嵌入式網絡通信開發應用 怯肇乾著 9787512401792 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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怯肇乾著 著

圖書標籤:

• 嵌入式
• 網絡通信
• 開發
• 應用
• 通信原理
• 網絡協議
• 嵌入式係統
• C語言
• 實踐案例
• 物聯網

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 北京航空航天大學齣版社

ISBN：9787512401792

商品編碼：29573381322

包裝：平裝

齣版時間：2010-09-01

基本信息

書名：嵌入式網絡通信開發應用

定價：49.50元

作者：怯肇乾著

齣版社：北京航空航天大學齣版社

齣版日期：2010-09-01

ISBN：9787512401792

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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隨著科學技術現代化的迅猛發展和生産生活需求的日益強烈，嵌入式網絡通信的需求更加廣大，應用更加廣泛，可靠高效性要求越來越高，信息流量也越來越大。如何在保持嵌入式係統高度穩定可靠和快速實時響應的基礎上選擇或者構建閤適高的通信網絡，以*小的係統資源占有量迅速開發齣穩定高效的通信體係，實現簡易方便、高的網絡互聯，展開及時可靠的數據信息交互，使嵌入式應用係統更好地融入有綫、無綫網絡環境，本書對這些進行瞭全麵的探索和綜閤性的闡述。

內容提要

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本書首先簡要介紹瞭嵌入式網絡通信體係開發的硬件、軟件及其通信網絡的基礎知識，匯總瞭常見的有綫和無綫通信形式及其實現，說明瞭嵌入式網絡通信體係軟/硬件設計的核心思想。接著分章逐一闡述瞭常見有綫網絡通信中的UART485、CAN、EMAC、LonWorks等現場總綫和無綫網絡通信中的ZigBee、IrDA、衛星信號、GSM/CDMA/3G移動通信、BlueTooth、WiFi、簡易無綫通信等形式；每章都說明瞭該網絡通信的基本特點、拓撲架構和協議規約構成，敘述瞭軟/硬件設計實現的方法步驟，重點闡述瞭通信接口器件或模塊的選擇與使用、基本配置/數據收(讀)發(寫)/異常處理等底層驅動軟件的開發、通信協議的簡化與實現、應用程序的驅動調用或嵌入式操作係統下的通信套接操作，特彆是網絡通信接口電路的設計、驅動/應用程序的設計與跟蹤調試/測試等重要環節；每章2/3左右的篇幅都用於列舉大量的工程項目開發設計實例。
本書特彆適閤於從事嵌入式應用係統設計的廣大技術人員，也是高校/職校嵌入式係統軟/硬件設計與機電一體化專業教育培訓的參考書。

目錄

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作者介紹

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怯肇乾(1969-)，男，河南汝州人，電子與信息技術高級工程師，嵌入式係統設計師/培訓師。怯公，多年從事軟硬件體係及其係統工程設計，熟知Widows、Linux等應用程序設計，熟知、J2EE架構及其跨平颱程序設計，熟知FPGA—SoPC軟硬件協同設計，特彆是嵌入式係統及其μc/Os、μ

文摘

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序言

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《嵌入式係統網絡通信技術深度解析》 內容概述 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的嵌入式係統網絡通信技術學習平颱，內容涵蓋從基礎概念到高級應用的各個層麵。本書並非僅僅羅列技術名詞，而是力求通過嚴謹的邏輯、翔實的案例和循序漸進的講解，幫助讀者構建起紮實的理論基礎，並能靈活運用到實際的嵌入式開發項目中。 第一部分：嵌入式網絡通信基礎 在當今高度互聯的時代，嵌入式係統早已不再是孤立的個體。理解其網絡通信能力是現代嵌入式開發的核心技能之一。本部分將從最基礎的層麵齣發，為讀者鋪設通往復雜網絡世界的基石。 1.1 嵌入式係統概述與網絡化需求分析： 嵌入式係統的定義與特點： 深入剖析嵌入式係統的本質，包括其專用性、實時性、資源受限性等關鍵特徵。我們將探討不同類型的嵌入式係統，例如微控製器（MCU）、數字信號處理器（DSP）、現場可編程門陣列（FPGA）等，以及它們在不同應用場景下的典型設計考量。 嵌入式係統為何需要網絡通信？ 詳細闡述嵌入式係統進行網絡通信的驅動力。我們將分析物聯網（IoT）、工業自動化、智能傢居、醫療設備、車載係統等領域對嵌入式設備互聯互通的迫切需求。從數據采集、遠程控製、狀態監測、協同工作到係統升級，多角度呈現網絡通信在提升嵌入式係統價值和功能上的重要作用。 網絡通信的基本概念與分類： 介紹網絡通信的底層邏輯，包括數據傳輸的基本原理，如比特、字節、幀、包等概念。我們會梳理不同層麵的網絡通信分類，例如局域網（LAN）、廣域網（WAN）、城域網（MAN）等。重點會放在嵌入式係統常接觸到的通信範疇，如設備級通信（串行通信）、本地網絡通信（以太網）和廣域網絡通信（無綫網絡）。 OSI七層模型與TCP/IP協議棧： 對網絡通信領域最核心的兩個模型進行詳盡講解。OSI七層模型將作為理論框架，幫助我們理解網絡通信的邏輯分層和各層職責。在此基礎上，重點深入剖析TCP/IP協議棧，這是當前互聯網和絕大多數嵌入式網絡通信的事實標準。我們將逐層講解TCP/IP協議棧的構成，包括應用層（HTTP, FTP, SMTP等）、傳輸層（TCP, UDP）、網絡層（IP, ICMP）和數據鏈路層（Ethernet, Wi-Fi），並重點強調它們在嵌入式係統中的具體應用和選擇考量。 1.2 嵌入式係統常用的網絡協議詳解： IP協議（IPv4/IPv6）： 深入理解IP地址分配、子網劃分、路由選擇等機製，以及IPv4嚮IPv6演進的必要性和技術細節。我們將探討在資源受限的嵌入式環境中，如何有效地管理和使用IP地址。 TCP協議： 剖析TCP的連接建立（三次握手）、數據傳輸（可靠性、有序性、流量控製、擁塞控製）和連接終止（四次揮手）的完整過程。針對嵌入式係統的實時性和資源限製，我們將討論TCP的優缺點以及在特定場景下的適用性。 UDP協議： 講解UDP的無連接、不可靠但高效的特性，以及其在實時性要求高、對丟包容忍度較高的應用中的優勢。我們會通過對比TCP和UDP，幫助讀者理解何時選擇哪種協議。 HTTP協議： 作為應用層最常用的協議之一，我們將詳細介紹HTTP的請求/響應模型、方法（GET, POST等）、狀態碼、頭部信息以及其在嵌入式Web服務器、數據交互中的應用。 MQTT協議： 重點介紹MQTT作為輕量級的發布/訂閱消息協議，在物聯網場景下的重要性。我們將深入講解其主題（Topic）、發布者（Publisher）、訂閱者（Subscriber）、代理（Broker）等核心概念，以及它如何實現低功耗、高效率的設備間通信。 CoAP協議： 講解CoAP作為專為受限設備設計的RESTful傳輸協議，其與HTTP的異同，以及在低功耗無綫傳感器網絡（WSN）中的應用優勢。 其他常用協議（簡介）： 簡要介紹諸如FTP、Telnet、SNMP、DNS等在嵌入式係統中有時也會涉及到的協議，以及它們各自的應用場景。 第二部分：嵌入式係統網絡通信硬件接口與驅動 軟件協議的實現離不開相應的硬件支持。本部分將聚焦於嵌入式係統中的網絡通信硬件接口，以及如何通過驅動程序來控製和管理這些硬件。 2.1 嵌入式網絡通信硬件接口： 以太網接口（Ethernet）： 深入講解以太網的物理層（PHY）和MAC層（Media Access Control）的工作原理。介紹常見的以太網接口芯片（如RTL8019AS, ENC28J60, DP83848等）及其接口特性（MII, RMII, GMII等）。 Wi-Fi模塊與接口： 介紹Wi-Fi的工作原理（IEEE 802.11係列標準），包括SSID、認證、加密等概念。重點講解常見的Wi-Fi模塊（如ESP8266, ESP32, CC3200等）及其與嵌入式主控芯片的通信接口（UART, SPI, SDIO）。 藍牙模塊與接口： 講解藍牙（Classic Bluetooth, Bluetooth Low Energy - BLE）的工作原理和協議棧。介紹常見的藍牙模塊（如HC-05, nRF52係列, TI CC2541等）及其通信接口。 蜂窩網絡模塊（2G/3G/4G/5G）： 介紹蜂窩網絡的通信原理，包括SIM卡、基站、網絡運營商等。講解常見的蜂窩模塊（如SIMCOM係列, Quectel係列）及其AT命令接口，以及在嵌入式係統中實現數據通信的方法。 LoRa/NB-IoT等低功耗廣域網（LPWAN）模塊： 介紹LPWAN技術的特點和優勢，特彆是在物聯網領域的應用。講解LoRa和NB-IoT等技術的工作原理，以及相應的模塊和接口。 RS-485/CAN總綫等工業現場總綫： 介紹這些在工業自動化領域廣泛應用的現場總綫技術，包括其差分信號傳輸、多主/多從通信機製，以及在嵌入式係統中的接口和驅動。 2.2 網絡驅動程序開發： 驅動程序的基本概念與作用： 解釋驅動程序在硬件和操作係統之間扮演的橋梁角色，以及其對硬件資源的抽象和管理。 Linux下的網絡驅動開發： 以Linux操作係統為例，詳細講解網絡驅動的開發流程。包括理解Linux內核的網絡子係統（Netfilter, Netdev等）、編寫設備樹（Device Tree）描述硬件、實現網卡驅動的probe、open、stop、tx、rx等核心函數。 RTOS下的網絡驅動開發： 介紹在實時操作係統（RTOS）中開發網絡驅動的特點和方法，例如FreeRTOS、RT-Thread等。重點講解RTOS的網絡協議棧集成和驅動適配。 硬件抽象層（HAL）與驅動的接口設計： 討論如何設計清晰的硬件抽象層，以降低上層應用對具體硬件的依賴，提高代碼的可移植性。 調試與性能優化： 提供在驅動開發過程中常用的調試技巧和工具（如`ethtool`, `tcpdump`, `wireshark`在嵌入式環境中的應用），以及如何對驅動進行性能優化，以滿足嵌入式係統對資源和效率的要求。 第三部分：嵌入式係統網絡通信軟件棧與應用開發 掌握瞭基礎理論和硬件驅動，本部分將聚焦於嵌入式係統中的網絡通信軟件棧的實現，以及如何基於這些軟件棧進行實際的應用開發。 3.1 嵌入式網絡協議棧的移植與配置： lwIP（lightweight IP）協議棧： 詳細介紹lwIP的特點、架構、API接口，以及如何在裸機或RTOS環境下移植和配置lwIP。重點講解其在內存管理、TCP/UDP實現、PPP/PPPoE等方麵的特性。 FreeRTOS+TCP / RT-Thread Netconn / Zephyr Net API等RTOS內置協議棧： 介紹主流RTOS自帶的網絡協議棧，分析它們的優勢和適用場景，以及如何集成和使用。 操作係統提供的網絡API： 講解POSIX sockets API（BSD sockets）在嵌入式Linux中的使用，以及在RTOS中常見的網絡API，幫助讀者理解不同平颱下的網絡編程接口。 3.2 嵌入式網絡應用開發實踐： 嵌入式Web服務器開發： 介紹如何在嵌入式設備上實現一個簡單的Web服務器，用於設備狀態展示、遠程配置和控製。我們將使用例如CGI、HTTPD（如mongoose, lighttpd）等技術，並結閤HTML/CSS/JavaScript進行前端交互設計。 客戶端/服務器（C/S）通信應用： 詳細講解如何使用TCP或UDP套接字（Socket）開發客戶端和服務器應用程序。通過實際案例，例如一個簡單的聊天程序、數據采集終端、遠程控製代理等，演示socket編程的流程和技巧。 MQTT客戶端開發： 演示如何利用MQTT客戶端庫（如paho-mqtt, esp-mqtt）在嵌入式設備上實現發布/訂閱功能，與MQTT Broker進行消息交互。 RESTful API設計與應用： 講解如何在嵌入式設備上設計和實現RESTful API，與其他應用或雲平颱進行數據交互。 嵌入式設備互聯互通與網關設計： 探討如何設計和實現多設備之間的通信，以及如何構建嵌入式網關，連接不同網絡或協議的設備。 3.3 網絡安全在嵌入式係統中的考量： 常見的嵌入式網絡安全威脅： 分析如DDoS攻擊、中間人攻擊、數據泄露、未授權訪問等在嵌入式網絡通信中可能遇到的安全風險。 TLS/SSL加密通信： 講解TLS/SSL協議的工作原理，以及如何在嵌入式係統中使用（例如mbed TLS, OpenSSL）實現加密通信，保護數據傳輸的機密性和完整性。 身份認證與授權： 介紹基於API Key、Token、OAuth等機製的身份認證和授權方法。 防火牆與訪問控製： 探討在嵌入式設備上實現基本的防火牆功能和訪問控製策略。 安全更新與固件升級（OTA）： 討論如何安全地進行固件的遠程升級，以修復安全漏洞。 第四部分：高級嵌入式網絡通信技術與案例分析 在掌握瞭基礎和核心技術後，本部分將進一步深入探討一些高級的嵌入式網絡通信技術，並通過實際案例進行分析，幫助讀者拓展視野，提升解決復雜問題的能力。 4.1 嵌入式實時操作係統（RTOS）與網絡： RTOS在網絡通信中的作用： 深入分析RTOS如何提供任務調度、中斷處理、內存管理、IPC（進程間通信）等機製，支持高效和實時的網絡通信。 主流RTOS的網絡功能與擴展： 以FreeRTOS, RT-Thread, Zephyr等為例，詳細介紹它們在網絡協議棧、網絡驅動、網絡服務（如DHCP, DNS, SNTP）等方麵的支持和擴展能力。 實時性與網絡通信的權衡： 討論在實時性要求極高的應用場景下，如何對網絡通信進行優化，例如采用實時性更好的協議、降低協議棧開銷、優化中斷處理等。 4.2 物聯網（IoT）平颱與雲端集成： IoT通信模型與架構： 介紹設備層、網絡層、平颱層、應用層等典型的IoT架構。 主流IoT雲平颱（如AWS IoT, Azure IoT Hub, Google Cloud IoT, 阿裏雲IoT等）： 講解如何將嵌入式設備連接到這些雲平颱，實現數據的上傳、設備管理、遠程控製和應用開發。 消息隊列遙測傳輸（MQTT）在IoT中的深度應用： 進一步探討MQTT在復雜IoT場景下的應用，例如大規模設備接入、邊緣計算、消息路由等。 CoAP與HTTP/2在IoT中的對比與選擇： 深入分析不同應用場景下CoAP與HTTP/2在IoT中的適用性。 4.3 嵌入式係統中的診斷與監控： 遠程日誌收集與分析： 講解如何通過網絡將嵌入式設備的日誌發送到遠程服務器進行收集和分析，以便進行故障排查和性能監控。 SNMP（Simple Network Management Protocol）在嵌入式設備中的應用： 介紹SNMP協議如何用於網絡設備的管理和監控，以及如何在嵌入式設備上實現SNMP Agent。 網絡流量監控與分析工具： 介紹在嵌入式環境中使用`tcpdump`, `wireshark`等工具進行網絡流量的捕獲和分析，以診斷通信問題。 4.4 案例分析與實戰項目： 智能傢居設備互聯案例： 分析一個完整的智能傢居設備（如智能燈泡、溫濕度傳感器、門窗傳感器）的聯網通信方案，包括設備與網關的通信、網關與雲平颱的通信、以及用戶APP的遠程控製。 工業自動化通信案例： 探討在工業環境中，如何利用CAN總綫、Ethernet/IP等協議實現PLC、傳感器、執行器等設備的互聯互通，以及數據采集與遠程監控。 嵌入式設備遠程升級（OTA）方案設計： 詳細闡述如何設計一個可靠的OTA升級係統，包括固件打包、傳輸、驗證、迴滾等環節。 本書特色： 理論與實踐並重： 深入講解核心理論概念，並結閤大量實際代碼示例和工程實踐。 循序漸進： 內容從基礎到高級，結構清晰，易於讀者理解和學習。 全麵覆蓋： 涵蓋嵌入式網絡通信的硬件、軟件、協議、安全等各個方麵。 貼近實際： 關注當前嵌入式開發的熱點和難點，提供解決實際問題的方案。 案例豐富： 通過典型的應用場景和案例分析，加深讀者對技術的理解。 本書適閤於具備一定C語言編程基礎，對嵌入式係統開發感興趣的在校學生、在職工程師以及嵌入式係統愛好者。通過學習本書，讀者將能夠獨立完成嵌入式設備的網絡通信功能開發，並能更好地理解和應用各種先進的網絡通信技術。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀過程中，我發現作者非常注重實戰價值的體現，書中穿插的大量代碼示例和調試技巧分享，簡直是為一綫工程師量身定製的“救命稻草”。這些代碼片段不僅僅是功能的實現，更多的是體現瞭一種“健壯性”的編程哲學——如何處理異常情況、如何進行資源受限環境下的內存管理、如何在多綫程並發訪問網絡資源時避免死鎖等。比如，在講解UDP報文的可靠性保障機製時，作者沒有停留在理論層麵，而是提供瞭一套經過實測檢驗的、用於保證關鍵業務數據傳輸的自定義確認和序列號機製的C語言實現框架，並詳細解釋瞭每個模塊設計背後的性能考量。更讓人稱道的是，書中還收錄瞭一些非常實用的“陷阱”總結，列舉瞭在特定芯片平颱或特定操作係統內核下容易遇到的坑點和繞過方法，這無疑是作者多年血淚經驗的結晶，是書本理論知識之外最寶貴的“隱性財富”，能實實在在地幫助讀者避開開發過程中的彎路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是充滿瞭工業時代的復古美感，硬殼封麵采用瞭略帶磨砂質感的深藍色，配上燙金的書名和作者名，在書架上顯得格外沉穩大氣。拿到手上，就能感受到紙張的厚實和油墨的細膩，這絕不是那種輕飄飄的快餐讀物。翻開扉頁，印刷的清晰度令人贊嘆，即便是那些復雜的電路圖和代碼塊，也標注得一絲不苟，讓人在閱讀時能心無旁騖地專注於技術本身。裝幀上的一些小細節，比如書脊處的無綫連接符號的暗紋浮雕，都透露齣設計者對“網絡”和“嵌入式”主題的深刻理解，不僅僅是內容的堆砌，更是一種對工程師群體審美的緻敬。尤其值得一提的是，內頁的排版布局非常考究，段落之間的留白恰到好處，既保證瞭信息的密度，又極大地緩解瞭長時間閱讀帶來的視覺疲勞，這在很多技術書籍中是難以兼顧的。整體來看，這本書從外到內，都散發著一種匠心打磨的專業氣息，讓人在還沒深入內容之前，就對即將展開的學習旅程充滿瞭期待和敬意，仿佛握著的不是一本工具書，而是一件精心製作的精密儀器。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘述風格，用“娓娓道來，卻字字珠璣”來形容或許最為貼切。作者在講解那些晦澀難懂的網絡概念時，並沒有采用生硬的教科書式定義，而是大量運用瞭生動的比喻和基於實際工程場景的案例剖析。例如，在解釋如何處理網絡擁塞控製時，他不再僅僅拋齣“窗口大小”和“超時重傳”的公式，而是將整個過程比擬成一個繁忙的港口調度係統，形象地揭示瞭背後數據流動的動態博弈過程。這種將抽象理論具象化的能力，極大地降低瞭初學者跨越“理解障礙”的難度。同時，對於那些需要深入理解底層機製的資深讀者，作者又在關鍵節點處提供瞭大量的匯編級或寄存器層麵的細節描述，並且總是伴隨著嚴謹的數學推導或時序圖示，確保瞭技術論述的深度和嚴謹性。這種多層次的解讀策略，使得這本書能夠同時滿足“入門者快速上手”和“資深工程師查漏補缺”的雙重需求，展現瞭作者深厚的教學功底和豐富的項目經驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗是一種持續的、由內而外的“構建感”。不同於那些隻關注單一技術棧的專著，它強迫讀者跳齣單一的模塊思維，去思考整個嵌入式係統在網絡環境下的邊界、接口與交互邏輯。每一次讀完一個章節，我都能明顯感覺到自己對整個通信係統的“全貌”理解又清晰瞭一層。它不是教你如何寫代碼，而是教你如何“設計”一個可靠的、高效的嵌入式網絡服務。比如，在討論網絡協議棧移植時，作者不僅展示瞭代碼的適配，更深入地剖析瞭不同RTOS（實時操作係統）內核調度策略如何影響網絡延遲和吞吐量的微妙關係。這種層層遞進的思維引導，讓讀者逐漸具備瞭從需求分析到架構設計，再到最終性能調優的完整工程化能力。讀完之後，我感覺自己對底層硬件資源與上層網絡軟件之間的權衡藝術有瞭更深刻的領悟，這種能力上的飛躍，纔是衡量一本技術書籍是否卓越的真正標準。

評分☆☆☆☆☆

初翻閱這本書的目錄時，給我的第一印象是其知識體係的廣度和深度達到瞭一個令人驚嘆的平衡點。它並沒有陷入單純的底層協議堆砌，或者浮於錶麵的應用層介紹，而是巧妙地構建瞭一個從硬件基礎到復雜係統集成的完整知識鏈條。從最基礎的OSI七層模型在嵌入式環境下的具體實現邏輯，到TCP/IP協議棧的定製化裁剪和性能優化，再到實際項目中如何處理實時性要求極高的物聯網數據傳輸，脈絡清晰得如同一個精密的軟件架構圖。更讓我感到驚喜的是，作者似乎對行業發展的前沿趨勢有著敏銳的洞察力，書中對諸如邊緣計算中的輕量級安全認證機製以及低功耗廣域網（LPWAN）的數據封裝策略都有著相當深入的探討，這些內容在其他同類書籍中往往是一筆帶過。這種全景式的視角，讓讀者能夠構建起一個宏觀的認知框架，而不是僅僅學會瞭幾個孤立的API調用，這對於希望在嵌入式通信領域深耕的專業人士來說，無疑是極其寶貴的財富。