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作者简介

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Windows、Linux等应用程序设计，熟知J2EE架构及其跨平台程序设计，熟知系统级计算机设计验证和模拟仿真，熟知FPGA-SOPC软硬件协同设计，特别是嵌入式系统及其uC／OS、uC／Linux、WinCE、VxWorks等下的软件体系结构和外设／接口的驱动程序设计。怯公，在国内许多科技期刊上独立发表过很多技术性文章，独立编著有《嵌入式系统软硬件体系设计》、《基于底层硬件的软件设计》等技术书籍，多年来还不断从事研究生、本科生及专业技术人员的培训。

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内容介绍

《嵌入式网络通信开发应用》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。 《嵌入式网络通信开发应用》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。

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精彩书摘

（1）轮询访问协议 轮询访问协议因其简单方便、实时性能可确定等特点而成为嵌入式网络常用协议之一。采用轮询访问协议，需要指定一个主节点作为中心主机来定期轮询各个从属节点，以显式分配从属节点访问共享介质的权力。这类协议的缺点也是明显的：轮询过程占用了宝贵的网络带宽，增加了网络负担；风险完全集中在主机节点上，为了避免因主节点失效而导致整个网络瘫痪的情况，有时须设置多个主节点来提高系统的健壮性（如ProFiBus现场总线）。 （2）带冲突检测的载波监听多路访问协议 带冲突检测的载波监听多路访问（2SMA／CD（Carrier Sense Multiple Access／（20nfliet De-tection）协议有许多不同的实现版本，核心思想是：一个节点只有确认网络空闲之后才能发送信息。如果多个节点几乎同时检测到网络空闲并发送信息，则产生冲突。检测到冲突的发送信息节点必须采用某种算法（如回溯算法）来确定延时长短，延时结束后重复上述过程再试图发送。CSMA／CD的优点是理论上能支持任意多的节点，且不需要预先分配节点位置，因此在办公环境中几乎占有绝对优势。但是CSMA／CD冲突产生具有很大的随机性，在最坏情况下的响应延时不可确定，无法满足嵌入式网络最基本的实时性要求。 （3）令牌环协议 在令牌环网中，节点之间使用端到端的连接，所有节点在物理上组成一个环型结构。一组特殊的脉冲编码序列，即令牌，沿着环从一个节点向其物理邻居节点传递。一个节点获得令牌后，如无信息要发送，则将令牌继续传递给下一个邻居；否则，首先停止令牌循环，然后沿着环发送它的信息，最后继续令牌传递。令牌环网的优点是：实时性可确定，因为容易计算出最坏情况下节点等待令牌的时间；令牌传递占用的网络带宽极小，带宽利用率很高，具有强大的吞吐能力。但这种协议在具体实现时为确保可靠性必须付出较大的代价：为避免因电缆断裂和节点失效导致整个网络瘫痪，常采用双环结构和失效节点自动旁路措施，导致实施成本增加；为立即检测到令牌是否意外丢失，不得不增加该协议实施的复杂性。

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第1章嵌入式网络通信综述1 1.1 嵌入式网络通信基础1 1.1.1 网络通信的简要介绍1 1.1.2 网络通信的硬件基础2 1.1.3 网络通信的软件基础5 1.1.4 网络通信的网络基础10 1.2 常见嵌入式网络通信12 1.2.1 常见有/无线网络通信形式12 1.2.2 常用嵌入式网络通信实现14 第2章嵌入式UART485网络通信18 2.1 UART485网络通信基础18 2.1.1 RS485总线及其网络通信18 2.1.2 UART与RS232-C通信20 2.2 基本的软/硬件体系设计22 2.2.1 接口器件及选择使用22 2.2.2 硬件接口电路的设计23 2.2.3 特定通信协约的制定26 2.2.4 网络通信软件的编制28 2.3 UART485网络通信开发实例33 2.3.1 生产线产品的动态统计分析33 2.3.2 公共事务排队控制系统构建47 第3章嵌入式CAN总线网络通信53 3.1 CAN总线网络通信基础53 3.1.1 CAN总线网络及其特征53 3.1.2 CAN总线网络通信协议54 3.2 基本的软/硬件体系设计56 3.3.1 CAN总线接口器件及其选择56 3.2.2 CAN总线通信的软硬件设计57 3.2.3 CAN总线网络通信运行分析58 3.3 CAN接口驱动及网络通信开发实例60 3.3.1 CAN总线接口硬件电路设计60 3.3.2 EPP主/备CAN监视节点设计62 3.3.3 道岔运行状况监控终端设计69 3.3.4 地下电缆沟道监测系统设计82 第4章嵌入式工业以太网络通信87 4.1 工业以太网络通信基础87 4.1.1 以太网及其网络特征87 4.1.2 EMAC网络传输协议88 4.1.3 双绞线介质及其连接90 4.1.4 工业以太网及其特点90 4.2 基本的软/硬件体系设计93 4.2.1 以太网接口器件及其特征93 4.2.2 嵌入式以太网通信的硬件实现96 4.2.3 嵌入式以太网通信的软件编制96 4.2.4 嵌入式TCP/IP协议栈概述98 4.3 网口驱动及其应用实例101 4.3.1 网口驱动及其直接通信应用101 4.3.2 嵌入式TCP/IP协调栈移植104 4.3.3 μC/Linux下的网口驱动设计108 4.3.4 BSDSocket套接字通信实现117 第5章嵌入式LonWorks网络通信120 5.1 LonWorks网络通信基础120 5.1.1 LonWorks总线及其技术概述120 5.1.2 LonWorks网络通信体系框架121 5.2 基本的软/硬件体系设计124 5.2.1 节点器件及其系统连接124 5.2.2 LonWorks总线网络构造127 5.2.3 LonWorks通信软件设计127 5.3 LonWorks网络节点/适配器设计实例130 5.3.1 基于神经元的节点设计130 5.3.2 基于微处理器的节点设计138 5.3.3 PCI/ISA网络适配卡设计144 5.3.4 LonWorks电能检测系统设计149 第6章嵌入式ZigBee无线网络通信154 6.1 ZigBee无线网络通信基础154 6.1.1 ZigBee无线网络通信概述154 6.1.2 通信协议框架及其实现157 6.1.3 网络组织与数据帧159 6.2 基本的软/硬件体系设计163 6.2.1 ZigBee技术的通信部件163 6.2.2 ZigBee无线通信实现分析165 6.2.3 ZigBee通信的软/硬件设计166 6.3 生产生活的简易监控实例169 6.3.1 无线收发电路设计实例169 6.3.2 简易语音通信设计实例173 6.3.3 火灾报警系统设计实例177 6.3.4 无线片上系统设计实例181 第7章嵌入式IrDA无线遥控通信191 7.1 IrDA无线遥控通信基础191 7.2 基本的软/硬件体系设计192 7.2.1 IrDA器件及其使用192 7.2.2 常见IrDA电路设计195 7.2.3 IrDA通信的软件设计198 7.3 IrDA无线遥控应用实例199 7.3.1 逻辑电路实现红外遥控解码实例199 7.3.2 LED显示屏的简易IrDA遥控实例202 7.3.3 空调生产线的红外多机检测实例215 7.3.4 ARMLinuxIrDA软件实现实例217 第8章嵌入式信号卫星通信221 8.1 信号卫星通信基础221 8.1.1 卫星定位授时同步概述221 8.1.2 卫星定位授时同步原理222 8.2 基本软/硬件体系设计224 8.2.1 全球卫星导航的接收端设计224 8.2.2 卫星定位授时同步应用设计227 8.2.3 通信协议与测试软件工具应用230 8.3 卫星定位授时应用实例233 8.3.1 铁路路况GPS巡检实例233 8.3.2 北头卫星授时应用实例250 第9章嵌入式GPRS/CDMA/3G移动通信255 9.1 无线移动通信应用基础255 9.1.1 常见移动网络通信概述255 9.1.2 移动通信技术的总体特征257 9.1.3 嵌入式移动通信体系框架258 9.1.4 AT监控指令及其应用简述260 9.2 基本的软/硬件体系设计263 9.2.1 移动通信部件263 9.2.2 硬件体系设计265 9.2.3 软件体系实现266 9.2.4 设计注意事项266 9.3 移动通信开发应用实例268 9.3.1 无线公共电话的开发设计实例268 9.3.2 短信息形式的无线传输实例292 9.3.3 内置TCP/IP的无线传输实例298 9.3.4 移植TCP/IP的无线传输实例306 第10章嵌入式BlueTooth无线网络通信310 10.1 BlueTooth网络通信基础310 10.1.1 BlueTooth通信网络及其特征310 10.1.2 BlueTooth网络系统及拓扑构成311 10.1.3 BlueTooth功能单元与协议体系312 10.1.4 BlueTooth的节点匹配及其应用317 10.2 基本的软/硬件体系设计317 10.2.1 BlueTooth协议栈的结构体系分析317 10.2.2 BlueTooth技术的软/硬件实现分析319 10.2.3 BlueTooth无线通信部件及其构造321 10.2.4 BlueTooth技术的软/硬件实现形式325 10.3 BlueTooth无线通信应用328 10.3.1 芯片组BlueTooth无线通信设计328 10.3.2 单芯片BlueTooth无线通信设计333 10.3.3 E-LinuxBlueTooth无线通信实现335 10.3.4 WindowsCEBlueTooth驱动与通信实现342 第11章嵌入式WiFi无线网络通信350 11.1 WiFi无线网络通信基础350 11.1.1 WiFi通信网络及其特征350 11.1.2 WiFi网络系统及其拓扑352 11.1.3 WiFi网络通信及其实现354 11.2 基本的软/硬件体系设计358 11.2.1 WiFi部件及其选择358 11.2.2 WiFi硬件体系设计360 11.2.3 WiFi软件体系设计361 11.3 WiFi网络通信开发应用实则362 11.3.1 ARMLinux-ARM9-88W8686体系实则362 11.3.2 μCLinux-ARM7-BWG200体系实例365 11.3.3 μC/OS-ARM7-NC5004体系实例368 11.3.4 NEOS-ARM7-CG-1000体系实例372 11.3.5 WinCE-ARM9-VNUWCL5体系实例382 第12章嵌入式简易无线网络通信388 12.1 简易无线网络通信基础388 12.1.1 简易无线网络通信综述388 12.1.2 基本通信功能及其实现389 12.2 基本的软硬/件体系设计390 12.2.1 简易无线通信部件及其选择390 12.2.2 简易无线通信硬件体系设计396 12.2.3 简易无线通信软件体系设计399 12.3 简易无线网络通信开发实例400 12.3.1 MICRF005射频接收电路设计实例400 12.3.2 IA4220/4320防丢-寻找器设计实例402 12.3.3 RF24L01模块的驱动程序设计实例404 12.3.4 Zi2121-USB无线鼠标对实现实例410 参考文献429

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