學組織
根據本學院“5-3-3”課程體系構建的思想，再結合江蘇省蘇州市吳江區地方經濟具體特點的基礎上，以近年來國際工程教育改革CDIO工程教育模式為思路，將構思、設計、實現和運作貫穿在整個課程體系之中，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，結合物聯網的發展，在不同的行業、企業及應用背景下，將物聯網的項目案例，和嵌入式系統的課程體系融會貫通，強調職業教育教學行動的過程屬性，將典型物聯網產品設計案例引入到教學中并進行重構，編排模塊化課程教學內容，組織教學過程。使得學生通過本課程的學習，不僅能了解嵌入式系統的基本原理和設計方法，同時能對嵌入式系統中的ARM體系結構、ARM指令系統進行應用，選擇嵌入式Linux操作系統根據不同的需求進行相應的裁剪、交叉編譯開發和移植應用，同時根據學生的實際情況進行應用程序和驅動程序開發，服務地方經濟。
3傳統教學中存在的問題
傳統教學過程中通常以教師講授為主，以教材對應章節和知識點作為講授單元，理論基礎和實踐環節分離，無法做到“理實一體化”。在有限的課程授課時間內，設置與教學內容配套的實踐環節，通過課后實踐來強化教學內容，激發學生創造性的能力比較有限。
嵌入式操作系統選擇非常多，在嵌入式系統應用中常用的軟件中間件，比如網絡協議棧、嵌入式平臺下的根文件系統和數據庫管理系統、媒體壓縮與解壓縮庫、各種加密算法與協議等，更是令人眼花繚亂。
同時，作為授課對象的學生，由于來自不同的專業方向，前導課程的基礎知識參差不齊。具體表現為：電子類專業方向的學生，軟件基礎較為薄弱，計算機類專業方向的學生，電路與硬件基礎弱。
4基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學
以職業崗位能力為主線的高職教育體系需要構建項目化教學課程體系，同時在物聯網技術快速發展的大背景下，嵌入式系統的課程體系確實應當有所調整，以適應時代的發展和社會的需求。
項目驅動教學的理念認為：學生知識的積累和構建，是在一定的條件下自主構建而成的；學習是知識、技能與行為、態度與價值觀等方面的長進。
同時，以企業中真實的生產、研發和具有實際應用價值的案例作為教學內容的選擇，要求學生能夠通過自身的特點，獲取相關的資訊，指定真實的計劃，通過自身的決策和實施，并且進行檢查和互查來對項目進行評價。
1）項目的具體構建
將嵌入式系統教學課程知識點進行碎片化和重組，以本院的校企合作單位物聯網智能家居企業真實案例為基礎，將整個教學過程以項目的形式開展教學，再將物聯網智能家居項目中分成相應子項目，對相應子項目再進行具體的任務分解。在整個過程中，要求學生能夠以教學主體的身份參與進來，對真實案例從總體上進行把握，明確學習和構建的內容。
2）項目驅動教學組織形式
本院該課程在采用小班化教學的基礎上，對學生進行項目分組，將4～5名學生分配到一個項目團隊。在不同的項目中扮演企業開發過程中的不同角色，同時在不同的子項目中，學生的角色進行輪轉或互換，使得學生在完成本課程的學習之后，能對項目開發的整個過程相對熟悉。
學生在不同的子項目中，可以對項目團隊的不同角色進行體驗，根據自身的實際情況，為更好的走上工作崗位，融入企業項目團隊做準備。
3）具體項目教學的實施
在每一個具體項目教學的實施過程中，以本院的2014級計算機應用技術專業為例，該專業有40人，將學生以5個學生為項目小組進行分組，共8個小組，根據學生的學情和實際情況進行項目任務書下發，將CDIO中的構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）融入進來。
以物聯網智能家居企業真實案例中的智能窗簾子項目為例，通過任務分解，如下圖所示，可以分為嵌入式Linux系統裁剪、直流電機控制、交叉編譯、驅動文件加載和嵌入式平臺下移植應用等五個子任務，同時針對模塊化教學，進行相應學習情境設計和教學方案設計，整合現有教學內容，使得老師的教和學生的學都體現項目驅動模式下理實一體化的緊密結合。
首先要求每個項目小組的學生進行項目分析，將構思（Conceive）采用行動導向中資訊的形式展現出來，給出工作任務，提出任務要求，要求學生應當把前導課程以及已做過的項目中已掌握的知識點和即將開展的項目中需要的知識點進行融合，使得學生溫故知新，同時也學會綜合運用新舊知識的技能；其次要通過實踐的方式，項目和任務必須能夠通過實踐來完成及驗證。
對于設計（Design）則要求學生在項目小組中指定相應計劃，安排時間進度。
而實現（Implement），要求各小組通過決策和實施的方式，分別提出完成該項目的設計方案說明書，每個小組推選1名同學上臺進行本組實施方案的具體表述，授課教師與項目小組成員共同討論，進行分析和優化，最終確定相對合理、科學的最佳方案，并進行下一步的實施。
運作（Operate），則是在之前所做工作的基礎上，結合項目方案說明書，對于項目內容對照完成。在項目完成之后，對照最初提出的工作任務要求，逐項檢查項目完成情況。如存在不符的情況，進行分析和修改，直至滿足相應要求。同時要求項目小組內的同學和不同小組的同學進行自評和互評，進行相應總結和考核。
5總結
基于物聯網飛速發展的技術和應用背景，如何精簡嵌入式系統課程的理論教學內容，并擴寬學生的知識面，讓學生掌握設計與思考的方法，重點把與真實項目案例密切相關的內容進行重構與設計，同時進行層次化的實踐設計，在實踐環節中，讓學生真正參與到前沿發展的企業課題和項目中去，這是在嵌入式系統課程教學改革中要研究和具體實踐的方向。
基于物聯網項目驅動的嵌入式系統教學改革實踐教學過程中，學生對于企業項目開發的整個過程更加熟悉，學生參與項目團隊開發的積極性和主動性得到提高，同時，通過項目驅動的學習方法，學生也認識到團隊合作的重要性。項目驅動教學改革的實施，使學生學習的方式發生了很大的變化，學生能夠主動地去學習，更加善于發現問題和思考問題，解決問題的能力也得到了很大提高，學生的專業技能能力得到系統的鍛煉。項目驅動教學改革，為學生自主學習意識的養成和從學校到畢業頂崗實習、就業更好的“無縫”對接提供了保障。
參考文獻：
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中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號文章編號：1672-7800（2013）012-0176-03
作者簡介：張莉莉（1967-） 女，碩士，三峽大學計算機學院講師，研究方向為操作系統、系統結構。
0引言
物聯網是在計算機互聯網的基礎上，利用RFID、無線數據通信等技術，構造一個覆蓋世界上萬事萬物的“Internet of Things”。在這個網絡中，物品能夠彼此進行“交流”，而無需人的干預。物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展。物聯網被正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一。在國家大力推動工業化與信息化兩化融合的大背景下，物聯網會是工業乃至更多行業信息化過程中一個比較現實的突破口，是一個未來新興產業。應這種社會需求，2010年初教育部下達了高校設置物聯網專業申報通知，眾多高校爭相申報。三峽大學計算機科學與技術專業開設了物聯網工程方向，以培養能夠系統地掌握物聯網相關理論、方法和技能，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域專業知識的高級工程技術人才。但是作為一個新興的課程體系，教學內容選擇、實踐環節組織等問題依然處于探索階段。三峽大學將《嵌入式操作系統》[1]作為一門專業基礎課程被列入該專業方向必修課程，和傳統操作系統課程相比，嵌入式操作系統有自己的特點，尤其是實踐環節，本文就《嵌入式操作系統》課程實踐教學部分進行研究。
1《嵌入式操作系統》教學存在的問題
首先，《嵌入式操作系統》是近年才出現的課程，可參考和借鑒的資料不多，各個學校都在探索一種適合該課程的教學模式。
其次，嵌入式系統是個綜合性很強的系統，它涵蓋計算機、通信、網絡、RFID等各方面的技術，那么，作為嵌入式系統開發和執行平臺的操作系統也要體現這方面的特征，而如何體現尚有待進一步探索。
再次，需要更多的經費投入，實驗的開設往往不是一臺PC機器就可以解決的。
2《嵌入式操作系統》實踐教學內容的選定
《嵌入式操作系統》同一般操作系統課程相比有很多獨特之處。一般操作系統都以PC機操作系統為平臺，內容包括進程管理、存儲管理、設備管理以及文件系統等內容。嵌入式操作系統作為嵌入式軟件開發平臺，最終要和應用軟件一起固化在某種設備里，因此，嵌入式操作系統應該是易于裁剪和配置[2]的。如果這種設備要聯網使用，還需具備網絡功能，有的還需要特殊的文件系統，而且在進程和內存管理方面也不能過于復雜，在開設實驗課程時要考慮這些因素。鑒于以上分析，實踐教學內容可從4個方面考慮：
（1）模擬類實驗。主要是通過編寫程序模擬嵌入式操作系統的一些算法。嵌入式操作系統和PC操作系統相比有很多不同之處：嵌入式操作系統要適應多種處理器、可裁剪、輕量型、實時可靠、可固化。因此，嵌入式操作系統在進程管理、內存管理、文件系統、設備管理等方面有獨特算法，可以開設實驗編寫程序模擬這類算法。此類實驗通常作為課內實驗與理論課同步進行，用于驗證理論，屬于驗證型實驗。
（2）分析裁剪類實驗。主要利用免費操作系統，如linux、minix、ucos/Ⅱ等。先分析這些系統內核，再做適當裁剪或增加或替換。由于這類實驗需要編譯內核，所需時間比較長，可以作為課外選修的實驗。
（3）應用型實驗。通過系統調用來完成一些應用，這類實驗可以是驗證性的，也可以是設計類的?？梢愿鶕唧w的應用，設計一個實驗題目，讓學生在理論和驗證性實驗的基礎上進一步擴展。
（4）設計型實驗。主要是設計一個小型的操作系統，這類實驗難度較高，可以作為課程設計類實驗。
三峽大學物聯網方向的課內實驗[1]主要是配合理論課內容而開設，總共8個實驗，一個驗證性實驗，7個設計性實驗，實驗內容如表1所示。
在課內實驗的基礎上，再配以課外實驗[1]，可以提高學生的綜合開發能力，課外實驗可以采用項目方式進行。課內實驗在虛擬機上完成，課外實驗可以在基于ARM芯片的實時系統上開發；課內實驗要求獨立完成，課外實驗可以以小組為單位完成。課外實驗內容如表2所示。
3教學環境與教學方式
3.1教學環境
首先，操作系統的選擇。嵌入式操作系統種類比較多，要根據先行課程和學生的層次選擇不同的操作系統。對于有操作系統背景知識的學生，可以采用較為復雜的系統，如linux；
而對于沒有操作系統背景的學生，可以選擇簡單的操作系統，例如UCOS/Ⅱ。
其次，開發工具的選擇。嵌入式軟件開發需要交叉編譯和交叉鏈接。交叉編譯器的主要功能是將主機上編寫的源程序編譯成可以在目標機上運行的代碼。教學環境可以是仿真環境[2]或者是真實環境。仿真環境有嵌入式軟件集成開發環境，例如lambdaTOOL，這個集成開發工具可以支持多種嵌入式操作系統，如linux或者ucos等操作系統，也支持32位的嵌入式處理器。該工具有面向教學的免費版本，利用這種工具進行實踐教學的好處就是有一臺PC機器即可，在實踐教學經費缺乏的情況下是一種比較好的選擇，對于初學者來說也是一款很方便的工具。
真實環境除了PC機器之外還需要開發板，在PC機器上編譯、開發板上執行，這種環境可以鍛煉學生的動手能力。真實環境開發工具和開發板有關聯，這類開發工具一般有與相關開發板芯片配套的開發環境，可以針對這種開發環境設計實驗內容。
3.2教學方法
過去常用的教學方式是配合理論教學開設課內實驗，這類實驗課時有限，每個實驗偏重某個知識點，實驗內容事先設定好，學生在開發板上一個一個地驗證。這類實驗缺乏系統性，做完后，學生缺乏完整概念，而且，這種按照指導書按部就班完成實驗的方式，也缺乏創造性。對于《嵌入式操作系統》這門課程，單一地采用這種方式并不合適。
《嵌入式操作系統》實踐教學可以采用多種方式，如課內課外實驗相結合、驗證性實驗和設計性實驗相結合等。課內實驗開設應用型且學生在短時間內容易接受的實驗，這類實驗用于訓練學生的基本技能。課外實驗通過課程設計、大型作業等方式，要求學生開發一個小型的系統或對已有系統進行裁剪或修改。課外實驗在時間上沒有課內實驗的限制，可以開設綜合性的實驗。
此外，還可以采用項目驅動式教學，如果有這個條件，可以讓學生參與一些項目的開發，將科研與教學結合起來。
教學手段可以采用多媒體教學與網絡輔助教學相結合的方式，多媒體教學用于面授，網絡用于課外自學。《嵌入式操作系統》課程需要較強的理論知識，更需要在實踐環節加強訓練。多媒體教學可以作為實踐教學環節的準備，形象、生動地將一些抽象的概念具體化，讓學生有一個感性的認識，模擬一些在使用操作系統時看不見的過程，加深學生對知識的理解。
網絡教學手段能夠彌補課程教學的不足?？梢猿浞掷矛F有的校園網資源開發一個網上答疑系統，學生與學生、學生與教師之間可以隨時“交談”，改變以教師為主的教學方式，轉向以學生為主的教學方式。也可以嘗試大規模網絡開放課程（Massive Open Online Courses），這是一種依托互聯網的教學模式，與傳統的教學模式有很大差別，它在線提供課程教學的全過程，包括微證書的管理，是一種新型的適合高校教育的模式。在這種模式下，教室成為學習會所，教師在“云”端授課，可以不拘泥于場所、時間等因素，甚至可以讓學生自行選取學習的內容。這個正好與《嵌入式操作系統》課程內容相吻合，因為嵌入式系統所涉及的領域十分廣泛，在做教學計劃時，將方向定在什么領域也十分困難，可以讓學生自行根據愛好和市場需求制定學習模塊，利用開放課堂進行學習。目前，全球比較成規模的MOOCs三大平臺是Coursera、Udacity、edX，可以依托這些平臺，建設《嵌入式操作系統》課程資源。
4教材
目前，《嵌入式操作系統》實踐系列的教材還不多見，筆者推薦《嵌入式實時操作系統及應用開發》配套的實驗方案[2]。該方案有兩套，一套是利用仿真系統開發實驗，工具是利用免費的開發環境Lambdatool，另一套是利用某種嵌入式微處理器開發的嵌入式軟件交叉開發實驗系統，也可以自行編寫。
5考核方式
《嵌入式操作系統》課程教學考核方式應該多樣化。傳統的考核方式一般是學生按照事先設定的內容完成實驗，然后提交實驗報告，教師依據報告的內容給予成績評定?！肚度胧讲僮飨到y》是一門綜合性和實踐性比較強的課程，用通常的機考、筆試等方式，要求在限定的短時間內完成考核存在一定的難度，因此考核方式應該多樣化。將考核與教學方法相結合，對于課內實驗，要求在固定時間內完成命題，這類命題一般為設計驗證性的實驗和難度偏低的內容；對于課外實驗，考核命題可以由教師指定范圍，學生自己擬定題目的方式。對于參與項目的學生，可以由項目負責人給予成績評定?？己诉^程采用答辯和文字描述相結合的方式，學生提交實驗報告或者設計報告，教師通過提問的方式來考核學生完成報告的程度?？己说淖罱K成績可以由以上3個方面來進行綜合評定。
6結語
高校教育必須面向市場，不斷地進行教學改革，提高教學質量。計算機專業更是一個較前沿的專業，新的概念和技術不斷出現，《嵌入式操作系統》就是在物聯網的新形式下開設的一門課程。鑒于嵌入式設計將操作系統和應用軟件一體化的特點，《嵌入式操作系統》實踐教學更要加快研究步伐，不斷探索，實驗內容通常每學年做一些修訂，三年左右做一次較大修訂。只有不斷地改革《嵌入式操作系統》課程的實踐教學環節，才能更好地培養動手能力強的學生，以適應物聯網市場的人才需求。
參考文獻參考文獻：
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lP授權，已經成為國內嵌入式系統設計領域追趕國際先進水平的捷徑，因此，如何充分利用lP授權對嵌入式系統企業顯得尤為重要，本次論壇的主題也圍繞此展開。首先，ARM高級戰略業務經理馮成先生帶來的演講以“未來在你手中－ARM，數字世界架構提供商”為主題，詳細介紹了ARM處理器核的最新發展趨勢。另一家處理器lP和架構授權廠商MIPS公司中國區市場總監費浙平先生則從“走進MIPS”談起。深入分析了MlPS這個優雅的處理器架構能夠給客戶帶來的優勢。那么如何將這些lP核應用到實際嵌入式產品中并加以應用呢?飛思卡爾半導體產品經理劉素艷女士通過介紹最新基于ARM Cortex－M4 Kinetis微控制器的特點，深度分析了如何將lP授權和自身開發與服務有機結合，創造出基于通用IP的具有個性化功能的差異性產品。
進入21世紀以來，嵌入式系統是半導體應用中擴展最快的一個，Embedded iseverywhere正在成為可能。物聯網是國家正在大力倡導的“十二五”戰略性新興產業之一，嵌入式系統在物聯網應用中有著極為光明的發展前景。本次論壇特別邀請陳章龍教授就“嵌入式系統與物聯網”與現場觀眾進行深入交流，分析了物聯網這個目前最熱門技術的現狀和未來，以及賦予嵌入式系統的機遇。特別是在信息融合物理系統(CPS)以及物聯網和云計算的融合等方面，嵌入式系統將發揮極為重要的作用。
會議的另一個部分是《電子產品世界》“2010年度嵌入式系統編輯推薦獎”頒獎典禮。作為本次評獎的指導單位，中國計算機學會嵌入式系統專業委員會主任、北京大學信息科學技術學院張興院長在致辭中談到，嵌入式系統作為一個重要的學科，在我國電子產業發展中有著極為重要的戰略意義，《電子產品世界》的“嵌入式系統編輯推薦獎”多年來一直致力于推廣嵌入式系統技術在國內的普及，這也正是中國計算機學會嵌入式系統專業委員會所希望媒體做到的。張興院長、陳章龍教授以及《電子產品世界》陳秋娜社長和王瑩主編作為頒獎嘉賓，現場頒發了“2010年度嵌入式系統編輯推薦獎”獎牌，并與20家獲獎企業代表合影留念。
每年一度的IDF大會被看作是英特爾和行業的風向標。此次IDF的一個關鍵主題詞是“嵌入式”,在持續兩天的會上,英特爾的高管們雄心勃勃地向人們描述了嵌入式市場的美好前景。
英特爾在嵌入式領域已經深耕細作了30多年,此次高調重提這個在IT行業中早已沒有新鮮感的詞匯,無法不引起人們的好奇和關注:英特爾準備向這個經過深思熟慮后選擇的“舊瓶子”里裝什么“新酒”?
大勢所趨
“互聯網正在經歷其發展的第四個階段――嵌入式智能互聯,這實際上正是物聯網概念所真正追求的,是把物物之間、人機之間賦予智能化的計算和互通能力,而并非只是簡單傳感芯片上承載的有限信息?！庇⑻貭柤軜嬍聵I部副總裁、嵌入式與通訊事業部總經理道格拉斯?戴維斯在峰會上表示。
這位英特爾的高層管理人員在接受采訪時指出,未來IT技術的發展方向必然是與其他行業進行融合,軟硬件與服務結合的嵌入式解決方案,將幫助汽車、冰箱、洗衣機、電視機甚至鞋帽衣物獲得智能互通的能力。
此前,英特爾曾經預測,到2015年全球將有150億個嵌入式計算設備與互聯網連接。全球嵌入式市場超過3000億美元,其中手持設備有1600多億美元,新興的3D電視、汽車電子、智能家電、物聯網和智能交通基礎設施都會出現快速增長。
在這個進程中,中國尤其突出。據了解,全球嵌入式市場的年平均增長速度是31%,中國則達到49%。中國政府正在大力發展高科技,是全球首個推出物聯網和三網合一國家政策的政府。
這對英特爾來說是絕佳的機遇。戴維斯透露,2010年英特爾在中國市場將布局四大領域:一是持續關注地方基礎設施建設以及產業優化改造;二是內需市場中的汽車消費、零售業等重點領域;三是更加積極地參與3G移動通訊市場;四是抓住上海世博會和廣州亞運會的高科技商機。
高歌猛進
從英特爾歷史上第一款處理器誕生以來,它與嵌入式已經結緣了30多年,在30多個細分市場擁有3500家客戶?？梢哉f,目前幾乎所有PC形態的嵌入式產品,都被它主導的X86處理器架構統治著。
然而,在移動互聯網迅猛發展的形勢下,PC已不再是應用的主角?！按钶d嵌入式解決方案的眾多隨身設備才是未來個性化互聯網時代的主流載體?！贝骶S斯說。顯然,英特爾未來的嵌入式戰略也不再單純基于PC。
巧合的是,就在2010IDF召開的同時,英特爾公布了其2010財年第一季度財報。財報顯示,英特爾第一季度凈利潤為24億美元,比去年同期增長288%。
這是一份超乎分析師預期的報表。英特爾在其財報中分析稱,此次業績提升的原因在于手機芯片業務的營收表現強勁。
把這份報表和“到2015年互聯網計算用戶的數量將會再增加10億”的預測放在一起考慮,不難理解英特爾重視移動互聯網的原因。
被視為英特爾目前三號人物、公司執行副總裁兼全球架構事業部總經理浦大地描繪了英特爾在嵌入式市場的未來:在“酷?！?、“凌動”架構下,覆蓋所有應用領域,其中,“至強”系列處理器將集中于服務器領域,而“凌動”則將全面滲透上網本、智能本、智能手機、車載信息系統、醫療系統等領域。
作為“嵌入式”系統的硬件平臺。“凌動”在上網本市場已取得巨大成功,出貨已達4500萬片。不過,在英特爾的戰略中,“凌動”平臺的戰略意義遠非開啟上網本市場那么簡單。
英特爾全球副總裁、軟件與服務事業部總經理詹睿妮透露,“凌動”將進入更多設備,除上網本、智能手機外,也正在進入互聯網電視市場。據悉,基于“凌動”的全新消費電子產品將在今年第四季度正式推出。
這意味著,英特爾正在“全面嵌入化”。
為了展現英特爾嵌入式戰略的與眾不同,戴維斯在其主題演講中,干脆將一輛華泰元田B11轎車開上了舞臺。這是中國第一輛在汽車生產制造流程中采用基于英特爾“凌動”處理器的車載信息系統的轎車。
戴維斯強調:“盡管芯片依然是個性化互聯網的重要技術驅動,但英特爾要做的不僅僅是把芯片放到上網本或手機里,而是要像蘋果那樣販賣服務,互聯網世界里英特爾的新定位是橫向整合產業鏈的平臺服務商?！?/p>
同時,戴維斯還透露,英特爾正在攜手諾基亞推動基于Linux的MeeGo操作系統,該系統專為上網本和智能手機等便攜設備設計,還可用于車輛和電視上網等非桌面平臺?！拔覀優榇诉€推出了嵌入式設計中心網站和IOH合作伙伴計劃,著力打造一個開放的產業鏈交流與合作平臺?！?/p>
苦澀與甘甜
事實上,在移動互聯網市場,除了現有的筆記本和上網本,英特爾在手機、消費電子、機頂盒、車載娛樂系統甚至MID等領域,都不是目前的領導者。2006年,英特爾還無奈地將虧損多年的手機應用處理器xscale賣掉。
英特爾的難題在于:第一,PC處理器架構的功耗、成本較高,用在上網本及手機上,兩三個小時就沒電;其二,市場上操作系統過多,在轉向移動互聯網的過程中需要重新選擇合作陣營。
對于一直被詬病的功耗問題,目前英特爾“凌動”架構已經改善很多,過去ARM有一定優勢,但現在英特爾與ARM旗鼓相當。
在合作伙伴的選擇上,過去英特爾與微軟稱兄道弟,被認為是“Wintel”聯盟。不過近幾年,英特爾一直布局開源Linux,正在弱化對微軟的依賴。詹睿妮表示,拓展嵌入式市場,必須走開源之路,適應多種開發環境。
這正是英特爾2月份牽手諾基亞推出所謂Meego戰略的理由。兩大巨頭都在暗中開發開源操作系統,同時都在朝更多類型的移動互聯網終端領域拓展,于是走到一起,成立了Meego聯盟。如今,該聯盟已拉進眾多獨立軟件開發商、消費電子企業,其中包括東軟、中標等中國軟件企業。
目前，全球都十分關注物聯網技術以及其所帶來的價值，掌握物聯網技術無疑占據了主動的地位，因此不能忽視其廣泛的市場前景。
1 物聯網網關概述
目前，物聯網的結構有三種分類：感知層、網絡層以及應用層。
1.1 感知層
同人體的感知一樣，物聯網也有感知層。該結構主要是借助傳感器去感知，同人們一樣去識別相關信息，這賦予了物聯網以智能感知的功能。
1.2 網絡層
網絡層的功能就像是人體神經系統對信息進行處理一樣，與感知層相比，其功能更加強大，也更加復雜。
1.3 應用層
應用層是第三層結構，也是物聯網結構的頂層，能夠實現物聯網技術和其他技術的結合，實現物聯網的多領域、多行業應用。并且，這三種結構缺一不可。
感知層能夠起到感知信息的作用，其主要是借助傳感器來實現的，如果沒有太多的傳感器，還可以借助網絡與設備的連接實現傳感器的功能，但這樣會造成資源浪費。為了節省資源，順利實現數據傳送，最好能夠將所有的設備與網絡層相連，實現數據的統一傳送。為了避免傳感器設備不足造成的資源浪費問題，最好能夠在感知層和網絡層之間設置一個匯聚層，通過該匯聚層銜接這兩個結構，就不會出現資源浪費的問題，并且能夠實現數據的傳送。
1.1 物聯網系統的分析
物聯網網關需要高度重視，其功能先進，全面，不僅可以感知，還能夠實現遠程監控，并且可以接入不同的網絡。物聯網網關的感知功能主要是以網絡形式來體現的，并且配合多功能傳感器獲取不同的信息進行感知。這些傳感器的接入形式不同，從目前來看，主要可分為有線和無線兩種接入模式。有線接入的速度較慢，不具備無線接入的某些功能，因此，無線網絡的應用越來越頻繁。目前，常見的移動設備都具備無線網絡的接入功能，并能夠實現快速傳送，這樣就可以大大提高無線網絡的使用范圍。隨著無線網絡的不斷發展，其必定會成為主要的接入方式。
不同結構進行網絡互通所采用的傳感器不同，對信息的感知也會不同，為了實現不同結構的網絡互通，需要設置一個協議網絡。因為，協議網絡可以實現不同結構的網絡互通，如果]有協議網絡的支持，數據的交流就會變得十分困難。目前常見的協議網絡主為Mod bus，在許多領域都有其身影。
在物聯網系統中，檢測控制管理是一個重要的功能，其主要目的是對數據進行監控，實現科學的管理。首先，在網關中有許多不同的功能，對這些功能進行合理控制，就能夠實現物聯網技術的突破，為人們的生產和生活帶來方便。其次，對網絡連接進行集中管理，也是檢測控制管理的常見功能。檢測控制管理主要是對系統和外界的網絡進行內外監控與管理，其功能更加全面。
1.2 物聯網系統的整體設計策略
物聯網網關之所以很重要，主要是由于人們對于物聯網系統的要求越來越高，因此，物聯網網關的形式設計就受到了人們的高度重視。目前，物聯網的運行平臺主要有PC機和嵌入式。由于嵌入式系統內核小、專用性強，在許多領域占據主導地位。因此，嵌入式系統的優勢更大，其應用范圍也越來越廣泛。物聯網網關的設計有許多方式，借助嵌入式系統進行設計是可行的，并且大大推動了物聯網網關的發展。
2 物聯網網關硬件的設計
進行物聯網網關硬件設計的時候，必須要考慮到網關所運行的環境，以及網關自身對硬件的要求?？傮w來看，網關硬件設計需要遵循成本低、降低能源消耗、實現高效率處理的原則，因此，常見的硬件設計就是采用AT9LSAM9260。該平臺具有極好的兼容性，存儲空間大，能夠高效處理信息，在苛刻的環境下也不影響網關的正常運行。
對于接入方式的選擇，主要以無線接入為主。物聯網的硬件是物聯網網關中非常重要的一部分，以其內部的主控制器電路為例，其關系到系統的數據轉換和網關功能的實現，因此要注意其嚴謹性。目前，網絡接口電路主要有MII和RMII兩種模式，這兩種模式可以通過對應硬件引腳配置來達到所需目的。
對于物聯網中串行接口電路設計，一般會選擇RS232和RS485。在進行串口設計的時候，應用這兩種方式，一方面可以起到節能降耗的效果，另一方面能夠優化物聯網系統，實現不同結構網絡的互通。進行串口設計之后，還要增加一些模塊，這樣才能真正實現物聯網網關硬件的功能。
3 物聯網網關軟件的設計
在進行物聯網網關軟件的設計的時候，需要對通信接口的數據進行采集和處理，因此要對整個框架進行分層。分層之后，對不同的層要進行處理，底層要搜集數據，中間層要處理數據，實現數據的傳送，并設置相應的監控模塊進行監控。為了確保物聯網系統的靈活性，一方面要保證不同模塊之間的有機聯系，另一方面要實現系統整體功能和諧統一。
在本次研究中，物聯網網關的設計與實現的平臺主要是嵌入式系統，而不是傳統的PC平臺。但是，由于要優化物聯網網關軟件設計，還需要借助PC平臺進行代碼的開發與調試。
4 結束語
綜上所述，物聯網網關的開發與設計主要采取嵌入式系統，能夠滿足人們生產和生活的需要。隨著社會的進步和科學水平的不斷提升，相信在不久的將來，物聯網系統會更加完善。
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作者簡介
0 引言
目前，物聯網的發展在許多國家已經上升為國家戰略，故在各行各業、社會管理和民生方面都將發揮重要作用。物流是物聯網較早落地的行業之一，現代物流的發展需要數據的采集和傳播具備高效性、準確性以及安全性，而物聯網技術恰恰具備這些功能，因此，將物聯網應用在物流領域具有很高的現實意義。物聯網的應用從根本上提高了對物品生產、配送、倉儲、銷售等環節的監控水平，改變了供應鏈流程和管理手段，對于物流成本的降低和物流效率的提高具有重要意義。在應用智能終端的新型物流業務中，結合實際需要，配備無線網絡環境和條形碼技術，可以隨時掌握物流鏈的任意節點上貨物的情況，大大減少錯誤的發生，提高了工作效率，規范了企業的管理，在物流領域中得到了越來越廣泛的應用。
1 物聯網簡介
物聯網（Internet of Things）是一個基于網絡、廣域網或局域網等信息承載體，讓一些相對零散的普通物理對象能夠通過某種連接來實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。
簡而言之，物聯網就是把所有物品通過信息傳感設備與互聯網連接起來，進行信息交換，即物物相息，以實現智能化識別和管理。物聯網將與媒體互聯網、服務互聯網和企業互聯網一道，構成未來互聯網。
物聯網有許多廣泛的用途，用途涵蓋：政府工作、公共的安全、智能家居、消防安全、工業監測、交通運輸、環保領域、健康管理、花卉栽培、水質管理、食品安全、老人護理、國防安全和防控管理等多個領域，本文主要探討其在現代物流領域中的應用及其使用到的關鍵技術。
2 物聯網在現代物流領域的應用
物聯網在現代物流領域有著廣泛的應用。
2.1 運輸過程的智能管理
目前，物聯網的GPS/GIS衛星定位技術、RFID技術、傳感器網絡技術在智能物流中已展開應用，以便實時了解關注對象的位置與狀態，建立可視化的智能系統。在物流活動過程中實時實現對車輛定位、運輸物品監控、在線調度與配送的可視化管理。目前，有些技術比較先進的物流公司或企業大都建立與配備了GPS智能物流管理網絡系統，可以實現對車輛定位與溫度實時監控等，初步實現物流作業的透明化、可視化管理。通過在運輸路線上布置一些網絡節點，當裝有相應標簽或傳感器等設備的貨車經過時，便可獲知其運輸的路線、時間、貨物等相關信息，使后臺管理者實現可視化管理。也可以通過定位技術定時取得位置信息，監管貨物動態。
2.2 產品的可追溯性管理
應用物聯網建立可追溯的智能系統，主要是為了實現在物流過程中的質量管理和責任追究的功能?；赗FID等技術建立的產品可追溯網絡系統的技術與政策等條件都已經成熟，應當加快全面推進。目前，這些智能產品的可追溯系統在醫藥、農產品、食品、煙草等行業和領域已有很多成功應用，比如，將物聯網中的視頻技術鑲嵌在生產系統中，不僅能夠實時監控產品的制造過程，而且可以事后進行查詢。物聯網在貨物追蹤、識別、查詢、信息采集與管理等方面發揮了巨大作用，為保障食品安全、藥品安全提供了堅實的物流保障。
2.3 智能自動的物流配送管理
運用基于傳感、RFID、聲、光、電、機、移動計算等各項先進技術，在物流配送中心實現全自動化管理，建立配送中心智能控制、自動化操作網絡，從而實現物流、商流、信息流、資金流的全面管理。配送中心可以利用物聯網中的RFID等技術，根據需要將電子標簽貼在貨物、托盤或者周轉箱上面，通過物品信息的實時記錄、處理，再結合物聯網的智能處理系統，實現貨物出入庫、盤點、配送的一體化管理。目前，很多的配送中心在貨物裝載和卸車上采用智能機器人、激光或磁性無人搬運車來進行作業和物品的搬運，采用自動化的分揀來作業，包括出入庫也是自動化的機械來操作，使得物流配送作業系統能夠實現自動化智能化。
2.4 企業的智慧供應鏈
全球化背景下的企業競爭將是供應鏈與供應鏈之間的競爭，對企業的物流系統、生產系統、采購系統與銷售系統提出較高要求。面對大量的個性化需求與訂單，準確預測客戶需求等問題是企業經常遇到的，這就需要智慧物流和智慧供應鏈的后勤保障網絡系統支持。物聯網在物流業中的應用將產生智慧生產與智慧供應鏈的融合，各個物流供應鏈的參與者可以按照預定的權限和流程各行其事，企業物流完全智慧地融入企業經營之中，信息流無縫鏈接，既可分工協作，又相對獨立。
3 物聯網應用的關鍵技術
物聯網關鍵技術主要涉及傳感器技術、RFID技術和嵌入式技術。
3.1 傳感器技術
這是計算機的一種關鍵技術。絕大部分的計算機現在能夠處理的都是數字信號。計算機都是需要用傳感器來把模擬信號
換成數字信號的，這樣計算機才能處理。傳感器作為信息獲取的重要手段，與通信技術和計算機技術共同構成信息技術的三大支柱。
3.2 RFID技術
RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。也是一種傳感器技術該技術是融合了無線射頻技術和嵌入式技術為一體的綜合技術，目前RFID技術應用很廣，如：圖書館，門禁系統，食品安全溯源等。RFID在自動識別、物品物流管理中同樣有著廣闊的應用前景。
3.3 嵌入式技術
嵌入式技術執行專用功能并被內部計算機控制的設備或者系統。嵌入式系統不能使用通用型計算機，而且運行的是固化的軟件，用術語表示就是固件（firmware），終端用戶很難或者不可能改變固件。這是綜合了計算機軟硬件、傳感器技術、集成電路技術、電子應用技術為一體的復雜技術。嵌入式是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。通常，嵌入式系統是一個嵌入式處理器控制板，有控制程序存儲在ROM中。事實上，帶有數字接口的設備有很多都是這樣的，比如錄像機、汽車、手表、微波爐等，都使用嵌入式系統。嵌入式系統有一些還包含操作系統，不過大多數嵌入式系統都是是由單個程序實現整個控制邏輯。近年來嵌入式技術得到了快速的發展，嵌入式產業涉及的領域也越來越廣泛，彼此之間的特點也是很明顯的。如很多行業：軍工產業、手機廠家、平板及車載導航、數字電視、多媒體終端、網關等。嵌入式系統正在逐漸的改變人們的生活，推動著生產以及國防的發展。傳感器、嵌入式系統在物聯網中有著非常關鍵的地位與作用。
4 結論
物聯網發展的步伐越來越快，很快就會進入規模發展階段，物聯網的發展將對提升很多產業的經濟附加值，促進經濟的發展方式進行轉變，對產業結構的調整也具有非常重要的意義。物聯網在物流領域的發展也將越來越廣泛，它正推動著物流行業的變革，在不遠的將來，隨著物聯網理念的引入，隨著我國物聯網標準體系的完善，越來越多的研發基地的建立，更多的行業應用等多項工作的推進，物聯網將對物流業產生更強大的影響，這勢必會帶來智能化的物流配送鏈條、更敏捷的供應鏈、物流鏈條中商品的透明化與實時化管理，實現物流的可追蹤管理。我們相信，在物聯網的發展帶動下，一個更加智慧、便捷、高效的美好物流前景將很快實現。
【參考文獻】
1012的大市場
在1999年物聯網概念就開始提出，實際上就是互聯網向物聯網的轉移，要上物聯網的設備是1012數量級，非常巨大。但我們現在的Internet網的利用率該產品還很低，只有2％-5％。目前嵌入式設備需要聯成網絡，但嵌入式設備一般無瀏覽器，需要建立信息平臺，實現低端和高端的連接。
與物聯網相關的熱調
感知中國、物聯網、智慧地球、CPS(Cyber-Physical System，信息融合物理系統)等與傳感網絡相關的詞匯最近很熱……
物聯網的概念最早是從RFID(射頻識別)技術這個領域來的，1999年專門做RFID的EPC global前身――麻省理工Auto-ID中心提出。它當時指每一個物品上都貼一個電子標簽，這樣通過后臺信息系統構成一個借助于Internet、所有物品都能互相聯系起來的一個物聯網。但是這個概念當年并沒有太多人關注，真正受到關注是從2005年ITU(國際電信聯盟)重新定義了物聯網的概念。它主要是從信息和通信的角度去考慮，集中在三個“Any”(anytime、anyplace、anyone)去獲取信息。從此概念能看出，RFID技術、傳感器技術以及嵌入式智能技術是物聯網的基礎部分，即底層技術。
物聯網的發展主要是2008年IBM從商業角度提出所謂的“智慧地球”。物聯網有三大層，底層是感知層，中間是網絡層，上層是應用層?；诖?，智慧地球的核心技術有三個i：instrument，傳感技術(物聯化)；interconnected(互聯化)；intelligent(智能化)。
目前，學術界流行一個詞CPS。我們人類社會生活在兩個世界上，一個是信息世界，一個是物理世界。信息世界跟物理世界的融合，就稱為CPS。中國計算機學會微機專業委員會嵌入式學組組長、復旦大學的陳章龍教授一年前開始研究CPS，但是他和IBM和Intel等公司去探討時，這些商用公司說他們知道CPS，但現在不會去做CPS、因為做CPS風險很大。CPS實際上就是信息和物理系統的融合，即三個c：1，把物理設備Computer化；2，通過通訊(communication)和后臺連起來；3，Control。這不是把CPS單獨拆離開來一個一個的系統，從控制層面來看，是整個的一個大系統。這樣一來，我們的計算機就要有一個變更性的革命，因為我們計算機處理的是數字的、離散的、跟時間無關的對象，而現在如果是CPS，處理的對象則是模擬的、連續的、跟時間相關的，那么所有的理論、語言都要配套重來。所以美國也是首先在自然資金里面展開這個方面的探索工作。
總理2009年8月到無錫考察時，提出重視發展“感知中國”。目前要做的工作是三個方面：把傳感系統和3G中的TD技術結合起來：在國家重大科技專項中，加快推進傳感網的發展：盡快建立中國的傳感信息中心。
不僅感，還要知、行
陳章龍教授認為，“感知中國”的感知耐人尋味，“感”是傳感器通過RFID對信息的采集和傳輸：關鍵是“知”，就是要通過處理計算，并返回去，才會產生真正的價值。
無線傳感器網絡在國內已經炒了十年，現在重新拿出來，我們一定要認真考慮以前的十年炒無線傳感器網絡為什么沒有“量變成質變”?因為我們只發展了“感”，還沒有去“知”。
中國科學院自動化所的關強博士提出要重視“知”和“行”。物聯網的架構包括幾層：基礎層、傳輸層，還有執行，即所謂感知的“知”和行動的“行”，控制、中間件、公共信息服務，最后結合到具體的應用去。
嵌入式的機遇
無論是物聯網三要素(感知行)，還是智慧地球3i，CPS的3C，實際上都是在講一件事：人、機、物的和諧發展。這對嵌入式系統的要求是什么?陳童龍教授認為第一要多功能化、低功耗、微型化，這些已經都在做了，比如無線傳感器的結點的智能匯集，傳感器的設計趨向一體化。由于嵌入式系統無處不在，有的可做得很小，例如智能灰塵，它里面的一些軟件，即嵌入式軟件也需要很小。
第二，嵌入式系統要網絡化。假如現在就把互聯網復制到物聯網，這在技術上是行不通的，因為我們面向對象是數據，是連續的、動態的、是非結構化的。所以瀏覽就不能簡單地設為嵌入式瀏覽器，因此需要在低端和高端之間建立信息中間件，OSGi(Open Service Gateway initiative)應運而生(圖2)，是開放性的機構，專門針對汽車電子、家庭網絡、移動設備和工業環境等特定領域的互聯網中間件的應用。例如，OSGi聯盟專門成立了一個名為汽車專家組(Vehicle Expert Group)的特別機構，為OSGi在汽車電子領域的應用制定規范。
關強博士從RFID應用角度介紹了嵌入式的發展機會。他說，很多案例是通過一定的技術手段來實現從終端到終端，一般來說是閉環應用。閉環只在一個特定的范圍或是應用領域之內，還達不到開環，譬如公共領域的信息服務。因為實際上物聯網的發展受制于應用模式，如果要做到開環，會面臨復雜的問題：要找怎樣的一種商業模式、基礎設施由誰掏錢。
歐洲一家專門研究物聯網、智能系統集成的協會對物聯網的預測是四個階段：
?2010年之前從RFID技術角度去討論；
?2010到2015年電子標簽、傳感器網絡實現更深層次的信息交互；
?2015到2020年實現互聯物品智能化；
?2020年實現全面的智能化。
技術層包括以下幾類(圖3)：RFID標簽、讀寫器等基礎設備。還有傳感器、傳感器網絡、傳感設備。傳輸層(這也是ITU重新定義物聯網的原因)主要是在網絡層考慮，從網絡技術、通信技術去考慮。我國提出利用3G去傳輸物聯網，但這里還是涉及許多問題，比如信息終端，還有現在的操作系統，像中國移動推出的OMS操作系統，如果真正涉及到基礎設施，還有工業以太網、交通、離散控制領域等特殊的網絡，當然基礎設施上還有一些軟件的工作，比如中間件、中間件的功能、實時信息處理、海量的數據怎么處理。如果實現物聯網應用，一定要正開環，因為開環要為公 共服務，涉及到更多的問題。
目前，物聯網相關標準還很多，但總體上。與理想的物聯網標準還差得很遠。
那么RFID與嵌入式系統之間的關系如何?關強認為，首先是射頻前端的特殊設計；再一個就是嵌入式系統設計方面，主要是把RFID作為一個組成部分。RFID產品的嵌入式系統設計看起來難度不大，因為只要RFID讀寫設備是固定式設備，基本上基于嵌入式Linux平臺，主流產品目前是國外廠商實力較強，本土產品的操作系統還待完善。
應形成本土戰略
到此看來本文就該結束，但本國家863計劃信息技術領域專家組組長、北京航空航天大學校長懷進鵬院士提出不要成為國外理念的實驗場，應該探索自己特色之路。他指出，物聯網和智慧地球是美國人提出的，是否這次我們再為美國做注解。注解其發展的合理性，和中國成為其一個巨大的應用示范、產業化開動前期的一個試點?
通常來說，如果你自己提出了一個新概念。想堅持下來也許比較難，但是他們有了我們說我們也曾經想過了，這樣再拿來更容易得到支持，尤其在特定的應用服務范圍內。所以當時863小組在規劃時認為，要借鑒國外的發展模式，再結合我們自己的重大的問題、重大的任務來進行謀劃。我們需要思考三件事：第一，一種發展的暢想，能否在重大技術、產生重大突破的機會沒有到來之前，我國有可能引領并堅持一些方向，也許最后還能形成國際社會的趨勢；第二，在信息技術未來發展當中，建立以純技術驅動為主的，結合以應用為創新模式的這種互動方式，也許在最近五年甚至十年當中，重大應用的突破對孕育和推進技術的發展帶來機會，具體體現就是在網絡和通訊技術上。最后，需要走從參與到主導的模式。
五年十年后面臨互聯網應用大突破
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（來源：文章屋網 ）
