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。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。
《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。
《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。
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。
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