嵌入式网络通信开发应用 怯肇乾著 9787512401792 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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怯肇乾著 著

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出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512401792

商品编码：29573381322

包装：平装

出版时间：2010-09-01

基本信息

书名：嵌入式网络通信开发应用

定价：49.50元

作者：怯肇乾著

出版社：北京航空航天大学出版社

出版日期：2010-09-01

ISBN：9787512401792

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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随着科学技术现代化的迅猛发展和生产生活需求的日益强烈，嵌入式网络通信的需求更加广大，应用更加广泛，可靠高效性要求越来越高，信息流量也越来越大。如何在保持嵌入式系统高度稳定可靠和快速实时响应的基础上选择或者构建合适高的通信网络，以*小的系统资源占有量迅速开发出稳定高效的通信体系，实现简易方便、高的网络互联，展开及时可靠的数据信息交互，使嵌入式应用系统更好地融入有线、无线网络环境，本书对这些进行了全面的探索和综合性的阐述。

内容提要

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本书首先简要介绍了嵌入式网络通信体系开发的硬件、软件及其通信网络的基础知识，汇总了常见的有线和无线通信形式及其实现，说明了嵌入式网络通信体系软/硬件设计的核心思想。接着分章逐一阐述了常见有线网络通信中的UART485、CAN、EMAC、LonWorks等现场总线和无线网络通信中的ZigBee、IrDA、卫星信号、GSM/CDMA/3G移动通信、BlueTooth、WiFi、简易无线通信等形式；每章都说明了该网络通信的基本特点、拓扑架构和协议规约构成，叙述了软/硬件设计实现的方法步骤，重点阐述了通信接口器件或模块的选择与使用、基本配置/数据收(读)发(写)/异常处理等底层驱动软件的开发、通信协议的简化与实现、应用程序的驱动调用或嵌入式操作系统下的通信套接操作，特别是网络通信接口电路的设计、驱动/应用程序的设计与跟踪调试/测试等重要环节；每章2/3左右的篇幅都用于列举大量的工程项目开发设计实例。
本书特别适合于从事嵌入式应用系统设计的广大技术人员，也是高校/职校嵌入式系统软/硬件设计与机电一体化专业教育培训的参考书。

目录

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作者介绍

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怯肇乾(1969-)，男，河南汝州人，电子与信息技术高级工程师，嵌入式系统设计师/培训师。怯公，多年从事软硬件体系及其系统工程设计，熟知Widows、Linux等应用程序设计，熟知、J2EE架构及其跨平台程序设计，熟知FPGA—SoPC软硬件协同设计，特别是嵌入式系统及其μc/Os、μ

文摘

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序言

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《嵌入式系统网络通信技术深度解析》 内容概述 本书旨在为读者提供一个全面而深入的嵌入式系统网络通信技术学习平台，内容涵盖从基础概念到高级应用的各个层面。本书并非仅仅罗列技术名词，而是力求通过严谨的逻辑、翔实的案例和循序渐进的讲解，帮助读者构建起扎实的理论基础，并能灵活运用到实际的嵌入式开发项目中。 第一部分：嵌入式网络通信基础 在当今高度互联的时代，嵌入式系统早已不再是孤立的个体。理解其网络通信能力是现代嵌入式开发的核心技能之一。本部分将从最基础的层面出发，为读者铺设通往复杂网络世界的基石。 1.1 嵌入式系统概述与网络化需求分析： 嵌入式系统的定义与特点： 深入剖析嵌入式系统的本质，包括其专用性、实时性、资源受限性等关键特征。我们将探讨不同类型的嵌入式系统，例如微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）等，以及它们在不同应用场景下的典型设计考量。 嵌入式系统为何需要网络通信？ 详细阐述嵌入式系统进行网络通信的驱动力。我们将分析物联网（IoT）、工业自动化、智能家居、医疗设备、车载系统等领域对嵌入式设备互联互通的迫切需求。从数据采集、远程控制、状态监测、协同工作到系统升级，多角度呈现网络通信在提升嵌入式系统价值和功能上的重要作用。 网络通信的基本概念与分类： 介绍网络通信的底层逻辑，包括数据传输的基本原理，如比特、字节、帧、包等概念。我们会梳理不同层面的网络通信分类，例如局域网（LAN）、广域网（WAN）、城域网（MAN）等。重点会放在嵌入式系统常接触到的通信范畴，如设备级通信（串行通信）、本地网络通信（以太网）和广域网络通信（无线网络）。 OSI七层模型与TCP/IP协议栈： 对网络通信领域最核心的两个模型进行详尽讲解。OSI七层模型将作为理论框架，帮助我们理解网络通信的逻辑分层和各层职责。在此基础上，重点深入剖析TCP/IP协议栈，这是当前互联网和绝大多数嵌入式网络通信的事实标准。我们将逐层讲解TCP/IP协议栈的构成，包括应用层（HTTP, FTP, SMTP等）、传输层（TCP, UDP）、网络层（IP, ICMP）和数据链路层（Ethernet, Wi-Fi），并重点强调它们在嵌入式系统中的具体应用和选择考量。 1.2 嵌入式系统常用的网络协议详解： IP协议（IPv4/IPv6）： 深入理解IP地址分配、子网划分、路由选择等机制，以及IPv4向IPv6演进的必要性和技术细节。我们将探讨在资源受限的嵌入式环境中，如何有效地管理和使用IP地址。 TCP协议： 剖析TCP的连接建立（三次握手）、数据传输（可靠性、有序性、流量控制、拥塞控制）和连接终止（四次挥手）的完整过程。针对嵌入式系统的实时性和资源限制，我们将讨论TCP的优缺点以及在特定场景下的适用性。 UDP协议： 讲解UDP的无连接、不可靠但高效的特性，以及其在实时性要求高、对丢包容忍度较高的应用中的优势。我们会通过对比TCP和UDP，帮助读者理解何时选择哪种协议。 HTTP协议： 作为应用层最常用的协议之一，我们将详细介绍HTTP的请求/响应模型、方法（GET, POST等）、状态码、头部信息以及其在嵌入式Web服务器、数据交互中的应用。 MQTT协议： 重点介绍MQTT作为轻量级的发布/订阅消息协议，在物联网场景下的重要性。我们将深入讲解其主题（Topic）、发布者（Publisher）、订阅者（Subscriber）、代理（Broker）等核心概念，以及它如何实现低功耗、高效率的设备间通信。 CoAP协议： 讲解CoAP作为专为受限设备设计的RESTful传输协议，其与HTTP的异同，以及在低功耗无线传感器网络（WSN）中的应用优势。 其他常用协议（简介）： 简要介绍诸如FTP、Telnet、SNMP、DNS等在嵌入式系统中有时也会涉及到的协议，以及它们各自的应用场景。 第二部分：嵌入式系统网络通信硬件接口与驱动 软件协议的实现离不开相应的硬件支持。本部分将聚焦于嵌入式系统中的网络通信硬件接口，以及如何通过驱动程序来控制和管理这些硬件。 2.1 嵌入式网络通信硬件接口： 以太网接口（Ethernet）： 深入讲解以太网的物理层（PHY）和MAC层（Media Access Control）的工作原理。介绍常见的以太网接口芯片（如RTL8019AS, ENC28J60, DP83848等）及其接口特性（MII, RMII, GMII等）。 Wi-Fi模块与接口： 介绍Wi-Fi的工作原理（IEEE 802.11系列标准），包括SSID、认证、加密等概念。重点讲解常见的Wi-Fi模块（如ESP8266, ESP32, CC3200等）及其与嵌入式主控芯片的通信接口（UART, SPI, SDIO）。 蓝牙模块与接口： 讲解蓝牙（Classic Bluetooth, Bluetooth Low Energy - BLE）的工作原理和协议栈。介绍常见的蓝牙模块（如HC-05, nRF52系列, TI CC2541等）及其通信接口。 蜂窝网络模块（2G/3G/4G/5G）： 介绍蜂窝网络的通信原理，包括SIM卡、基站、网络运营商等。讲解常见的蜂窝模块（如SIMCOM系列, Quectel系列）及其AT命令接口，以及在嵌入式系统中实现数据通信的方法。 LoRa/NB-IoT等低功耗广域网（LPWAN）模块： 介绍LPWAN技术的特点和优势，特别是在物联网领域的应用。讲解LoRa和NB-IoT等技术的工作原理，以及相应的模块和接口。 RS-485/CAN总线等工业现场总线： 介绍这些在工业自动化领域广泛应用的现场总线技术，包括其差分信号传输、多主/多从通信机制，以及在嵌入式系统中的接口和驱动。 2.2 网络驱动程序开发： 驱动程序的基本概念与作用： 解释驱动程序在硬件和操作系统之间扮演的桥梁角色，以及其对硬件资源的抽象和管理。 Linux下的网络驱动开发： 以Linux操作系统为例，详细讲解网络驱动的开发流程。包括理解Linux内核的网络子系统（Netfilter, Netdev等）、编写设备树（Device Tree）描述硬件、实现网卡驱动的probe、open、stop、tx、rx等核心函数。 RTOS下的网络驱动开发： 介绍在实时操作系统（RTOS）中开发网络驱动的特点和方法，例如FreeRTOS、RT-Thread等。重点讲解RTOS的网络协议栈集成和驱动适配。 硬件抽象层（HAL）与驱动的接口设计： 讨论如何设计清晰的硬件抽象层，以降低上层应用对具体硬件的依赖，提高代码的可移植性。 调试与性能优化： 提供在驱动开发过程中常用的调试技巧和工具（如`ethtool`, `tcpdump`, `wireshark`在嵌入式环境中的应用），以及如何对驱动进行性能优化，以满足嵌入式系统对资源和效率的要求。 第三部分：嵌入式系统网络通信软件栈与应用开发 掌握了基础理论和硬件驱动，本部分将聚焦于嵌入式系统中的网络通信软件栈的实现，以及如何基于这些软件栈进行实际的应用开发。 3.1 嵌入式网络协议栈的移植与配置： lwIP（lightweight IP）协议栈： 详细介绍lwIP的特点、架构、API接口，以及如何在裸机或RTOS环境下移植和配置lwIP。重点讲解其在内存管理、TCP/UDP实现、PPP/PPPoE等方面的特性。 FreeRTOS+TCP / RT-Thread Netconn / Zephyr Net API等RTOS内置协议栈： 介绍主流RTOS自带的网络协议栈，分析它们的优势和适用场景，以及如何集成和使用。 操作系统提供的网络API： 讲解POSIX sockets API（BSD sockets）在嵌入式Linux中的使用，以及在RTOS中常见的网络API，帮助读者理解不同平台下的网络编程接口。 3.2 嵌入式网络应用开发实践： 嵌入式Web服务器开发： 介绍如何在嵌入式设备上实现一个简单的Web服务器，用于设备状态展示、远程配置和控制。我们将使用例如CGI、HTTPD（如mongoose, lighttpd）等技术，并结合HTML/CSS/JavaScript进行前端交互设计。 客户端/服务器（C/S）通信应用： 详细讲解如何使用TCP或UDP套接字（Socket）开发客户端和服务器应用程序。通过实际案例，例如一个简单的聊天程序、数据采集终端、远程控制代理等，演示socket编程的流程和技巧。 MQTT客户端开发： 演示如何利用MQTT客户端库（如paho-mqtt, esp-mqtt）在嵌入式设备上实现发布/订阅功能，与MQTT Broker进行消息交互。 RESTful API设计与应用： 讲解如何在嵌入式设备上设计和实现RESTful API，与其他应用或云平台进行数据交互。 嵌入式设备互联互通与网关设计： 探讨如何设计和实现多设备之间的通信，以及如何构建嵌入式网关，连接不同网络或协议的设备。 3.3 网络安全在嵌入式系统中的考量： 常见的嵌入式网络安全威胁： 分析如DDoS攻击、中间人攻击、数据泄露、未授权访问等在嵌入式网络通信中可能遇到的安全风险。 TLS/SSL加密通信： 讲解TLS/SSL协议的工作原理，以及如何在嵌入式系统中使用（例如mbed TLS, OpenSSL）实现加密通信，保护数据传输的机密性和完整性。 身份认证与授权： 介绍基于API Key、Token、OAuth等机制的身份认证和授权方法。 防火墙与访问控制： 探讨在嵌入式设备上实现基本的防火墙功能和访问控制策略。 安全更新与固件升级（OTA）： 讨论如何安全地进行固件的远程升级，以修复安全漏洞。 第四部分：高级嵌入式网络通信技术与案例分析 在掌握了基础和核心技术后，本部分将进一步深入探讨一些高级的嵌入式网络通信技术，并通过实际案例进行分析，帮助读者拓展视野，提升解决复杂问题的能力。 4.1 嵌入式实时操作系统（RTOS）与网络： RTOS在网络通信中的作用： 深入分析RTOS如何提供任务调度、中断处理、内存管理、IPC（进程间通信）等机制，支持高效和实时的网络通信。 主流RTOS的网络功能与扩展： 以FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr等为例，详细介绍它们在网络协议栈、网络驱动、网络服务（如DHCP, DNS, SNTP）等方面的支持和扩展能力。 实时性与网络通信的权衡： 讨论在实时性要求极高的应用场景下，如何对网络通信进行优化，例如采用实时性更好的协议、降低协议栈开销、优化中断处理等。 4.2 物联网（IoT）平台与云端集成： IoT通信模型与架构： 介绍设备层、网络层、平台层、应用层等典型的IoT架构。 主流IoT云平台（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT, 阿里云IoT等）： 讲解如何将嵌入式设备连接到这些云平台，实现数据的上传、设备管理、远程控制和应用开发。 消息队列遥测传输（MQTT）在IoT中的深度应用： 进一步探讨MQTT在复杂IoT场景下的应用，例如大规模设备接入、边缘计算、消息路由等。 CoAP与HTTP/2在IoT中的对比与选择： 深入分析不同应用场景下CoAP与HTTP/2在IoT中的适用性。 4.3 嵌入式系统中的诊断与监控： 远程日志收集与分析： 讲解如何通过网络将嵌入式设备的日志发送到远程服务器进行收集和分析，以便进行故障排查和性能监控。 SNMP（Simple Network Management Protocol）在嵌入式设备中的应用： 介绍SNMP协议如何用于网络设备的管理和监控，以及如何在嵌入式设备上实现SNMP Agent。 网络流量监控与分析工具： 介绍在嵌入式环境中使用`tcpdump`, `wireshark`等工具进行网络流量的捕获和分析，以诊断通信问题。 4.4 案例分析与实战项目： 智能家居设备互联案例： 分析一个完整的智能家居设备（如智能灯泡、温湿度传感器、门窗传感器）的联网通信方案，包括设备与网关的通信、网关与云平台的通信、以及用户APP的远程控制。 工业自动化通信案例： 探讨在工业环境中，如何利用CAN总线、Ethernet/IP等协议实现PLC、传感器、执行器等设备的互联互通，以及数据采集与远程监控。 嵌入式设备远程升级（OTA）方案设计： 详细阐述如何设计一个可靠的OTA升级系统，包括固件打包、传输、验证、回滚等环节。 本书特色： 理论与实践并重： 深入讲解核心理论概念，并结合大量实际代码示例和工程实践。 循序渐进： 内容从基础到高级，结构清晰，易于读者理解和学习。 全面覆盖： 涵盖嵌入式网络通信的硬件、软件、协议、安全等各个方面。 贴近实际： 关注当前嵌入式开发的热点和难点，提供解决实际问题的方案。 案例丰富： 通过典型的应用场景和案例分析，加深读者对技术的理解。 本书适合于具备一定C语言编程基础，对嵌入式系统开发感兴趣的在校学生、在职工程师以及嵌入式系统爱好者。通过学习本书，读者将能够独立完成嵌入式设备的网络通信功能开发，并能更好地理解和应用各种先进的网络通信技术。

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这本书的装帧设计真是充满了工业时代的复古美感，硬壳封面采用了略带磨砂质感的深蓝色，配上烫金的书名和作者名，在书架上显得格外沉稳大气。拿到手上，就能感受到纸张的厚实和油墨的细腻，这绝不是那种轻飘飘的快餐读物。翻开扉页，印刷的清晰度令人赞叹，即便是那些复杂的电路图和代码块，也标注得一丝不苟，让人在阅读时能心无旁骛地专注于技术本身。装帧上的一些小细节，比如书脊处的无线连接符号的暗纹浮雕，都透露出设计者对“网络”和“嵌入式”主题的深刻理解，不仅仅是内容的堆砌，更是一种对工程师群体审美的致敬。尤其值得一提的是，内页的排版布局非常考究，段落之间的留白恰到好处，既保证了信息的密度，又极大地缓解了长时间阅读带来的视觉疲劳，这在很多技术书籍中是难以兼顾的。整体来看，这本书从外到内，都散发着一种匠心打磨的专业气息，让人在还没深入内容之前，就对即将展开的学习旅程充满了期待和敬意，仿佛握着的不是一本工具书，而是一件精心制作的精密仪器。

评分☆☆☆☆☆

初翻阅这本书的目录时，给我的第一印象是其知识体系的广度和深度达到了一个令人惊叹的平衡点。它并没有陷入单纯的底层协议堆砌，或者浮于表面的应用层介绍，而是巧妙地构建了一个从硬件基础到复杂系统集成的完整知识链条。从最基础的OSI七层模型在嵌入式环境下的具体实现逻辑，到TCP/IP协议栈的定制化裁剪和性能优化，再到实际项目中如何处理实时性要求极高的物联网数据传输，脉络清晰得如同一个精密的软件架构图。更让我感到惊喜的是，作者似乎对行业发展的前沿趋势有着敏锐的洞察力，书中对诸如边缘计算中的轻量级安全认证机制以及低功耗广域网（LPWAN）的数据封装策略都有着相当深入的探讨，这些内容在其他同类书籍中往往是一笔带过。这种全景式的视角，让读者能够构建起一个宏观的认知框架，而不是仅仅学会了几个孤立的API调用，这对于希望在嵌入式通信领域深耕的专业人士来说，无疑是极其宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述风格，用“娓娓道来，却字字珠玑”来形容或许最为贴切。作者在讲解那些晦涩难懂的网络概念时，并没有采用生硬的教科书式定义，而是大量运用了生动的比喻和基于实际工程场景的案例剖析。例如，在解释如何处理网络拥塞控制时，他不再仅仅抛出“窗口大小”和“超时重传”的公式，而是将整个过程比拟成一个繁忙的港口调度系统，形象地揭示了背后数据流动的动态博弈过程。这种将抽象理论具象化的能力，极大地降低了初学者跨越“理解障碍”的难度。同时，对于那些需要深入理解底层机制的资深读者，作者又在关键节点处提供了大量的汇编级或寄存器层面的细节描述，并且总是伴随着严谨的数学推导或时序图示，确保了技术论述的深度和严谨性。这种多层次的解读策略，使得这本书能够同时满足“入门者快速上手”和“资深工程师查漏补缺”的双重需求，展现了作者深厚的教学功底和丰富的项目经验。

评分☆☆☆☆☆

在阅读过程中，我发现作者非常注重实战价值的体现，书中穿插的大量代码示例和调试技巧分享，简直是为一线工程师量身定制的“救命稻草”。这些代码片段不仅仅是功能的实现，更多的是体现了一种“健壮性”的编程哲学——如何处理异常情况、如何进行资源受限环境下的内存管理、如何在多线程并发访问网络资源时避免死锁等。比如，在讲解UDP报文的可靠性保障机制时，作者没有停留在理论层面，而是提供了一套经过实测检验的、用于保证关键业务数据传输的自定义确认和序列号机制的C语言实现框架，并详细解释了每个模块设计背后的性能考量。更让人称道的是，书中还收录了一些非常实用的“陷阱”总结，列举了在特定芯片平台或特定操作系统内核下容易遇到的坑点和绕过方法，这无疑是作者多年血泪经验的结晶，是书本理论知识之外最宝贵的“隐性财富”，能实实在在地帮助读者避开开发过程中的弯路。

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这本书的阅读体验是一种持续的、由内而外的“构建感”。不同于那些只关注单一技术栈的专著，它强迫读者跳出单一的模块思维，去思考整个嵌入式系统在网络环境下的边界、接口与交互逻辑。每一次读完一个章节，我都能明显感觉到自己对整个通信系统的“全貌”理解又清晰了一层。它不是教你如何写代码，而是教你如何“设计”一个可靠的、高效的嵌入式网络服务。比如，在讨论网络协议栈移植时，作者不仅展示了代码的适配，更深入地剖析了不同RTOS（实时操作系统）内核调度策略如何影响网络延迟和吞吐量的微妙关系。这种层层递进的思维引导，让读者逐渐具备了从需求分析到架构设计，再到最终性能调优的完整工程化能力。读完之后，我感觉自己对底层硬件资源与上层网络软件之间的权衡艺术有了更深刻的领悟，这种能力上的飞跃，才是衡量一本技术书籍是否卓越的真正标准。