Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實(shí)驗(yàn)室)助力探索IoT（物聯(lián)網(wǎng)）世界

Imagination大學(xué)計(jì)劃（IUP）今年推出的最重要的一項(xiàng)就是“Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實(shí)驗(yàn)室)”，它其實(shí)是一項(xiàng)為期一個(gè)學(xué)期的開發(fā)課程，它為教師提供了充足的資源可以教本科類學(xué)生基本的MCU和IoT相關(guān)的知識(shí)。

Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實(shí)驗(yàn)室)能夠讓學(xué)生了解基本的微控制器和I/O特性，了解實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的概念和先進(jìn)的處理器架構(gòu)，最后能夠理解云互聯(lián)規(guī)則。學(xué)生借助開源的“Creator IoT框架”可以查看云端數(shù)據(jù)以及遠(yuǎn)程訪問MCU節(jié)點(diǎn)。

目前已經(jīng)有兩家公司和我們一起在世界范圍內(nèi)的大學(xué)里推廣這一實(shí)踐課程。Microchip公司設(shè)計(jì)了PIC32 MCU，是系統(tǒng)的核心，同時(shí)也提供了PICkit 3 調(diào)試/編程器和軟件工具，包括MPLAB X IDE和MPLAB兼容開發(fā)庫。Digilent公司設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高性能chipKIT Wi-FIRE板卡，為學(xué)生們提供了穩(wěn)定可靠的硬件平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建項(xiàng)目工程。

目前市場(chǎng)上有很多廉價(jià)的微控制器硬件平臺(tái)，但是這會(huì)給學(xué)生們帶來很多潛在的不便：異常bug、連接器異常以及板卡易壞。對(duì)于這么低廉的價(jià)格他們卻承諾了很多，但是如果你的學(xué)生充滿熱情想學(xué)習(xí)的時(shí)候，這些工具和板卡簡直就是噩夢(mèng)。在這項(xiàng)課程里我們認(rèn)真的選擇了穩(wěn)定可靠的工具和板卡，每款硬件平臺(tái)成本價(jià)為100美元。這是一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)而且會(huì)一直持續(xù)下去。

如果你接觸過chipKIT開發(fā)板卡或者PIC32微控制器，你就會(huì)對(duì)Microchip和Digilent非常熟悉。ChipKIT Wi-FIRE板卡就是基于PIC32MZ EF微控制器。

為什么采用32位？

Microchip公司提供的PIC32系列MCU有如下三個(gè)版本：

? PIC32MX系列集成了早期的MIPS M4K處理器內(nèi)核
? 最新的低成本PIC32MM系列是基于MIPS microcAptiy內(nèi)核（這與MIPSfpga計(jì)算架構(gòu)課程中采用的處理器內(nèi)核相同）
? PIC32MZ采用的是MIPS勇士M系列處理器內(nèi)核（目前已經(jīng)可供研究人員使用）

那么為什么32位處理器這么重要呢？我們認(rèn)為有一下四個(gè)關(guān)鍵的因素：

? 行業(yè)內(nèi)已經(jīng)普遍采用32位處理器：雖然一些供應(yīng)商仍然提供8位的處理器，但是在各種設(shè)計(jì)中的采用率已經(jīng)非常小了（區(qū)別MCU的使用量）。仍然采用8051進(jìn)行教學(xué)的應(yīng)該考慮更新?lián)Q代了，當(dāng)學(xué)生們畢業(yè)后他們可能將不會(huì)再接觸8051單片機(jī)，是不是應(yīng)該交給他們一些更需要的東西呢？

? 互聯(lián)性：創(chuàng)建一個(gè)IoT系統(tǒng)并且實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與云服務(wù)連接對(duì)于處理器的要求是很苛刻的?？梢哉f32位處理器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇：提供強(qiáng)大的資源同時(shí)簡化軟件設(shè)計(jì)。這個(gè)行業(yè)對(duì)于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的需求不斷增加，而且對(duì)于互聯(lián)性的要求驅(qū)使32位處理器不斷取代8位和16位器件。

? 面市時(shí)間：在大部分應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的低成本并不是最主要的目標(biāo)。滿足市場(chǎng)需求往往更加的重要。32位MCU的軟件開發(fā)工具更加容易操作，并且提供強(qiáng)大的調(diào)試和編譯工具。

? 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是32位處理器：我仍然記得某個(gè)公司設(shè)計(jì)了自己的CPU架構(gòu)并且推出了自己的MCU產(chǎn)品。使用量的增長使得成本不斷降低，涌現(xiàn)出更多更好的開發(fā)工具，使得尋找一款符合設(shè)計(jì)要求的MCU變得更加容易。如今使用量最多的三款CPU架構(gòu)是：ARM、x86和MIPS。對(duì)于微控制器32位是大勢(shì)所趨。很多公司都已經(jīng)在采用MIPS架構(gòu)的微控制器：聯(lián)發(fā)科、三星、高通和Microchip都使用MIPS作為IoT的解決方案。

我們的方法

雖然這樣描述很奇怪但是很貼切形象：“如果駱駝的鼻子伸進(jìn)到帳篷里那么它的整個(gè)身體也會(huì)跟著進(jìn)來?！?/p>

Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實(shí)驗(yàn)室)課程首先會(huì)向一年級(jí)或者二年級(jí)的本科生介紹嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的必備知識(shí)。大約需要16周的時(shí)間，但是不會(huì)對(duì)某個(gè)話題進(jìn)行太深入的討論。這些需要學(xué)生日后更加集中的學(xué)習(xí)或者完全自學(xué)來加深理解。

因此通過這些課程我們會(huì)讓學(xué)生對(duì)IoT開發(fā)有初步的認(rèn)識(shí)了解，但是不會(huì)太深入…，我們的目的是通過學(xué)生親手實(shí)踐讓他們對(duì)IoT概念產(chǎn)生興趣，引導(dǎo)他們以后會(huì)深入學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)和IoT相關(guān)的課程。

實(shí)驗(yàn)室VS工程項(xiàng)目

這個(gè)課程通過一個(gè)學(xué)期的時(shí)間讓學(xué)生接觸廣泛的學(xué)習(xí)資料。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一做法，大部分編程活動(dòng)都是實(shí)驗(yàn)室聯(lián)系并且有明確的一步一步的指導(dǎo)說明。

這與實(shí)際的工程項(xiàng)目不同，這里主要是學(xué)生設(shè)計(jì)和搭建程序。片面的將本課程的編程練習(xí)當(dāng)做一個(gè)工程會(huì)導(dǎo)致不好的結(jié)果，會(huì)讓學(xué)生泄氣而失去學(xué)習(xí)的興趣。這個(gè)課程的方法也對(duì)指導(dǎo)教師提出了時(shí)間上的要求。