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嵌入式教學在國內已經開展了近20年，目前大多數的普通本科院校、高職高專和獨立學院都開設有嵌入式相關的課程。一部分院校傳統(tǒng)的微機原理和單片機課程也已經改造或者升級成嵌入式課程。
最近我有機會參加賽靈思公司和機械工業(yè)出版社華章分社共同舉辦的“嵌入式課程教學創(chuàng)新研討會”，與長期從事嵌入式教學工作的浙大陳文智副院長，上海交大方向東教授，西安電子科大楊剛教授，浙大年輕教師翁愷博士，身體力行推廣開源軟件教育－蘭州大學周慶國教師和西安郵電大學陳麗君教授等老師們共同交流嵌入式教學現狀和未來發(fā)展，在會上我做了“嵌入式教學需改革和創(chuàng)新“的發(fā)言，談了自己對嵌入式教學的理解和思考，如圖1。
圖1 西安嵌入式課程教學創(chuàng)新研討會
嵌入式教學現狀
除了北京大學軟件與微電子學院、北京航空航天大學軟件學院，北京工業(yè)大學軟件學院分別開設了嵌入式系、嵌入式專業(yè)和嵌入式實驗班，部分?？坪吐殬I(yè)院校有嵌入式專業(yè)以外，國內多數普通本科院校沒有嵌入式專業(yè)。一般情況，院校是在計算機、電子信息等專業(yè)中將嵌入式作為學科的一個發(fā)展方向，開設了嵌入式課程。
隨著這些年嵌入式技術深入發(fā)展，尤其是ARM和Linux 的廣泛應用，一部分院校計算機體系結構和微計算機原理課程實際都是以嵌入式處理器（比如ARM、Intel ATOM SoC或者FPGA）為背景進行教學，比如浙大陳文智老師介紹他們計算機學院“以嵌入式應用為舞臺”的課程體系設計理念，即以嵌入式技術支撐傳統(tǒng)的計算機體系結構、操作系統(tǒng)和編譯原理這幾門核心課程教學。
嵌入式課程的平臺一直上多樣化和復雜性現狀，基于8051和80x86的單片機和嵌入式教學依然比重依然很大，基于HCS08/MSP430/AVR/PIC的課程還不少。從總趨勢看ARM增長很快，尤其是MCU Cortex M3/M4，包括飛思卡爾和TI公司在內的大學計劃也轉向ARM MCU，比如上海交大方老師介紹他們的“嵌入式系統(tǒng)原理和實驗”課程已經從x86 轉向TI Cortex M3。
基于ARM＋Linux＋Qt的教學模式得到高校計算機專業(yè)嵌入式教學認可，最近隨著Android 日益流行，Android 應用開發(fā)內容也紛紛加入進嵌入式教學課程。基于可編程SoC（FPGA）的嵌入式課程在電子信息和計算機專業(yè)開始出現，可編程SoC讓傳統(tǒng)的FPGA設計增加嵌入式計算的部分，使得電子設計與嵌入式設計二者有機的結合在一起，此外基于DSP的嵌入式課程還是電子信息和通信專業(yè)喜愛的嵌入式課程之一。
以上情況看出，因為嵌入式平臺各異，嵌入式教學即使相同的課程（比如嵌入式OS的開發(fā)與應用）也會由于平臺不同，而選擇的嵌入式OS不同，課程的內容都會因為芯片、平臺、OS和工具不同而不同，這給教學工作帶來了一定復雜性。比如基于MCU平臺，一般選擇的是uC/OS－II，嵌入式Linux 會應用在基于ARM9/11/Cortex A8/A9 平臺，而Android 則一般都運行在最新的A8/A9 單核或者多核平臺，此外眾多ARM授權的半導體公司的芯片之間的差異或者產品變化也會帶來教學工作的困惑，比如TI 公司的Cortex M3系列芯片停止銷售改為推廣M4芯片。
各學科對嵌入式技術應用的理解，因學科所屬行業(yè)特點的不同而不同，比如北京郵電大學軟件學院鄺堅副院長一直強調通信設備對嵌入式實時多任務系統(tǒng)（RTOS）的依賴，他們把這個作為自己學院嵌入式教學一個重點，堅持在教學中使用vxwork和uC/OS－II這種RTOS 類型的嵌入式操作系統(tǒng)。
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改革和創(chuàng)新的推動力
嵌入式教學改革和創(chuàng)新的推動力有三個：第一是技術創(chuàng)新，第二是應用，第三是人才需要。
第一.技術創(chuàng)新推動發(fā)展
從服務器、移動終端、通信網關到智能傳感器，ARM隨處可見。過年幾年，嵌入式教學平臺已經轉到ARM處理器核心的芯片平臺上來，這里比較快的是高端的嵌入式處理器平臺，許多高校采用了ARM9/11/Cortex A8/A9 平臺。相對轉變緩慢的是單片機教學，方方面面的原因讓其改變步履艱難。在2013年11月嵌入式系統(tǒng)聯誼會“使用ARM Cortex-M MCU拓展傳統(tǒng)單片機教學”主題討論會上清華大學邵貝貝老師提出的使用Cortex M0 替代單片機的設想是一個即有前瞻性又務實的建議，值得大家思考［1］。
移動云計算正在融入到嵌入式系統(tǒng)應用，智能硬件＋智能手機＋云后臺的模式正在改變傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)－單機＋服務器的模式。以Rasberry Pi（樹莓派），Ardunio，pcDuino和Beaglebone為代表的開源硬件的流行，大大縮短嵌入式系統(tǒng)開發(fā)周期，其中極具創(chuàng)新性Ardunio積木式MCU開發(fā)模式，已經成為智能硬件開發(fā)的標準模式，Ardunio接口支持數以千種外設和傳感器模塊，大大方便了嵌入式系統(tǒng)樣機開發(fā)，深受創(chuàng)業(yè)者和學生們喜愛，浙大、北航和武漢理工大學等高校都已經在嵌入式教學中嘗試使用這些開源硬件了，TI冠名的2014全國大學生物聯網設計大賽推薦使用了Beaglebone作為嵌入式網關平臺［2］。
第二.應用推動發(fā)展
IDC預計無線芯片組市場在2009-2014年平均增長9.3%，移動應用部分（物聯網）激增35%，以智能家居、穿戴設備和智能交通物流等代表物聯網應用增速加快。國內已經有數百所高校開設了物聯網專業(yè)，不少嵌入式專業(yè)老師進入物聯網專業(yè)執(zhí)教。物聯網應用對于嵌入式教學提出新的需求，如何改變傳統(tǒng)的嵌入式課程使之適應物聯網應用需求是擺在嵌入式教學上一個新的課題。
第三.人才需求推動發(fā)展
隨著智能手機的迅速普及，云計算應用模式伴隨著像物聯網這樣的創(chuàng)新應用進入工業(yè)和消費電子領域，占手機OS市場80%份額的Android 成為主要移動編程平臺。手機等移動終端正在替代PC成為嵌入式設備人機交互的主要平臺，企業(yè)對于Android 開發(fā)人才的需要一直很旺盛，部分院校順應產業(yè)的需要開設Android 應用開發(fā)和底層開發(fā)課程，受到企業(yè)的歡迎，據參加西安嵌入式課程教學創(chuàng)新研討會的浙大寧波學院的老師介紹，他們與某企業(yè)合作的Android 應用班在大四的時候結合企業(yè)項目進行實訓，就業(yè)一直很好。
需要指出的是，Android雖然也是基于使用Linux操作系統(tǒng)，但是其系統(tǒng)架構和編程方式與Linux區(qū)別很大，以前從事嵌入式Linux教學的老師需要再學習。
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關于嵌入式教學的思考
在美國硅谷70年代微處理器問世，80年嵌入式軟件和操作系統(tǒng)出現到今天，嵌入式系統(tǒng)一直是不斷變化和發(fā)展行業(yè)，嵌入式技術也是隨著電子信息技術發(fā)展變化最快的技術之一。就目前國內高校教學科研和產業(yè)發(fā)展情況，我建議高校從事嵌入式教學的老師們應該關注以下三個方面的問題：
第一.引導學生對于嵌入式專業(yè)興趣。
通過嵌入式系統(tǒng)前沿技術等講座課程，邀請行業(yè)專家結合嵌入式新技術和應用熱點，講授嵌入式的關鍵技術和嵌入式系統(tǒng)未來發(fā)展，讓學生們嵌入式系統(tǒng)有了解有興趣。對也可參考浙大計算機學院的模式，他們在大一新生的計算機科學導論的課程引入機器人，將計算機原理和程序設計概念用于機器人設計和編程中，使得學生們有了一個活生生的嵌入式系統(tǒng)概念，增加了興趣提高了動手的能力。
第二.融入新知識和新方法。
上個月一位在谷歌總部工作的朋友問我，有那些物聯網開源硬件平臺，我和這位朋友以前都有為Montavista工作過 （一家美國著名嵌入式Linux公司），他現在是在谷歌OS部門做研究和開發(fā)工作，他告訴我谷歌也關注嵌入式和物聯網，他們認為開源硬件是非常好的平臺和社區(qū)。浙大年輕教師翁愷博士這次在會上介紹口袋實驗室。這是一塊帶有Ardunio接口的ARM計算機核心板，可選的傳感器外設，USB和Wi-Fi通信接口，可以放在一個小盒子里，學生可以帶回宿舍做各種的實驗和競賽的項目，見圖2。
口袋實驗室比較實驗箱的好處是體積小、功能全和價格便宜。口袋實驗室一般采用開源硬件（翁老師使用的是pcDuino），它有很好開源社區(qū)，許多的問題都可以在社區(qū)交流解決。其實口袋實驗室這個概念并不新，2011年我在桂林參加飛思卡爾大學計劃年度交流會的時候，老師們已經在談論口袋實驗室了，2013年11月嵌入式系統(tǒng)聯誼會的“使用ARM Cortex-M MCU拓展傳統(tǒng)單片機教學”主題討論會的時候，清華大學年輕教師曾明博士介紹他們基于飛思卡爾芯片的口袋實驗室產品。我認為基于開源硬件的口袋實驗室應該是未來的方向。
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圖2 開源硬件
第三.理論與實驗結合，課程內容上做減法。
現在老師普遍反映專業(yè)課課時少，學生進入大四學生要準備考研，出國，多數學生還面臨找工作的壓力。學生們呢，反映課程多、學業(yè)重和壓力大。 嵌入式課程是一門理論講授和實驗相結合的課程，從某種意義講實踐經驗更重要。上海交大方老師在西安嵌入式課程教學創(chuàng)新研討介紹他們的“嵌入式系統(tǒng)原理與實驗”理論和實驗的比例已經調整到3:2（以前是3.5:1.5）。
如何在有限的授課時間中把重點的內容講好，讓學生們學懂是擺在老師們面前的新課題，方老師的做法是理論與實驗合成一門課，這是一種解決方法。上海同濟大學年輕教師周偉在嵌入式系統(tǒng)聯誼會的“使用ARM Cortex-M MCU拓展傳統(tǒng)單片機教學”主題討論會在談他們的教學理念的時候，提出增加實踐課時，減少理論課時；簡化匯編代碼學習，重視應用能力培養(yǎng)的思路，見圖3。
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圖3 嵌入式系統(tǒng)聯誼會主題討論會
總之，隨著物聯網發(fā)展，智能化程度的大幅提高，嵌入式系統(tǒng)的重要性越發(fā)彰顯，應用將越來越廣泛和深入。企業(yè)對嵌入式人才需求旺盛，特別是高級嵌入式開發(fā)和掌握最新嵌入式技術的人才。最新一輪智能硬件熱讓互聯網巨頭進入嵌入式系統(tǒng)，小米路由器和手環(huán)、百度智能眼鏡和筷子、騰訊新推出了的車聯網硬件路寶，都是創(chuàng)新型嵌入式應用。
嵌入式教學將迎來一個新的發(fā)展機遇。認清問題，找準方法，從可以改變的小地方入手，堅持下來就會有大的成效。嵌入式系統(tǒng)是一個包羅萬象的大千世界，從事嵌入式教育的老師們要注意結合自己的經驗和特長，以通俗易懂的方式教學，讓學生們在有限的學時內有所收獲，嵌入式系統(tǒng)聯誼會將繼續(xù)關注嵌入式教學，定期舉辦面向教師們的研討活動和交流活動，共同促進中國嵌入式教學發(fā)展。
參考資料
［1］ 嵌入式系統(tǒng)聯誼會官方網站www.esbf.org.cn
［2］ https://iot.sjtu.edu.cn
［3］?如果對西安嵌入式課程教學創(chuàng)新研討的資料感興趣，可通過微博@何小慶微博來獲取
與非網原創(chuàng)內容，未經許可，不得轉載！
摘要：任何技術發(fā)展都會有屬于自己的成熟曲線，也就是必要要經歷初期－發(fā)展－成熟這幾個階段，這是市場營銷的一個規(guī)律（稱為S曲線），智能家居作為一個高技術產業(yè)也不會例外……
摘 要：從2008年Android1.0問世到現在短短的6年Android發(fā)展迅速，2013年手機市場占有率78.6%，正在進入各種嵌入式智能設備領 域 （汽車、家居和穿戴），Android生態(tài)環(huán)境的企業(yè)正在更加廣泛的領域研究和推廣Android的應用，隨著Android終端市場占有率的攀升和應用 軟件增加，Android應用的云和服務器端開發(fā)和測試需求也日益增大……
系列之三：與Misfit的硬件對比看小米手環(huán)做減法
摘要：市場對小米手環(huán)的反應基本是兩種；一是做手環(huán)的創(chuàng)業(yè)公司們唉聲一片，79元的價格讓他們以前賣數百元的手環(huán)沒法生存了。另外一類是贊揚小米手環(huán)是戰(zhàn) 略性的布局、激活市場、占領入口等等。分析之后，對其簡單實用的特點有了進一步的認識。小米手環(huán)在諸多方面借鑒了Misfit手環(huán)……
摘要：我對物聯網的認識是來自2010年參加中國物聯網大會的感受，之后在接受工控網采訪的時候我談了兩點：第一，物聯網與嵌入式系統(tǒng)密不可分。第二，物聯網學科建設才剛剛開始……
