本刊記者 楊迪娜

物聯(lián)網(wǎng)通過多年政府的支持與引導(dǎo)，在企業(yè)及從業(yè)者的共同努力下，產(chǎn)業(yè)正在不斷完善和發(fā)展。近年來國(guó)際著名IT 企業(yè)紛紛投資物聯(lián)網(wǎng)，核心技術(shù)不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、IT 技術(shù)的交叉融合在逐級(jí)深入，催生諸多新興業(yè)態(tài)和新的應(yīng)用。工業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0將深化物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，并引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。前景雖好，現(xiàn)實(shí)依然嚴(yán)峻，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)缺少具有規(guī)模和號(hào)召力的應(yīng)用，核心技術(shù)掌握在國(guó)外少數(shù)大企業(yè)手里等問題還沒有解決。

與此同時(shí)，龐大的市場(chǎng)需要也刺激了高校對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的增設(shè)，高校、企業(yè)和學(xué)生對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)模式和物聯(lián)網(wǎng)就業(yè)也出現(xiàn)了不同的聲音。近日，嵌入式系統(tǒng)聯(lián)誼會(huì)第16次主題討論會(huì)如期而至，會(huì)議主題——研討物聯(lián)網(wǎng)教育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。本次會(huì)議邀請(qǐng)到多位多位專家學(xué)者做精彩報(bào)告，由何小慶主持發(fā)言，吸引了來自高校、科研、企業(yè)和科技媒體的各界代表參與了交流和討論。

大唐電信集團(tuán)集成電路創(chuàng)新中心 孫加興博士

淺談對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)

最重要的變化發(fā)生在產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈，單獨(dú)的硬件與軟件的價(jià)值在逐漸減少，而服務(wù)價(jià)值在大量增加。IP 核產(chǎn)業(yè)也以嵌入式處理器為主導(dǎo)。在工藝方面，封裝會(huì)變得越來越重要，多數(shù)IDM 企業(yè)放棄最先進(jìn)工藝研發(fā)，轉(zhuǎn)為Fabless，以節(jié)約更多成本；傳感器、邏輯工藝、數(shù)?；旌瞎に嚨募赡芰Τ蔀楦?jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。新物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，也形成了以嵌入式處理器＋連接性IP為主導(dǎo)的技術(shù)趨勢(shì)，無所不在的連接在發(fā)揮重要作用，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的互聯(lián)互通是物聯(lián)網(wǎng)首要解決的問題，做服務(wù)的企業(yè)其價(jià)值會(huì)提升得更為明顯。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)作為未來移動(dòng)通信發(fā)展的兩大主要驅(qū)動(dòng)力，為5G提供了廣闊的應(yīng)用前景。5G的應(yīng)用場(chǎng)景有如下特點(diǎn)：連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低時(shí)延、高可靠、低功耗、大連接。5G雄心勃勃一開始就瞄準(zhǔn)了IoT應(yīng)用。

2013年12 月，Qualcomm 公司將AllJoyn（采用Apache和BSD 許可協(xié)議）捐贈(zèng)給了物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟AllSeen。兩個(gè)版本的AllJoyn已經(jīng)被發(fā)布，包括SDK。AllJoyn項(xiàng)目能擴(kuò)展到所有高階OS 平臺(tái)，從Android 到iOS，再到Linux、OpenWRT、Windows，甚至各種內(nèi)存和處理能力極度受限的嵌入式RTOS 解決方案。與此同時(shí)，三星、ARM、Nest 三家公司強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手推出了Thread，通過6LoWPAN 技術(shù)支持IPv6。Thread可支持250個(gè)以上設(shè)備同時(shí)聯(lián)網(wǎng)，能夠覆蓋到家中所有的燈泡、開關(guān)、傳感器和智能設(shè)備。Thread 是基于ZigBee的，也就是說原有的ZigBee設(shè)備只需更新軟件即可兼容Thread。

孫博士預(yù)測(cè)：在低密度計(jì)算領(lǐng)域，可能會(huì)出現(xiàn)一家新的能與ARM 抗衡的IP公司；服務(wù)＋硬件＋軟件，即服務(wù)至上的理念才是未來的發(fā)展趨勢(shì)；IoT 將對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行一次行業(yè)大洗牌，某些產(chǎn)業(yè)中間環(huán)節(jié)將消失；中國(guó)企業(yè)將引領(lǐng)IoT 的關(guān)鍵創(chuàng)新。

江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院 柴志雷副教授

面向MOOC教學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)探討

風(fēng)靡全球的MOOC越來越成為一種重要的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，但是在硬件方面的課程MOOC缺少在線實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的支持，虛擬仿真的方式無法使學(xué)生感同身受地體會(huì)真實(shí)的硬件平臺(tái)，無法與真實(shí)工作環(huán)境接軌，因此物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)與實(shí)踐需要一種可以滿足多樣化的軟、硬件通信的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

因此，江南大學(xué)選用FPGA 作為多門物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。FPGA 適合直接用于海量、連續(xù)、并發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)FPGA SoC為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步提供了便利。通過互聯(lián)網(wǎng)把后臺(tái)的FPGA 開發(fā)板與終端的用戶相連接，讓用戶擁有與現(xiàn)場(chǎng)使用FPGA 開發(fā)板一樣的體驗(yàn)。這樣，不僅可為物聯(lián)網(wǎng)MOOC 課程提供在線教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生不必花錢購(gòu)買開發(fā)板，即可通過MOOC網(wǎng)絡(luò)課程直接訪問FPGA 開發(fā)板，而且可為智能硬件的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)提供低成本驗(yàn)證平臺(tái)。

江南大學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院打造了一個(gè)FPGA 的云平臺(tái)，為不同類型用戶提供了統(tǒng)一的開發(fā)交流平臺(tái)，且用戶無須購(gòu)買即可遠(yuǎn)程體驗(yàn)FPGA 硬件及開發(fā)環(huán)境。

柴老師談到，實(shí)現(xiàn)硬件遠(yuǎn)程訪問需要解決三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：

①FPGA 開發(fā)板的網(wǎng)絡(luò)接入能力；

②對(duì)FPGA 節(jié)點(diǎn)物理資源的管理，使用戶可隨時(shí)更新邏輯設(shè)計(jì)而不影響系統(tǒng)；

③FPGA 開發(fā)板的接口設(shè)計(jì)與外接傳感器管理。

建設(shè)方案實(shí)施如下：首先搭建了FPGA 操作系統(tǒng)（RELAX），用戶模塊提交時(shí)不需要重新Boot Linux系統(tǒng)，這樣才能使遠(yuǎn)程訪問成為可能。FPGA系統(tǒng)既不是基于Linux，也不是基于Windows，而是建立在FPGA 上。這樣做的優(yōu)勢(shì)在于，可通過FPGA系統(tǒng)直接管理FPGA的裸片。FPGA 操作系統(tǒng)（RELAX）優(yōu)勢(shì)如下：

①提升易用性：眾所周知，F(xiàn)PGA 功耗低、計(jì)算性能高，但是很少有人用的原因就是使用難度較大。屏蔽底層物理細(xì)節(jié)、使FPGA 開發(fā)板升級(jí)為FPGA 計(jì)算機(jī)后，可以讓原本極少數(shù)專家才能勝任的算法FPGA 實(shí)現(xiàn)，變成眾多的軟件人員就可以完成。

②增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性：相比用戶直接在FPGA 裸片上開發(fā)，RELAX限制了用戶對(duì)物理資源的任意操作，確保用戶的誤操作不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；

③提供可信控制：提供相應(yīng)的認(rèn)證機(jī)制，確保硬件IP只能被授權(quán)的用戶運(yùn)行；

④提高系統(tǒng)安全性：內(nèi)嵌硬件加密機(jī)制，確保數(shù)據(jù)的安全使用。

柴老師現(xiàn)場(chǎng)通過網(wǎng)站展示了用FPGA 操作系統(tǒng)搭建的機(jī)器人：高性能、低功耗。功耗不超過5W；滿足絕大多數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的硬件接口需要；配置了采用硬件同步的雙目攝像頭；以軟硬件協(xié)同方式支持機(jī)器人操作系統(tǒng)ROS；配置有FPGA 操作系統(tǒng)；支持用戶以C／C＋＋高級(jí)語言開發(fā)FPGA 模塊。

ARM 公司亞太區(qū)大學(xué)計(jì)劃經(jīng)理 陳煒

ARM IoT課程開發(fā)匯報(bào)

20世紀(jì)90年代，12位英國(guó)工程師拿到了一筆費(fèi)用，開始在英國(guó)的谷倉(cāng)中創(chuàng)業(yè)——做移動(dòng)芯片。這個(gè)公司就是今天大名鼎鼎的ARM。隨著時(shí)代的發(fā)展、歷史變遷，截止到2014年底，25年中ARM 芯片的全球出貨量達(dá)到了600億片，未來也許只用5年芯片的出貨量就可以達(dá)到600億片，而ARM 的愿景就是打造全球的移動(dòng)芯片標(biāo)準(zhǔn)。隨著移動(dòng)互聯(lián)、智能硬件的發(fā)展，各種產(chǎn)品對(duì)ARM 芯片的需求越來越高，2014年ARM 芯片的出貨量達(dá)到100億片。

在整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)界，從近端設(shè)備到遠(yuǎn)端的服務(wù)器和云端，ARM 都想留下自己的身影。ARM 下一個(gè)重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域是：大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)中心。ARM 正在與自己的合作伙伴合作，推廣自己的服務(wù)器。在群雄逐鹿的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，ARM 和眾多合作伙伴一起在移動(dòng)計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中占得先機(jī)。

ARM 大學(xué)計(jì)劃部分則重點(diǎn)進(jìn)行人才培養(yǎng)，從嵌入式系統(tǒng)到操作系統(tǒng)，從服務(wù)器到云計(jì)算，要給教育界提供整套的解決方案。

ARM 認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)大的概念，可以分成六個(gè)領(lǐng)域：工業(yè)互聯(lián)、可穿戴、智能醫(yī)療、智能家居、車聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)IoT。ARM 大學(xué)計(jì)劃的初衷就是把這些技術(shù)領(lǐng)域共性的東西以教材的形式呈現(xiàn)出來，縮短大學(xué)教育與實(shí)際工業(yè)界的距離。結(jié)合目前的課件、教材或者進(jìn)行二次開發(fā)，使學(xué)生離實(shí)際的工作更接近。

ARM 課程的創(chuàng)新點(diǎn)如下：把硬件、軟件、教材打包，與眾多芯片廠商合作，推廣課程計(jì)劃，芯片廠商公司則基于ARM 芯片來制作開發(fā)板，兩者合作打造一體化的課程，這樣可給老師提供更多的選擇，可選用不同的硬件平臺(tái)授課。

對(duì)于目前比較流行的IoT 課程，基于挪威公司Nordic的nRF51822芯片開發(fā)了IoT課程，與ST公司合作開發(fā)了最新的課程化設(shè)計(jì)。對(duì)于這些教材，ARM 大學(xué)計(jì)劃下一步要把它們?nèi)恳曨l化，打造網(wǎng)絡(luò)化和視頻化學(xué)習(xí)方式。

北京麥克泰軟件技術(shù)有限公司董事長(zhǎng)／北航軟件學(xué)院教師 何小慶

物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)：所見與所行

何老師兼職做北航軟件學(xué)院的講師，他結(jié)合自己去美國(guó)重點(diǎn)大學(xué)參觀訪問的經(jīng)歷，為大家分享了物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的寶貴經(jīng)驗(yàn)。哈佛大學(xué)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)課程也面向本科生，同時(shí)還有課程實(shí)踐，數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、信息安全等內(nèi)容較多。伯克利學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)課程采用的是講座的形式。哥倫比亞大學(xué)電子工程系的課程內(nèi)容則更接近國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)課程，涵蓋嵌入式系統(tǒng)、通信（WiFi和藍(lán)牙）、云計(jì)算平臺(tái)和智慧城市應(yīng)用開發(fā)等內(nèi)容。

何老師分享了北航軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的可穿戴系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課程的主要內(nèi)容，包括：可穿戴系統(tǒng)簡(jiǎn)介、可穿戴系統(tǒng)支撐技術(shù)、可穿戴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和平臺(tái)、藍(lán)牙通信和可穿戴傳感器技術(shù)、MCU、接口、RTOS和GUI、低功耗設(shè)計(jì)和可穿戴創(chuàng)業(yè)等內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)環(huán)境則包含：硬件STM32F401、Nucleo Sensor 和藍(lán)牙擴(kuò)展板和Arduino LCD 擴(kuò)展 板、STM32Cube、OSXMotionFX 傳 感 器 庫(kù) 和BlueNRG 低功耗藍(lán)牙庫(kù)。最后的工程設(shè)計(jì)作業(yè)要用到傳感器算法、App和藍(lán)牙等技術(shù)，并綜合到一個(gè)應(yīng)用里面。

何小慶老師不僅教授給學(xué)生基礎(chǔ)課程，還給予學(xué)生創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)。在教學(xué)中選擇STM32Nucleos的開放式開發(fā)環(huán)境，可以快速地進(jìn)行可穿戴應(yīng)用開發(fā)，而且固件庫(kù)非常豐富、便于應(yīng)用。

自由討論環(huán)節(jié)，聯(lián)誼會(huì)委員、上海復(fù)旦大學(xué)陳章龍教授，清華大學(xué)邵貝貝教授，北大林金龍教授，北理工馬忠梅副教授，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)雜志主編何立民教授以及浙江大學(xué)翁愷博士，諾基亞中國(guó)研究中心原研究員陳燦峰博士等到會(huì)與大家分享了他們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、科研和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的理解，以期幫助大家理清思路，共謀中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、新機(jī)遇。

欲深入了解各位專家的精彩報(bào)告，請(qǐng)登錄聯(lián)誼會(huì)網(wǎng)站www.ebsf.org.cn，或與本刊編輯部聯(lián)系。組成、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、編譯原理等多門硬件類課程的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。突破的關(guān)鍵技術(shù)主要是通過FPGA 操作系統(tǒng)使得FPGA 芯片可觀可控，便于用戶邏輯隨時(shí)更新。

圖8 執(zhí)行用戶程序后遠(yuǎn)程平臺(tái)的結(jié)果展示形式

下一步的工作計(jì)劃是，除了增加更多FPGA 節(jié)點(diǎn)滿足更多用戶的需求外，還將基于該平臺(tái)提供一門課程的具體實(shí)驗(yàn)，為更多MOOC課程基于該平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)提供參考。

需要說明的是，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室在一些方面還無法完全達(dá)到本地實(shí)驗(yàn)室的使用體驗(yàn)，如需要根據(jù)情況更新外設(shè)模塊，或需要用測(cè)試儀器觀察不同引腳等多種情況。但本文提出的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)為大規(guī)模共享硬件平臺(tái)進(jìn)行了有益探索，而且遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室不受時(shí)間、空間限制，隨時(shí)隨地可以進(jìn)行大規(guī)模共享的優(yōu)點(diǎn)也是本地實(shí)驗(yàn)室無法具備的。

關(guān)于作者

任小媛（實(shí)驗(yàn)師），研究方向?yàn)榻换ナ皆O(shè)計(jì)。柴志雷，2006年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)系，獲理學(xué)博士學(xué)位；2010～2011年在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究；現(xiàn)為江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院副教授、研究生導(dǎo)師，擔(dān)任計(jì)算機(jī)系主任。柴志雷是中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)體系結(jié)構(gòu)專業(yè)委員會(huì)委員、嵌入式系統(tǒng)專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)無錫分部委員、ACM 會(huì)員；擔(dān)任多個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)期刊和會(huì)議的審稿人；發(fā)表研究論文50篇左右；獲得中國(guó)商業(yè)聯(lián)合會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)，已授權(quán)2項(xiàng)。他的研究方向?yàn)槊嫦蛑悄軝C(jī)器人的新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所研究的機(jī)器人計(jì)算機(jī)已在多個(gè)單位得到實(shí)際應(yīng)用。