目前很多高校都開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程，有的學(xué)校還有嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的討論也隨之而來(lái)。其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)這個(gè)概念很大，計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的每個(gè)方面，幾乎都可以找到與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，如微處理器架構(gòu)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、算法與控制、接口與通信、操作系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)應(yīng)用等。所以，完整的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該是一個(gè)課程體系、包括一系列的課程。對(duì)于一般學(xué)校的一門嵌入式系統(tǒng)類課程，則不必拘泥（或統(tǒng)一）于某一特定的內(nèi)容，完全可以根據(jù)各自學(xué)校、專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)方案，選定教學(xué)內(nèi)容。為此，我們也查閱了美國(guó)一些高校（如哥倫比亞大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、密西根大學(xué)、伯克利大學(xué)、華盛頓大學(xué)等）的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)各高校相似名稱的課程，教學(xué)內(nèi)容也相差很大，有的偏重于系統(tǒng)建模、有的偏重于系統(tǒng)控制、有的偏重于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。總體而言，偏重于應(yīng)用、控制方面的，選用微控制器（MCU）教學(xué)的較為普遍。
在國(guó)內(nèi)成立嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)校，有條件可以開(kāi)設(shè)一系列的嵌入式系統(tǒng)課程。對(duì)一般學(xué)校來(lái)說(shuō)，涉及嵌入式系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的，可能也就是1～2門課。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，大多是原來(lái)的微機(jī)原理與接口單片機(jī)原理與應(yīng)用這類課程教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)和更新。我們?nèi)A東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系也是如此，目前嵌入式系統(tǒng)原理與實(shí)踐這門課，就是原來(lái)微機(jī)原理與接口嵌入式系統(tǒng)引論的升級(jí)版�？紤]到計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件課程（包括操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等）已經(jīng)很多，所以我們這門課的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)硬件接口方面的知識(shí)，以及具有嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)方法，包括嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、I/O、RTOS、嵌入式應(yīng)用編程等。
嵌入式系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。作為本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程，要抽象出一般嵌入式應(yīng)用共性的知識(shí)和原理，這部分內(nèi)容必須具有基礎(chǔ)性、普適性，不依賴于某個(gè)具體的芯片。然后再選擇某些有代表性的具體芯片作為實(shí)驗(yàn)載體，加強(qiáng)對(duì)原理的理解，掌握應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。平衡好這兩個(gè)方面是嵌入式教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，為此我們結(jié)合自己20多年嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，逐步抽象出符合本學(xué)科專業(yè)教學(xué)要求的嵌入式系統(tǒng)處理器、存儲(chǔ)器、I/O等相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和原理，并選擇了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作為硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)�，F(xiàn)在各種MCU型號(hào)很多，選擇MSP432主要考慮了以下因素。
（1）MSP432基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，采用ARM v7指令集，具有高性能、先進(jìn)性，32位處理器已成主流，教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)。
（2）低功耗是嵌入式系統(tǒng)的重要特性，MSP432既有一般ARM MCU的功能性，也有超低功耗特性，可滿足更多教學(xué)、應(yīng)用需求。
（3）MSP432開(kāi)發(fā)工具完善，可支持多種主流嵌入式開(kāi)發(fā)工具，如Keil MDK、IAR、Eclipse等。
（4）對(duì)于高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，可向TI大學(xué)計(jì)劃申請(qǐng)免費(fèi)的MSP432 LaunchPad。
嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的另一個(gè)難點(diǎn)是動(dòng)手實(shí)踐。一方面，受學(xué)�？傉n時(shí)限制，每周2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)只能讓學(xué)生做一些膚淺的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法做一些復(fù)雜、系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)；另一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，現(xiàn)在IT學(xué)科的學(xué)生普遍喜歡軟件類課程和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，因?yàn)楦鞣N移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如Web、手機(jī)App應(yīng)用開(kāi)發(fā)更方便、有趣。為突破這個(gè)難題，提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì)、把嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，我們和阿里巴巴、半導(dǎo)體芯片公司TI合作，開(kāi)發(fā)了基于阿里云IoT平臺(tái)和AliOS Things的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，把手機(jī)App作為嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，并可在Internet上實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特色如下。
（1）簡(jiǎn)單。硬件采用口袋板形式（名片大�。�，課程一開(kāi)始就發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可在任何時(shí)間自行進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)；而在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的時(shí)間可以進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，大大增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、動(dòng)手和創(chuàng)新能力。
（2）豐富。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，可做一般嵌入式系統(tǒng)課程要求的所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；并帶有Arduino擴(kuò)展接口，可進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
（3）有趣。配接聯(lián)網(wǎng)模塊，既可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案，也可用手機(jī)App進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。
（4）真實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方案采用阿里云IoT平臺(tái)，安全、穩(wěn)定、有彈性，可用于實(shí)際IoT產(chǎn)品和項(xiàng)目，所學(xué)即所用。
（5）完善。教材、課件PPT、作業(yè)、答案等配套資源完善，可零起點(diǎn)學(xué)習(xí)使用嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。教師還可以在網(wǎng)上查看、統(tǒng)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)情況。
（6）免費(fèi)。對(duì)于高校教學(xué)，可申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)板卡、IoT云系統(tǒng)使用全免費(fèi)。
嵌入式應(yīng)用幾乎無(wú)所不在，物聯(lián)網(wǎng)給嵌入式系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)巨大機(jī)遇。從某種角度上說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)也可看作是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的物，基本上都是各種嵌入式設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，嵌入式軟件日趨復(fù)雜，需要針對(duì)應(yīng)用趨勢(shì)，學(xué)習(xí)高效的嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，包括RTOS、物聯(lián)網(wǎng)OS、IoT云平臺(tái)等。對(duì)于一般嵌入式開(kāi)發(fā)，本書(shū)介紹了FreeRTOS。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，本書(shū)簡(jiǎn)單介紹了AliOS Things和阿里云IoT平臺(tái)，并介紹了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例。
考慮到教學(xué)內(nèi)容的完整性、學(xué)生基礎(chǔ)的差異性以及學(xué)習(xí)參考的便利，本書(shū)的后面幾章還補(bǔ)充了嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法、嵌入式C語(yǔ)言基礎(chǔ)、軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及低功耗設(shè)計(jì)和電磁兼容性方面的基礎(chǔ)知識(shí)。
華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期重視產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，與多家全球著名的半導(dǎo)體廠商（如TI、Microchip、ST等）和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)（如阿里云、微軟Azure等）合作，在MCU和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、推廣方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)內(nèi)容是結(jié)合了我們多年課程教學(xué)及MCU和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)編寫整理而成的，并經(jīng)過(guò)了多屆學(xué)生的試用，反響良好。
參與本書(shū)編寫和資料整理、硬件設(shè)計(jì)和代碼驗(yàn)證等工作的，還有華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系林雯、陶立清、常艷杰、王同樂(lè)、張炤、張紅艷、陳子炎、周劍晟、郝立平，上海大學(xué)李晉等。在本書(shū)成稿過(guò)程中，得到了TI大學(xué)計(jì)劃經(jīng)理王承寧、潘亞濤、鐘舒陽(yáng)，阿里巴巴IoT事業(yè)部總經(jīng)理庫(kù)偉、巍騖、孟子，清華大學(xué)出版社鄧艷的大力支持。在此向他們表示衷心的感謝。
由于時(shí)間倉(cāng)促和水平所限，書(shū)中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以便我們及時(shí)修正。

目前很多高校都開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程，有的學(xué)校還有嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的討論也隨之而來(lái)。其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)這個(gè)概念很大，計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的每個(gè)方面，幾乎都可以找到與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，如微處理器架構(gòu)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、算法與控制、接口與通信、操作系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)應(yīng)用等。所以，完整的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該是一個(gè)課程體系、包括一系列的課程。對(duì)于一般學(xué)校的一門嵌入式系統(tǒng)類課程，則不必拘泥（或統(tǒng)一）于某一特定的內(nèi)容，完全可以根據(jù)各自學(xué)校、專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)方案，選定教學(xué)內(nèi)容。為此，我們也查閱了美國(guó)一些高校（如哥倫比亞大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、密西根大學(xué)、伯克利大學(xué)、華盛頓大學(xué)等）的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)各高校相似名稱的課程，教學(xué)內(nèi)容也相差很大，有的偏重于系統(tǒng)建模、有的偏重于系統(tǒng)控制、有的偏重于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)�？傮w而言，偏重于應(yīng)用、控制方面的，選用微控制器（MCU）教學(xué)的較為普遍。
在國(guó)內(nèi)成立嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)校，有條件可以開(kāi)設(shè)一系列的嵌入式系統(tǒng)課程。對(duì)一般學(xué)校來(lái)說(shuō)，涉及嵌入式系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的，可能也就是1～2門課。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，大多是原來(lái)的微機(jī)原理與接口單片機(jī)原理與應(yīng)用這類課程教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)和更新。我們?nèi)A東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系也是如此，目前嵌入式系統(tǒng)原理與實(shí)踐這門課，就是原來(lái)微機(jī)原理與接口嵌入式系統(tǒng)引論的升級(jí)版�？紤]到計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件課程（包括操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等）已經(jīng)很多，所以我們這門課的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)硬件接口方面的知識(shí)，以及具有嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)方法，包括嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、I/O、RTOS、嵌入式應(yīng)用編程等。
嵌入式系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。作為本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程，要抽象出一般嵌入式應(yīng)用共性的知識(shí)和原理，這部分內(nèi)容必須具有基礎(chǔ)性、普適性，不依賴于某個(gè)具體的芯片。然后再選擇某些有代表性的具體芯片作為實(shí)驗(yàn)載體，加強(qiáng)對(duì)原理的理解，掌握應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。平衡好這兩個(gè)方面是嵌入式教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，為此我們結(jié)合自己20多年嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，逐步抽象出符合本學(xué)科專業(yè)教學(xué)要求的嵌入式系統(tǒng)處理器、存儲(chǔ)器、I/O等相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和原理，并選擇了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作為硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)�，F(xiàn)在各種MCU型號(hào)很多，選擇MSP432主要考慮了以下因素。
（1）MSP432基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，采用ARM v7指令集，具有高性能、先進(jìn)性，32位處理器已成主流，教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)。
（2）低功耗是嵌入式系統(tǒng)的重要特性，MSP432既有一般ARM MCU的功能性，也有超低功耗特性，可滿足更多教學(xué)、應(yīng)用需求。
（3）MSP432開(kāi)發(fā)工具完善，可支持多種主流嵌入式開(kāi)發(fā)工具，如Keil MDK、IAR、Eclipse等。
（4）對(duì)于高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，可向TI大學(xué)計(jì)劃申請(qǐng)免費(fèi)的MSP432 LaunchPad。
嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的另一個(gè)難點(diǎn)是動(dòng)手實(shí)踐。一方面，受學(xué)�？傉n時(shí)限制，每周2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)只能讓學(xué)生做一些膚淺的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法做一些復(fù)雜、系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)；另一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，現(xiàn)在IT學(xué)科的學(xué)生普遍喜歡軟件類課程和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，因?yàn)楦鞣N移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如Web、手機(jī)App應(yīng)用開(kāi)發(fā)更方便、有趣。為突破這個(gè)難題，提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì)、把嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，我們和阿里巴巴、半導(dǎo)體芯片公司TI合作，開(kāi)發(fā)了基于阿里云IoT平臺(tái)和AliOS Things的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，把手機(jī)App作為嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，并可在Internet上實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特色如下。
（1）簡(jiǎn)單。硬件采用口袋板形式（名片大�。�，課程一開(kāi)始就發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可在任何時(shí)間自行進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)；而在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的時(shí)間可以進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，大大增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、動(dòng)手和創(chuàng)新能力。
（2）豐富。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，可做一般嵌入式系統(tǒng)課程要求的所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；并帶有Arduino擴(kuò)展接口，可進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
（3）有趣。配接聯(lián)網(wǎng)模塊，既可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案，也可用手機(jī)App進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。
（4）真實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方案采用阿里云IoT平臺(tái)，安全、穩(wěn)定、有彈性，可用于實(shí)際IoT產(chǎn)品和項(xiàng)目，所學(xué)即所用。
（5）完善。教材、課件PPT、作業(yè)、答案等配套資源完善，可零起點(diǎn)學(xué)習(xí)使用嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。教師還可以在網(wǎng)上查看、統(tǒng)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)情況。
（6）免費(fèi)。對(duì)于高校教學(xué)，可申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)板卡、IoT云系統(tǒng)使用全免費(fèi)。
嵌入式應(yīng)用幾乎無(wú)所不在，物聯(lián)網(wǎng)給嵌入式系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)巨大機(jī)遇。從某種角度上說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)也可看作是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的物，基本上都是各種嵌入式設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，嵌入式軟件日趨復(fù)雜，需要針對(duì)應(yīng)用趨勢(shì)，學(xué)習(xí)高效的嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，包括RTOS、物聯(lián)網(wǎng)OS、IoT云平臺(tái)等。對(duì)于一般嵌入式開(kāi)發(fā)，本書(shū)介紹了FreeRTOS。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，本書(shū)簡(jiǎn)單介紹了AliOS Things和阿里云IoT平臺(tái)，并介紹了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例。
考慮到教學(xué)內(nèi)容的完整性、學(xué)生基礎(chǔ)的差異性以及學(xué)習(xí)參考的便利，本書(shū)的后面幾章還補(bǔ)充了嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法、嵌入式C語(yǔ)言基礎(chǔ)、軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及低功耗設(shè)計(jì)和電磁兼容性方面的基礎(chǔ)知識(shí)。
華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期重視產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，與多家全球著名的半導(dǎo)體廠商（如TI、Microchip、ST等）和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)（如阿里云、微軟Azure等）合作，在MCU和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、推廣方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)內(nèi)容是結(jié)合了我們多年課程教學(xué)及MCU和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)編寫整理而成的，并經(jīng)過(guò)了多屆學(xué)生的試用，反響良好。
參與本書(shū)編寫和資料整理、硬件設(shè)計(jì)和代碼驗(yàn)證等工作的，還有華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系林雯、陶立清、常艷杰、王同樂(lè)、張炤、張紅艷、陳子炎、周劍晟、郝立平，上海大學(xué)李晉等。在本書(shū)成稿過(guò)程中，得到了TI大學(xué)計(jì)劃經(jīng)理王承寧、潘亞濤、鐘舒陽(yáng)，阿里巴巴IoT事業(yè)部總經(jīng)理庫(kù)偉、巍騖、孟子，清華大學(xué)出版社鄧艷的大力支持。在此向他們表示衷心的感謝。
由于時(shí)間倉(cāng)促和水平所限，書(shū)中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以便我們及時(shí)修正。

目前很多高校都開(kāi)設(shè)了嵌入式系統(tǒng)課程，有的學(xué)校還有嵌入式系統(tǒng)專業(yè)，關(guān)于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的討論也隨之而來(lái)。其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)這個(gè)概念很大，計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的每個(gè)方面，幾乎都可以找到與嵌入式系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，如微處理器架構(gòu)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、算法與控制、接口與通信、操作系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、單片機(jī)應(yīng)用等。所以，完整的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)該是一個(gè)課程體系、包括一系列的課程。對(duì)于一般學(xué)校的一門嵌入式系統(tǒng)類課程，則不必拘泥（或統(tǒng)一）于某一特定的內(nèi)容，完全可以根據(jù)各自學(xué)校、專業(yè)的特點(diǎn)和培養(yǎng)方案，選定教學(xué)內(nèi)容。為此，我們也查閱了美國(guó)一些高校（如哥倫比亞大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、密西根大學(xué)、伯克利大學(xué)、華盛頓大學(xué)等）的嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)各高校相似名稱的課程，教學(xué)內(nèi)容也相差很大，有的偏重于系統(tǒng)建模、有的偏重于系統(tǒng)控制、有的偏重于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)�？傮w而言，偏重于應(yīng)用、控制方面的，選用微控制器（MCU）教學(xué)的較為普遍。
在國(guó)內(nèi)成立嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的學(xué)校，有條件可以開(kāi)設(shè)一系列的嵌入式系統(tǒng)課程。對(duì)一般學(xué)校來(lái)說(shuō)，涉及嵌入式系統(tǒng)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容的，可能也就是1～2門課。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)而言，大多是原來(lái)的微機(jī)原理與接口單片機(jī)原理與應(yīng)用這類課程教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)和更新。我們?nèi)A東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系也是如此，目前嵌入式系統(tǒng)原理與實(shí)踐這門課，就是原來(lái)微機(jī)原理與接口嵌入式系統(tǒng)引論的升級(jí)版�？紤]到計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件課程（包括操作系統(tǒng)、編程語(yǔ)言等）已經(jīng)很多，所以我們這門課的教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)是嵌入式系統(tǒng)硬件接口方面的知識(shí)，以及具有嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)方法，包括嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、I/O、RTOS、嵌入式應(yīng)用編程等。
嵌入式系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。作為本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程，要抽象出一般嵌入式應(yīng)用共性的知識(shí)和原理，這部分內(nèi)容必須具有基礎(chǔ)性、普適性，不依賴于某個(gè)具體的芯片。然后再選擇某些有代表性的具體芯片作為實(shí)驗(yàn)載體，加強(qiáng)對(duì)原理的理解，掌握應(yīng)用設(shè)計(jì)方法。平衡好這兩個(gè)方面是嵌入式教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)，為此我們結(jié)合自己20多年嵌入式系統(tǒng)教學(xué)、科研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，逐步抽象出符合本學(xué)科專業(yè)教學(xué)要求的嵌入式系統(tǒng)處理器、存儲(chǔ)器、I/O等相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和原理，并選擇了基于ARM Cortex-M4的超低功耗微控制器MSP432作為硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。現(xiàn)在各種MCU型號(hào)很多，選擇MSP432主要考慮了以下因素。
（1）MSP432基于ARM Cortex-M4內(nèi)核，采用ARM v7指令集，具有高性能、先進(jìn)性，32位處理器已成主流，教學(xué)內(nèi)容必須與時(shí)俱進(jìn)。
（2）低功耗是嵌入式系統(tǒng)的重要特性，MSP432既有一般ARM MCU的功能性，也有超低功耗特性，可滿足更多教學(xué)、應(yīng)用需求。
（3）MSP432開(kāi)發(fā)工具完善，可支持多種主流嵌入式開(kāi)發(fā)工具，如Keil MDK、IAR、Eclipse等。
（4）對(duì)于高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求，可向TI大學(xué)計(jì)劃申請(qǐng)免費(fèi)的MSP432 LaunchPad。
嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的另一個(gè)難點(diǎn)是動(dòng)手實(shí)踐。一方面，受學(xué)校總課時(shí)限制，每周2課時(shí)的實(shí)驗(yàn)只能讓學(xué)生做一些膚淺的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無(wú)法做一些復(fù)雜、系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)；另一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，現(xiàn)在IT學(xué)科的學(xué)生普遍喜歡軟件類課程和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，因?yàn)楦鞣N移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如Web、手機(jī)App應(yīng)用開(kāi)發(fā)更方便、有趣。為突破這個(gè)難題，提高學(xué)生對(duì)嵌入式系統(tǒng)的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì)、把嵌入式系統(tǒng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，我們和阿里巴巴、半導(dǎo)體芯片公司TI合作，開(kāi)發(fā)了基于阿里云IoT平臺(tái)和AliOS Things的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，把手機(jī)App作為嵌入式系統(tǒng)的人機(jī)交互接口，并可在Internet上實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特色如下。
（1）簡(jiǎn)單。硬件采用口袋板形式（名片大�。�，課程一開(kāi)始就發(fā)給學(xué)生，學(xué)生可在任何時(shí)間自行進(jìn)行編程實(shí)驗(yàn)；而在實(shí)驗(yàn)室規(guī)定的時(shí)間可以進(jìn)行更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，大大增加了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、動(dòng)手和創(chuàng)新能力。
（2）豐富。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，可做一般嵌入式系統(tǒng)課程要求的所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；并帶有Arduino擴(kuò)展接口，可進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
（3）有趣。配接聯(lián)網(wǎng)模塊，既可實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方案，也可用手機(jī)App進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。
（4）真實(shí)。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)方案采用阿里云IoT平臺(tái)，安全、穩(wěn)定、有彈性，可用于實(shí)際IoT產(chǎn)品和項(xiàng)目，所學(xué)即所用。
（5）完善。教材、課件PPT、作業(yè)、答案等配套資源完善，可零起點(diǎn)學(xué)習(xí)使用嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。教師還可以在網(wǎng)上查看、統(tǒng)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)情況。
（6）免費(fèi)。對(duì)于高校教學(xué)，可申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)板卡、IoT云系統(tǒng)使用全免費(fèi)。
嵌入式應(yīng)用幾乎無(wú)所不在，物聯(lián)網(wǎng)給嵌入式系統(tǒng)發(fā)展帶來(lái)巨大機(jī)遇。從某種角度上說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)也可看作是嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的物，基本上都是各種嵌入式設(shè)備。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，嵌入式軟件日趨復(fù)雜，需要針對(duì)應(yīng)用趨勢(shì)，學(xué)習(xí)高效的嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)技術(shù)，包括RTOS、物聯(lián)網(wǎng)OS、IoT云平臺(tái)等。對(duì)于一般嵌入式開(kāi)發(fā)，本書(shū)介紹了FreeRTOS。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)，本書(shū)簡(jiǎn)單介紹了AliOS Things和阿里云IoT平臺(tái)，并介紹了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例。
考慮到教學(xué)內(nèi)容的完整性、學(xué)生基礎(chǔ)的差異性以及學(xué)習(xí)參考的便利，本書(shū)的后面幾章還補(bǔ)充了嵌入式軟件設(shè)計(jì)方法、嵌入式C語(yǔ)言基礎(chǔ)、軟硬件開(kāi)發(fā)環(huán)境以及低功耗設(shè)計(jì)和電磁兼容性方面的基礎(chǔ)知識(shí)。
華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期重視產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，與多家全球著名的半導(dǎo)體廠商（如TI、Microchip、ST等）和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)（如阿里云、微軟Azure等）合作，在MCU和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、推廣方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本書(shū)內(nèi)容是結(jié)合了我們多年課程教學(xué)及MCU和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)編寫整理而成的，并經(jīng)過(guò)了多屆學(xué)生的試用，反響良好。
參與本書(shū)編寫和資料整理、硬件設(shè)計(jì)和代碼驗(yàn)證等工作的，還有華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系林雯、陶立清、常艷杰、王同樂(lè)、張炤、張紅艷、陳子炎、周劍晟、郝立平，上海大學(xué)李晉等。在本書(shū)成稿過(guò)程中，得到了TI大學(xué)計(jì)劃經(jīng)理王承寧、潘亞濤、鐘舒陽(yáng)，阿里巴巴IoT事業(yè)部總經(jīng)理庫(kù)偉、巍騖、孟子，清華大學(xué)出版社鄧艷的大力支持。在此向他們表示衷心的感謝。
由于時(shí)間倉(cāng)促和水平所限，書(shū)中難免存在不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正，以便我們及時(shí)修正。

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