嵌入式通信系統(tǒng)

原　理　篇
第1章　嵌入式通信系統(tǒng)概述 1
1.1　嵌入式通信系統(tǒng)的定義 1
1.2　嵌入式通信系統(tǒng)的發(fā)展 2
1.2.1　嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)生和歷史 2
1.2.2　嵌入式通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.2.3　嵌入式通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 4
1.3　嵌入式系統(tǒng)的種類 5
1.3.1　按所嵌入的處理器分類 5
1.3.2　按實時性分類 6
1.3.3　按應用領域分類 7
1.3.4　按嵌入式系統(tǒng)軟件復雜程度分類 8
1.4　嵌入式通信系統(tǒng)的特點 8
1.4.1　嵌入式系統(tǒng)的特點 8
1.4.2　嵌入式通信系統(tǒng)的技術(shù)特點 10
1.5　嵌入式通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) 11
1.5.1　硬件層 12
1.5.2　中間層 13
1.5.3　系統(tǒng)軟件層 13
1.5.4　應用層 14
1.6　嵌入式通信系統(tǒng)的開發(fā)與應用 14
1.6.1　嵌入式通信系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)技術(shù) 14
1.6.2　嵌入式通信系統(tǒng)的廣泛應用 15
小　　結(jié) 16
習題 16

第2章　嵌入式通信系統(tǒng)的設計與開發(fā) 17
2.1　概述 17
2.2　系統(tǒng)設計技術(shù) 17
2.2.1　嵌入式通信系統(tǒng)的開發(fā)過程 17
2.2.2　系統(tǒng)設計的形式化方法 22
2.2.3　嵌入式通信軟件設計 24
2.3　嵌入式通信系統(tǒng)的開發(fā)工具 28
2.3.1　開發(fā)嵌入式通信系統(tǒng)的高級語言 28
2.3.2　嵌入式操作系統(tǒng) 30
2.3.3　ADS簡介 30
2.3.4　指令集模擬器 30
2.4　嵌入式通信系統(tǒng)的調(diào)試方法 31
2.4.1　嵌入式調(diào)試系統(tǒng)簡介 31
2.4.2　基于Angel的調(diào)試方法 31
2.4.3　基于JTAG的調(diào)試方法 34
小結(jié) 34
習題 35
第3章　嵌入式通信系統(tǒng)的硬件平臺 36
3.1　概述 36
3.2　嵌入式通信系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 37
3.3　嵌入式處理器 37
3.3.1　嵌入式處理器的分類 38
3.3.2　嵌入式處理器的特點 39
3.3.3　嵌入式處理器的選擇原則 40
3.3.4　嵌入式處理器的發(fā)展歷程 40
3.4　嵌入式通信系統(tǒng)的存儲器 41
3.4.1　存儲器系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 41
3.4.2　隨機存儲器 41
3.4.3　只讀存儲器 43
3.5　嵌入式通信系統(tǒng)的通信模塊 45
3.5.1　以太網(wǎng) 45
3.5.2　CAN 46
3.5.3　LON（LonWorks協(xié)議） 48
3.5.4　無線通信 48
3.6　嵌入式通信系統(tǒng)的I/O設備 50
3.6.1　輸入設備 50
3.6.2　輸出設備 51
小結(jié) 52
習題 52
第4章　嵌入式通信系統(tǒng)的實時操作系統(tǒng) 53
4.1　概述 53
4.2　操作系統(tǒng) 53
4.2.1　操作系統(tǒng)的概念和功能 54
4.2.2　進程 54
4.2.3　操作系統(tǒng)的分類 56
4.3　嵌入式操作系統(tǒng) 57
4.3.1　嵌入式操作系統(tǒng)的概念和特點 57
4.3.2　嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展 58
4.3.3　嵌入式操作系統(tǒng)的構(gòu)成 58
4.4　嵌入式實時操作系統(tǒng) 59
4.4.1　RTOS的概念和功能 59
4.4.2　RTOS的重要評價指標 60
4.5　常用嵌入式實時操作系統(tǒng) 62
4.5.1　嵌入式Linux 62
4.5.2　Nucleus Plus 62
4.5.3　??C/OS-Ⅱ 62
4.5.4　Windows CE 63
4.5.5　VxWorks 63
4.6　嵌入式操作系統(tǒng)的選擇 64
小結(jié) 64
習題 64
第5章　嵌入式通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡及協(xié)議棧 65
5.1　概述 65
5.2　嵌入式通信系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng) 65
5.2.1　選擇協(xié)議棧 65
5.2.2　選擇網(wǎng)絡技術(shù) 66
5.2.3　選擇成熟的實現(xiàn)方案 66
5.2.4　使用標準的應用協(xié)議 67
5.2.5　流行的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu) 67
5.3　嵌入式Internet技術(shù) 68
5.3.1　網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu) 68
5.3.2　嵌入式Internet基礎 70
5.3.3　嵌入式Internet的實現(xiàn)方式 70
小結(jié) 72
習題 72
第6章　嵌入式通信系統(tǒng)的電磁兼容 73
6.1　概述 73
6.2　嵌入式通信系統(tǒng)中電磁兼容的標準 73
6.2.1　電磁兼容的基本概念 73
6.2.2　電磁兼容標準 75
6.3　嵌入式通信系統(tǒng)的電磁兼容測試 77
6.3.1　電磁兼容的測試標準 77
6.3.2　電磁兼容的測試儀器 77
6.3.3　電磁兼容的測試場地 77
6.4　嵌入式通信系統(tǒng)的電磁干擾控制方法 78
6.4.1　常見的EMI問題 78
6.4.2　EMI控制技術(shù) 79
6.4.3　接地 79
6.4.4　其他方法 83
6.5　嵌入式通信系統(tǒng)中印制電路板的電磁兼容設計 84
6.5.1　常用元器件的選擇 84
6.5.2　PCB的走線 86
6.6　嵌入式通信系統(tǒng)的靜電防護 87
6.6.1　靜電的產(chǎn)生和危害 87
6.6.2　ESD的模型 88
6.6.3　靜電的消除 88
6.6.4　PCB的靜電防護 89
小結(jié) 90
習題 90
系　統(tǒng)　篇
第7章　基于單片機的嵌入式通信系統(tǒng) 91
7.1　概述 91
7.1.1　單片機的概念 91
7.1.2　單片機的發(fā)展史 91
7.1.3　單片機的分類 92
7.2　單片機的體系結(jié)構(gòu) 92
7.2.1　MCS-51單片機的硬件結(jié)構(gòu) 93
7.2.2　MCS-51單片機的引腳 94
7.2.3　MCS-51單片機存儲器結(jié)構(gòu) 95
7.2.4　MCS-51單片機最小系統(tǒng)電路 99
7.3　單片機中斷系統(tǒng) 100
7.4　單片機定時器/計數(shù)器 105
7.5　單片機的串行通信接口 108
小結(jié) 111
習題 111
第8章　基于PC/104架構(gòu)的嵌入式通信系統(tǒng) 112
8.1　概述 112
8.2　PC/104標準 113
8.2.1　模塊標準 113
8.2.2　引腳信號 114
8.3　PC/104結(jié)構(gòu)體系 116
8.4　PC/104通信接口 117
8.4.1　外部連接器 117
8.4.2　多用接口 119
8.4.3　串行端口 120
8.4.4　并行端口 120
8.4.5　軟盤接口 121
8.4.6　CRT接口 121
8.4.7　平板顯示接口 122
8.4.8　IDE端口 123
8.4.9　ETH/USB1端口 123
8.4.10 USB2端口 124
8.4.11 AUDIO端口 124
8.5　PC/104的開發(fā)環(huán)境與編程 124
8.5.1　QNX概述 124
8.5.2　QNX系統(tǒng)命令 125
8.5.3　QNX應用程序開發(fā) 128
小結(jié) 130
習題 130
第9章　基于ARM架構(gòu)的嵌入式通信系統(tǒng) 131
9.1　概述 131
9.1.1　ARM微處理器系列 131
9.1.2　ARM微處理器結(jié)構(gòu) 133
9.2　ARM的結(jié)構(gòu)體系 134
9.2.1　ARM體系結(jié)構(gòu)的特點 134
9.2.2　ARM體系結(jié)構(gòu)的存儲器格式 135
9.2.3　ARM微處理器模式 136
9.3　ARM的指令系統(tǒng) 136
9.3.1　ARM微處理器的指令集概述 136
9.3.2　ARM指令的尋址方式 138
9.3.3　ARM指令集 139
9.4　ARM的通信接口 142
9.4.1　S3C4510B概述 142
9.4.2　串行通信接口 144
9.4.3　以太網(wǎng)通信接口 144
9.5　基于ARM架構(gòu)的嵌入式網(wǎng)關(guān) 145
9.5.1　硬件平臺設計 145
9.5.2　軟件平臺設計 147
小結(jié) 149
習題 149
第10章　嵌入式操作系統(tǒng)??C/OS-II 150
10.1　概述 150
10.2　??C/OS-II任務管理 151
10.3　??C/OS-II內(nèi)存管理 152
10.4　??C/OS-II中斷和時間管理 154
10.4.1　??C/OS-II的中斷服務子程序 154
10.4.2　??C/OS-II的時間管理 156
10.5　??C/OS-II任務之間的通信與同步 158
10.5.1　事件控制塊 158
10.5.2　消息郵箱 159
10.5.3　消息隊列 160
10.6　??C/OS-II系統(tǒng)移植 160
10.6.1　??C/OS-II移植條件 161
10.6.2　移植過程 161
10.6.3　移植測試 162
10.7　??C/OS-II的通信開發(fā) 163
10.7.1　??C/OS-II系統(tǒng)CAN總線開發(fā) 163
10.7.2　??C/OS-II系統(tǒng)以太網(wǎng)開發(fā) 165
小結(jié) 168
習題 168
第11章　嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE 169
11.1　嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE概述 169
11.2　Windows CE體系結(jié)構(gòu) 170
11.3　Windows CE進程和線程 174
11.3.1　Windows CE進程 174
11.3.2　Windows CE線程 175
11.3.3　線程調(diào)度 176
11.3.4　線程同步 177
11.3.5　進程間通信 179
11.4　Windows CE存儲系統(tǒng) 180
11.4.1　內(nèi)存管理 180
11.4.2　文件管理與注冊表 183
11.5　Windows CE的網(wǎng)絡通信開發(fā) 184
11.5.1　Windows CE通信簡介 185
11.5.2　WinSock和IRSock 185
11.5.3　UDP編程 186
11.5.4　TCP編程 186
11.5.5　FTP編程 187
小結(jié) 188
習題 188
第12章　嵌入式操作系統(tǒng)Linux 190
12.1　概述 190
12.2　Linux體系結(jié)構(gòu) 192
12.2.1　嵌入式操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 192
12.2.2　Linux體系結(jié)構(gòu) 194
12.3　Linux系統(tǒng)功能 195
12.3.1　內(nèi)存管理 195
12.3.2　進程管理 198
12.3.3　文件系統(tǒng) 200
12.3.4　設備管理 201
12.4　Linux的驅(qū)動開發(fā) 202
12.4.1　Linux的驅(qū)動概述 202
12.4.2　Linux設備驅(qū)動程序的基本結(jié)構(gòu) 203
12.4.3　Linux設備驅(qū)動分類 203
12.4.4　Linux設備的控制方式 204
12.4.5　Linux設備驅(qū)動開發(fā)流程 205
12.5　Linux的網(wǎng)絡通信開發(fā) 205
12.5.1　網(wǎng)絡協(xié)議參考模型 206
12.5.2　TCP和UDP 206
12.5.3　TCP通信編程 207
12.5.4　UDP通信編程 210
小結(jié) 211
習題 211
第13章　嵌入式移動手機操作系統(tǒng) Android 212
13.1　概述 212
13.1.1　初識Android系統(tǒng) 212
13.1.2　Android核心功能模塊 213
13.2　Android的開發(fā)工具 215
13.2.1　系統(tǒng)需求 215
13.2.2　搭建Android開發(fā)環(huán)境 216
13.3　Android應用程序 217
13.3.1　簡介 217
13.3.2　Android資源文件 217
13.3.3　Android應用程序構(gòu)成 218
13.4　Android程序的用戶界面開發(fā) 219
13.4.1　界面控件 219
13.4.2　界面布局 222
13.5　Android的網(wǎng)絡通信開發(fā) 223
13.5.1　Android的網(wǎng)絡基礎 223
13.5.2　HTTP通信 224
13.5.3　Socket通信 225
13.5.4　Wi-Fi通信 226
小結(jié) 228
習題 228
開　發(fā)　篇
第14章　嵌入式工業(yè)以太網(wǎng) 229
14.1　以太網(wǎng)綜述 229
14.1.1　以太網(wǎng)及其特點 229
14.1.2　以太網(wǎng)絡系統(tǒng) 230
14.1.3　以太網(wǎng)絡協(xié)議 232
14.2　工業(yè)以太網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù) 233
14.2.1　工業(yè)以太網(wǎng)及其特點 233
14.2.2　工業(yè)以太網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析 233
14.3　嵌入式工業(yè)以太網(wǎng)應用實例 235
14.3.1　網(wǎng)口驅(qū)動及其直接通信應用 235
14.3.2　嵌入式TCP/IP協(xié)議棧移植及應用 238
小結(jié) 242
習題 242
第15章　嵌入式CAN總線網(wǎng)絡通信 243
15.1　CAN總線網(wǎng)絡通信綜述 243
15.1.1　CAN總線簡介 243
15.1.2　CAN總線發(fā)展概況 244
15.2　CAN總線通信技術(shù) 244
15.2.1　CAN總線協(xié)議 244
15.2.2　CAN總線報文傳輸 246
15.2.3　CAN總線驅(qū)動分析 247
15.3　基于STM32的CAN通信的軟/硬件設計 248
15.3.1　CAN總線拓撲結(jié)構(gòu) 248
15.3.2　CAN總線結(jié)點的硬件構(gòu)成 248
15.3.3　雙結(jié)點CAN線通信 248
15.3.4　CAN通信系統(tǒng)軟件的設計 249
15.4　基于CAN總線網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的軟/硬件設計 251
15.4.1　CAN總線監(jiān)控方案 252
15.4.2　CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計 252
15.4.3　CAN總線監(jiān)控軟件設計 254
小結(jié) 258
習題 258
第16章　嵌入式Bluetooth無線網(wǎng)絡通信 259
16.1　Bluetooth傳輸協(xié)議 259
16.1.1　藍牙無線層 259
16.1.2　藍牙基帶層 261
16.1.3　主機控制器接口 262
16.2　嵌入式Bluetooth點對點通信系統(tǒng) 263
16.2.1　Bluetooth模塊和開發(fā)工具包 264
16.2.2　點對點無線通信系統(tǒng)的組建 264
16.2.3　嵌入式Bluetooth通信系統(tǒng)軟件設計 265
16.3　嵌入式Bluetooth信息共享系統(tǒng) 267
16.3.1　系統(tǒng)硬件框架設計 268
16.3.2　系統(tǒng)軟件框架設計 268
16.3.3　Bluetooth語音短消息功能設計實現(xiàn) 270
小結(jié) 272
習題 272
第17章　Linux的ZigBee網(wǎng)關(guān)設計 273
17.1　ZigBee標準介紹 273
17.1.1　ZigBee技術(shù)的概念和發(fā)展 273
17.1.2　ZigBee技術(shù)的特點 273
17.1.3　ZigBee網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 274
17.1.4　ZigBee協(xié)議棧 274
17.2　ZigBee網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu) 275
17.2.1　網(wǎng)絡的整體框圖 275
17.2.2　網(wǎng)關(guān)的硬件框架 276
17.2.3　ZigBee通信模塊 276
17.2.4　ARM核心板 277
17.2.5　網(wǎng)絡模塊 278
17.2.6　電源模塊 278
17.3　ZigBee網(wǎng)關(guān)軟件結(jié)構(gòu) 279
17.3.1　Z-Stack協(xié)議棧 279
17.3.2　無線傳感器網(wǎng)絡 280
17.3.3　Linux開發(fā)平臺的搭建 281
17.3.4　嵌入式Web服務器搭建 283
17.4　ZigBee網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)與應用處理 284
17.4.1　嵌入式數(shù)據(jù)庫在網(wǎng)關(guān)中的應用 285
17.4.2　網(wǎng)頁動態(tài)顯示傳感器數(shù)據(jù) 286
小結(jié) 289
習題 289
第18章　Windows CE網(wǎng)絡服務器開發(fā) 290
18.1　Windows CE網(wǎng)絡服務器通信架構(gòu) 290
18.2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及平臺搭建 291
18.2.1　嵌入式Web服務器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 291
18.2.2　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 292
18.2.3　Web服務器的軟件總體設計 293
18.3　Windows CE操作系統(tǒng)移植與軟件平臺開發(fā) 294
18.3.1　概述 294
18.3.2　Microsoft Platform Builder平臺開發(fā) 294
18.3.3　OAL層開發(fā) 296
18.3.4　S3C2410平臺驅(qū)動開發(fā) 297
18.4　嵌入式Web服務器軟件實現(xiàn) 301
18.4.1　Web服務端應用軟件實現(xiàn) 301
18.4.2　客戶端ActiveX控件的實現(xiàn) 302
小結(jié) 303
習題 303
第19章　Android系統(tǒng)LBS定位應用開發(fā) 304
19.1　概述 304
19.2　手機定位技術(shù) 304
19.2.1　衛(wèi)星定位技術(shù) 304
19.2.2　蜂窩網(wǎng)定位技術(shù) 305
19.3　開發(fā)環(huán)境及關(guān)鍵技術(shù) 307
19.3.1　Android平臺概述 307
19.3.2　位置服務 309
19.3.3　百度地圖Android SDK 309
19.4　系統(tǒng)功能分析與設計 310
19.4.1　需求分析 310
19.4.2　Android開發(fā)環(huán)境的搭建 311
19.5　系統(tǒng)功能實現(xiàn) 314
19.5.1　地圖瀏覽功能的實現(xiàn) 314
19.5.2　地圖模式選擇功能的實現(xiàn) 315
19.5.3　用戶定位功能的實現(xiàn) 315
19.5.4　地點搜索功能的實現(xiàn) 316
19.5.5　周邊查詢功能的實現(xiàn) 317
19.5.6　路徑服務功能的實現(xiàn) 317
小結(jié) 319
習題 319
參考文獻 320