物聯網之魂：物聯網協定與物聯網作業系統

《物聯網之魂：物聯網協定與物聯網作業系統》由孫昊等共同編寫。由機械工業出版社出版發行。

基本介紹

• 中文名：物聯網之魂：物聯網協定與物聯網作業系統 
• 作者：孫昊等
• 類別：物聯網
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2019年7月 
• 頁數：460 頁
• 定價：119 元
• 開本：16 開
• 裝幀：精裝
• ISBN：9787111629313

內容簡介

本書為“物聯網工程實戰叢書”的第3卷。書中從物聯網工程的實際需求出發，闡述了物聯網協定的相關知識及物聯網作業系統的設計和開發理念，從源頭告訴讀者需要開發什麼樣的物聯網作業系統。本書共10章。第1章闡述了與物聯網聯繫比較緊密的幾種網路通信協定；第2章闡述了路由器交換機原理及其設計與開發的要點；第3章對移動網際網路Wi-Fi做了詳細解析；第4章給出了作業系統的一般概念；第5章介紹了幾種套用於資源受限設備的物聯網作業系統；第6章介紹了幾種嵌入式實時作業系統；第7章剖析了一種輕量級實時物聯網作業系統Zephyr，給出了較為詳細的套用開發指導；第8章闡述了比較流行的Ubunto作業系統；第9章詳盡地講解了路由器作業系統的開發流程，為物聯網網關、智慧型路由器、邊緣計算伺服器的研發打下基礎；第10章給出了嵌入式系統的底層驅動軟體開發指導。

本書適合作為高等院校物聯網工程、通信工程、網路工程、電子信息工程、微電子和積體電路等相關專業的教材，也適合物聯網協定的研究者和物聯網作業系統的研發人員閱讀。另外，本書還適合作為智慧城市建設等政府管理部門相關人員的參考讀物。

圖書目錄

第1章 網路通信技術.... 1

1.1 數字通信概述... 1

1.2 數字通信關鍵技術... 2

1.3 數字通信OSI模型... 3

1.4 TCP/IP網路通信協定... 7

1.4.1 TCP/IP協定... 7

1.4.2 CoAP協定... 10

1.4.3 MQTT協定（低頻寬）... 11

1.4.4 AMQP協定（互操作性）... 11

1.4.5 XMPP協定（即時通信）... 12

1.4.6 JMS協定... 13

1.5 UDP協定... 14

1.6 HTTP協定... 16

1.6.1 工作原理... 16

1.6.2 訊息結構... 17

1.6.3 請求方法... 18

1.6.4 回響頭信息... 19

1.6.5 狀態碼... 20

1.6.6 內容類型... 20

1.7 FTP協定... 21

1.8 Bluetooth協定... 23

1.8.1 Bluetooth發展史及優勢... 23

1.8.2 Bluetooth技術... 25

1.9 ZigBee協定... 26

1.9.1 ZigBee發展歷史... 27

1.9.2 ZigBee的特點及優勢... 30

1.9.3 ZigBee基本概念... 30

1.9.4 ZigBee協定棧... 32

1.10 6LoWPAN低速無線個域網協定... 33

1.11 LoRa WAN低功耗廣域網協定... 35

1.12 NB-IoT窄帶物聯網協定... 41

1.12.1 物聯網套用場景和技術特點... 41

1.12.2 無線通信技術發展過程... 48

1.12.3 NB-IoT窄帶物聯網節能原理... 52

1.12.4 NB-IoT通信系統拓撲結構... 56

1.12.5 NB-IoT窄帶物聯網信號收發技術... 59

1.12.6 NB-IoT窄帶物聯網小區接入... 64

1.12.7 NB-IoT連線管理... 67

1.12.8 NB-IoT數據傳輸... 68

1.13 MQTT網路協定... 71

1.13.1 網路協定比較... 71

1.13.2 發布和訂閱模型... 72

1.13.3 MQTT協定命令... 73

1.13.4 MQTT協定參數... 74

1.14 協定轉換... 77

1.14.1 RS-232/485/CAN轉換器... 77

1.14.2 基於現場匯流排的協定轉換器... 78

1.14.3 物聯網協定轉換器——網關... 79

1.14.4 物聯網網關... 82

1.14.5 物聯網網關套用... 84

1.15 小結... 85

1.16 習題... 86

第2章 信息交換技術.... 87

2.1 交換技術概述... 88

2.2 數字程控交換... 91

2.3 ATM交換... 92

2.4 乙太網交換... 92

2.5 光交換... 94

2.6 二層交換——交換機原理... 94

2.7 三層轉發——路由器原理... 95

2.8 三層交換——三層交換機... 98

2.9 交換機設計開發... 103

2.9.1 交換機的層次定位... 103

2.9.2 交換機的硬體設計... 104

2.9.3 交換機的軟體設計... 107

2.9.4 測試環節... 110

2.10 小結... 110

2.11 習題... 111

第3章 無線Wi-Fi技術.... 112

3.1 Wi-Fi概述... 112

3.1.1 WLAN無線區域網路概述... 112

3.1.2 Wi-Fi無線網路起源... 113

3.2 Wi-Fi基礎... 116

3.2.1 Wi-Fi物理組件... 117

3.2.2 Wi-Fi服務功能... 117

3.2.3 Wi-Fi認證和加密... 120

3.2.4 Wi-Fi基礎參數... 121

3.3 Wi-Fi接入... 123

3.3.1 Wi-Fi的STA與AP的接入... 123

3.3.2 Wi-Fi的多AP認證和關聯過程... 125

3.3.3 Wi-Fi漫遊過程... 126

3.4 Wi-Fi管理... 127

3.4.1 wpa_supplicant程式... 127

3.4.2 wpa_cli調試工具... 129

3.5 Wi-Fi模組解析... 130

3.5.1 Wi-Fi框架分析... 130

3.5.2 Wi-Fi啟動流程... 133

3.6 Wi-Fi驅動結構... 142

3.6.1 SDIO驅動... 142

3.6.2 無線通信晶片... 142

3.6.3 設備驅動註冊... 144

3.6.4 載入驅動模組... 154

3.6.5 SDIO設備中斷... 155

3.6.6 Wi-Fi驅動流程... 156

3.6.7 網路設備註冊... 159

3.7 小結... 162

3.8 習題... 163

第4章 作業系統概述.... 164

4.1 通用計算機作業系統... 164

4.2 嵌入式實時作業系統... 166

4.2.1 嵌入式作業系統的主要特點... 167

4.2.2 嵌入式作業系統和通用計算機作業系統的區別... 167

4.2.3 流行嵌入式實時作業系統... 168

4.3 手機作業系統... 171

4.3.1 Android作業系統... 171

4.3.2 AndroidApp研發基礎... 172

4.3.3 AndroidApp開發文獻... 174

4.3.4 iOS作業系統... 176

4.4 物聯網作業系統... 178

4.4.1 概述... 178

4.4.2 特點... 180

4.4.3 架構... 182

4.4.4 實例分析... 192

4.4.5 發展趨勢... 194

4.5 小結... 195

4.6 習題... 196

第5章 物聯網作業系統.... 197

5.1 微軟物聯網作業系統... 197

5.2 谷歌物聯網作業系統... 197

5.2.1 谷歌Brillo. 198

5.2.2 谷歌Android Things. 199

5.3 ARM物聯網作業系統... 203

5.4 華為物聯網作業系統Huawei LiteOS. 204

5.5 中興物聯網作業系統... 207

5.6 慶科物聯網作業系統MICO.. 211

5.7 小結... 220

5.8 習題... 220

第6章 嵌入式Linux作業系統.... 221

6.1 uClinux簡介... 221

6.2 RTLinux簡介... 230

6.3 Ostro Linux簡介... 234

6.4 HelloX物聯網作業系統... 237

6.4.1 HelloX物聯網作業系統框架分析... 238

6.4.2 HelloX主要功能... 239

6.4.3 HelloX的開發方向... 241

6.4.4 HelloX用於智慧家庭... 243

6.5 FreeRTOS作業系統簡介... 246

6.6 Tiny OS作業系統簡介... 249

6.6.1 TinyOS特點... 249

6.6.2 TinyOS組成... 251

6.6.3 TinyOS運行機理... 252

6.6.4 TinyOS開發環境... 252

6.6.5 TinyOS開發過程... 253

6.6.6 TinyOS開發平台... 254

6.6.7 TinyOS的研究項目... 254

6.7 RIOT OS作業系統簡介... 254

6.8 小結... 258

6.9 習題... 259

第7章 物聯網Zephyr作業系統.... 260

7.1 Zephyr作業系統概述... 261

7.1.1 Zephyr特色... 261

7.1.2 支持的微處理器類型... 262

7.1.3 支持的通信標準和網路協定... 262

7.1.4 核心版本疊代歷程... 263

7.2 Zephyr系統核心... 266

7.2.1 多執行緒功能... 267

7.2.2 中斷服務功能... 268

7.2.3 時鐘和定時器功能... 268

7.2.4 同步功能... 268

7.2.5 數據傳輸功能... 269

7.2.6 記憶體動態分配功能... 269

7.2.7 公共和私有核心對象... 269

7.2.8 微核心伺服器功能... 270

7.2.9 C++支持的套用... 270

7.2.10 Zephyr原始碼結構... 271

7.3 在Linux上搭建Zephyr開發環境... 271

7.3.1 下載原始碼... 272

7.3.2 安裝需要的包和依賴檔案... 272

7.3.3 安裝Zephyr SDK.. 272

7.3.4 編譯、運行應用程式... 273

7.3.5 應用程式仿真測試與運行... 274

7.4 在Windows上搭建Zephyr開發環境... 274

7.5 用MSYS2搭建Zephyr開發環境... 277

7.6 應用程式開發... 279

7.6.1 概述... 279

7.6.2 創建應用程式目錄app. 280

7.6.3 創建應用程式子目錄build. 281

7.6.4 重構應用程式... 282

7.6.5 運行應用程式... 282

7.6.6 開發板定製... 283

7.6.7 用QEMU調試程式... 284

7.6.8 用Eclipse調試程式... 286

7.6.9 CMake工具... 287

7.6.10 CMakeLists.txt檔案... 288

7.6.11 CMakeCache.txt檔案... 289

7.6.12 編輯配置檔案... 290

7.6.13 更新設備樹序列... 293

7.6.14 支持第三方庫代碼... 294

7.7 小結... 294

7.8 習題... 295

第8章 嵌入式Ubuntu作業系統.... 296

8.1 準備Ubuntu檔案... 297

8.2 安裝Ubuntu系統... 299

8.3 連網資源... 304

8.4 更新系統... 307

8.5 目錄結構... 309

8.6 啟動流程... 310

8.7 編程環境... 311

8.7.1 安裝編輯器... 311

8.7.2 下載並安裝JDK.. 311

8.7.3 Ubuntu開發環境的配置... 314

8.7.4 Ubuntu添加或刪除源... 315

8.7.5 安裝Eclipse. 316

8.7.6 安裝MySQL. 317

8.7.7 安裝build-essential 318

8.7.8 安裝Tomcat 319

8.7.9 安裝Android Studio（32Bit）... 321

8.8 小結... 322

8.9 習題... 322

第9章 路由器OpenWrt作業系統.... 323

9.1 OpenWrt開發環境基礎... 324

9.1.1 OpenWrt硬體需求... 324

9.1.2 OpenWrt檔案結構和網路結構... 326

9.2 OpenWrt常用命令... 326

9.2.1 編輯命令vi 327

9.2.2 查找命令grep. 328

9.2.3 查找命令find. 328

9.2.4 線上手冊查看命令man. 329

9.2.5 其他命令... 330

9.3 OpenWrt常用工具... 331

9.3.1 Feeds簡介... 332

9.3.2 Buildroot簡介... 333

9.3.3 代碼閱讀與編輯工具Source Insight 334

9.3.4 檔案傳輸工具FileZilla. 339

9.3.5 遠程登錄工具SecureCRT. 343

9.3.6 TFTP伺服器軟體Tftpd32. 345

9.3.7 代碼閱讀和編輯工具KScope. 346

9.3.8 遠程登錄工具C-Kermit 350

9.4 在Windows上安裝VMware. 351

9.5 在VMware上安裝Ubuntu. 357

9.5.1 Ubuntu安裝步驟... 357

9.5.2 Ubuntu上安裝、配置、啟動FTP和SSH服務... 360

9.6 在Ubuntu上安裝OpenWrt 362

9.6.1 安裝open-vm-tools. 363

9.6.2 安裝所需的依賴環境... 363

9.6.3 OpenWrt下載安裝... 364

9.6.4 OpenWrt的編譯... 364

9.6.5 OpenWrt的固件燒寫... 366

9.7 OpenWrt配置... 368

9.7.1 初始配置... 368

9.7.2 配置DNS. 369

9.7.3 配置PPTP. 370

9.7.4 配置chnroutes. 373

9.7.5 配置VPN.. 374

9.7.6 安裝LuCI 376

9.8 OpenWrt路由器套用開發... 377

9.8.1 OpenWrt系統的編譯... 377

9.8.2 OpenWrt線上固件更新... 380

9.8.3 OpenWrt刷機... 390

9.8.4 路由器設定... 392

9.8.5 檔案服務... 397

9.8.6 DDNS服務... 403

9.9 OpenWrt應用程式編程實例... 404

9.10 小結... 412

9.11 習題... 413

第10章 設備底層驅動編程.... 414

10.1 設備驅動簡介... 414

10.1.1 引言... 414

10.1.2 設備驅動分類... 415

10.1.3 驅動模組程式結構... 416

10.2 Linux檔案系統... 420

10.3 檔案系統與設備驅動... 421

10.4 驅動編譯及載入實例... 423

10.5 字元設備驅動... 427

10.5.1 字元設備驅動初識... 428

10.5.2 字元設備驅動構成... 431

10.6 小結... 434

10.7 習題... 434

參考文獻.... 435

作者簡介

孫昊，畢業於山東大學控制工程學院，獲工學碩士學位。網路設備資深研發工程師。曾就職於華為技術公司，負責作業系統軟體的架構設計，並擔任C語言和Lua語言講師。申請多項ISSU技術專利。現就職於浪潮電子信息產業股份有限公司，負責軟體架構設計工作。

王洋，畢業於遼寧工程技術大學，獲碩士學位。現就職於浪潮集團，任軟體工程師。曾經發表多篇智慧型控制和設備驅動方面的論文。

趙帥，畢業於瀋陽航空航天大學。資深網路設備研發工程師，從事Android平板電腦系統嵌入式驅動層和套用層的開發工作。曾經在語音網關研發中改進了DSP中的語音編解碼及回聲抵消算法。現就職於浪潮電子信息產業股份有限公司。

杜秀芳，畢業於山東大學控制科學與工程學院，獲工學碩士學位。曾就職於群碩軟體開發（北京）有限公司，任高級軟體工程師，從事資源配置、軟體測試和QA等工作。現為山東勞動職業技術學院機械工程系教師。

曾凡太，山東大學信息科學與工程學院高級工程師。已經出版“EDA工程叢書”（共5卷，清華大學出版社出版）、《現代電子設計教程》（高等教育出版社出版）、《PCI匯流排與多媒體計算機》（電子工業出版社出版）等書，發表論文數十篇，申請發明專利4項。