Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實驗室)助力探索IoT（物聯(lián)網(wǎng)）世界

Imagination大學(xué)計劃（IUP）今年推出的最重要的一項就是“Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實驗室)”，它其實是一項為期一個學(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。

Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實驗室)能夠讓學(xué)生了解基本的微控制器和I/O特性，了解實時操作系統(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。

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)里推廣這一實踐課程。Microchip公司設(shè)計了PIC32 MCU，是系統(tǒng)的核心，同時也提供了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)計實現(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，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建項目工程。

目前市場上有很多廉價的微控制器硬件平臺，但是這會給學(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。對于這么低廉的價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)的時候，這些工具和板卡簡直就是噩夢。在這項課程里我們認(rèn)真的選擇了穩(wěn)定可靠的工具和板卡，每款硬件平臺成本價為100美元。這是一個完整的實驗平臺而且會一直持續(xù)下去。

如果你接觸過chipKIT開發(fā)板卡或者PIC32微控制器，你就會對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)后他們可能將不會再接觸8051單片機，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IoT系統(tǒng)并且實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)與云服務(wù)連接對于處理器的要求是很苛刻的?？梢哉f32位處理器是一個不錯的選擇：提供強大的資源同時簡化軟件設(shè)計。這個行業(yè)對于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)人員的需求不斷增加，而且對于互聯(lián)性的要求驅(qū)使32位處理器不斷取代8位和16位器件。

? 面市時間：在大部分應(yīng)用中，實現(xiàn)絕對的低成本并不是最主要的目標(biāo)。滿足市場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：我仍然記得某個公司設(shè)計了自己的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。對于微控制器32位是大勢所趨。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身體也會跟著進(jìn)來。”

Connected MCU Lab(互聯(lián)MCU實驗室)課程首先會向一年級或者二年級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。大約需要16周的時間，但是不會對某個話題進(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讓學(xué)生對IoT開發(fā)有初步的認(rèn)識了解，但是不會太深入…，我們的目的是通過學(xué)生親手實踐讓他們對IoT概念產(chǎn)生興趣，引導(dǎo)他們以后會深入學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)和IoT相關(guān)的課程。

實驗室VS工程項目

這個課程通過一個學(xué)期的時間讓學(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，大部分編程活動都是實驗室聯(lián)系并且有明確的一步一步的指導(dǎo)說明。

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