嵌入式通信系统

原　理　篇

第1章　嵌入式通信系统概述 1

1.1　嵌入式通信系统的定义 1

1.2　嵌入式通信系统的发展 2

1.2.1　嵌入式系统的产生和历史 2

1.2.2　嵌入式通信系统的发展现状 3

1.2.3　嵌入式通信系统的发展趋势 4

1.3　嵌入式系统的种类 5

1.3.1　按所嵌入的处理器分类 5

1.3.2　按实时性分类 6

1.3.3　按应用领域分类 7

1.3.4　按嵌入式系统软件复杂程度分类 8

1.4　嵌入式通信系统的特点 8

1.4.1　嵌入式系统的特点 8

1.4.2　嵌入式通信系统的技术特点 10

1.5　嵌入式通信系统的组成结构 11

1.5.1　硬件层 12

1.5.2　中间层 13

1.5.3　系统软件层 13

1.5.4　应用层 14

1.6　嵌入式通信系统的开发与应用 14

1.6.1　嵌入式通信系统开发相关技术 14

1.6.2　嵌入式通信系统的广泛应用 15

小　　结 16

习题 16

第2章　嵌入式通信系统的设计与开发 17

2.1　概述 17

2.2　系统设计技术 17

2.2.1　嵌入式通信系统的开发过程 17

2.2.2　系统设计的形式化方法 22

2.2.3　嵌入式通信软件设计 24

2.3　嵌入式通信系统的开发工具 28

2.3.1　开发嵌入式通信系统的高级语言 28

2.3.2　嵌入式操作系统 30

2.3.3　ADS简介 30

2.3.4　指令集模拟器 30

2.4　嵌入式通信系统的调试方法 31

2.4.1　嵌入式调试系统简介 31

2.4.2　基于Angel的调试方法 31

2.4.3　基于JTAG的调试方法 34

小结 34

习题 35

第3章　嵌入式通信系统的硬件平台 36

3.1　概述 36

3.2　嵌入式通信系统的硬件结构 37

3.3　嵌入式处理器 37

3.3.1　嵌入式处理器的分类 38

3.3.2　嵌入式处理器的特点 39

3.3.3　嵌入式处理器的选择原则 40

3.3.4　嵌入式处理器的发展历程 40

3.4　嵌入式通信系统的存储器 41

3.4.1　存储器系统的层次结构 41

3.4.2　随机存储器 41

3.4.3　只读存储器 43

3.5　嵌入式通信系统的通信模块 45

3.5.1　以太网 45

3.5.2　CAN 46

3.5.3　LON（LonWorks协议） 48

3.5.4　无线通信 48

3.6　嵌入式通信系统的I/O设备 50

3.6.1　输入设备 50

3.6.2　输出设备 51

小结 52

习题 52

第4章　嵌入式通信系统的实时操作系统 53

4.1　概述 53

4.2　操作系统 53

4.2.1　操作系统的概念和功能 54

4.2.2　进程 54

4.2.3　操作系统的分类 56

4.3　嵌入式操作系统 57

4.3.1　嵌入式操作系统的概念和特点 57

4.3.2　嵌入式操作系统的发展 58

4.3.3　嵌入式操作系统的构成 58

4.4　嵌入式实时操作系统 59

4.4.1　RTOS的概念和功能 59

4.4.2　RTOS的重要评价指标 60

4.5　常用嵌入式实时操作系统 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　嵌入式操作系统的选择 64

小结 64

习题 64

第5章　嵌入式通信系统的网络及协议栈 65

5.1　概述 65

5.2　嵌入式通信系统的联网 65

5.2.1　选择协议栈 65

5.2.2　选择网络技术 66

5.2.3　选择成熟的实现方案 66

5.2.4　使用标准的应用协议 67

5.2.5　流行的网络体系结构 67

5.3　嵌入式Internet技术 68

5.3.1　网络体系结构 68

5.3.2　嵌入式Internet基础 70

5.3.3　嵌入式Internet的实现方式 70

小结 72

习题 72

第6章　嵌入式通信系统的电磁兼容 73

6.1　概述 73

6.2　嵌入式通信系统中电磁兼容的标准 73

6.2.1　电磁兼容的基本概念 73

6.2.2　电磁兼容标准 75

6.3　嵌入式通信系统的电磁兼容测试 77

6.3.1　电磁兼容的测试标准 77

6.3.2　电磁兼容的测试仪器 77

6.3.3　电磁兼容的测试场地 77

6.4　嵌入式通信系统的电磁干扰控制方法 78

6.4.1　常见的EMI问题 78

6.4.2　EMI控制技术 79

6.4.3　接地 79

6.4.4　其他方法 83

6.5　嵌入式通信系统中印制电路板的电磁兼容设计 84

6.5.1　常用元器件的选择 84

6.5.2　PCB的走线 86

6.6　嵌入式通信系统的静电防护 87

6.6.1　静电的产生和危害 87

6.6.2　ESD的模型 88

6.6.3　静电的消除 88

6.6.4　PCB的静电防护 89

小结 90

习题 90

系　统　篇

第7章　基于单片机的嵌入式通信系统 91

7.1　概述 91

7.1.1　单片机的概念 91

7.1.2　单片机的发展史 91

7.1.3　单片机的分类 92

7.2　单片机的体系结构 92

7.2.1　MCS-51单片机的硬件结构 93

7.2.2　MCS-51单片机的引脚 94

7.2.3　MCS-51单片机存储器结构 95

7.2.4　MCS-51单片机最小系统电路 99

7.3　单片机中断系统 100

7.4　单片机定时器/计数器 105

7.5　单片机的串行通信接口 108

小结 111

习题 111

第8章　基于PC/104架构的嵌入式通信系统 112

8.1　概述 112

8.2　PC/104标准 113

8.2.1　模块标准 113

8.2.2　引脚信号 114

8.3　PC/104结构体系 116

8.4　PC/104通信接口 117

8.4.1　外部连接器 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　软盘接口 121

8.4.6　CRT接口 121

8.4.7　平板显示接口 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的开发环境与编程 124

8.5.1　QNX概述 124

8.5.2　QNX系统命令 125

8.5.3　QNX应用程序开发 128

小结 130

习题 130

第9章　基于ARM架构的嵌入式通信系统 131

9.1　概述 131

9.1.1　ARM微处理器系列 131

9.1.2　ARM微处理器结构 133

9.2　ARM的结构体系 134

9.2.1　ARM体系结构的特点 134

9.2.2　ARM体系结构的存储器格式 135

9.2.3　ARM微处理器模式 136

9.3　ARM的指令系统 136

9.3.1　ARM微处理器的指令集概述 136

9.3.2　ARM指令的寻址方式 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　以太网通信接口 144

9.5　基于ARM架构的嵌入式网关 145

9.5.1　硬件平台设计 145

9.5.2　软件平台设计 147

小结 149

习题 149

第10章　嵌入式操作系统??C/OS-II 150

10.1　概述 150

10.2　??C/OS-II任务管理 151

10.3　??C/OS-II内存管理 152

10.4　??C/OS-II中断和时间管理 154

10.4.1　??C/OS-II的中断服务子程序 154

10.4.2　??C/OS-II的时间管理 156

10.5　??C/OS-II任务之间的通信与同步 158

10.5.1　事件控制块 158

10.5.2　消息邮箱 159

10.5.3　消息队列 160

10.6　??C/OS-II系统移植 160

10.6.1　??C/OS-II移植条件 161

10.6.2　移植过程 161

10.6.3　移植测试 162

10.7　??C/OS-II的通信开发 163

10.7.1　??C/OS-II系统CAN总线开发 163

10.7.2　??C/OS-II系统以太网开发 165

小结 168

习题 168

第11章　嵌入式操作系统Windows CE 169

11.1　嵌入式操作系统Windows CE概述 169

11.2　Windows CE体系结构 170

11.3　Windows CE进程和线程 174

11.3.1　Windows CE进程 174

11.3.2　Windows CE线程 175

11.3.3　线程调度 176

11.3.4　线程同步 177

11.3.5　进程间通信 179

11.4　Windows CE存储系统 180

11.4.1　内存管理 180

11.4.2　文件管理与注册表 183

11.5　Windows CE的网络通信开发 184

11.5.1　Windows CE通信简介 185

11.5.2　WinSock和IRSock 185

11.5.3　UDP编程 186

11.5.4　TCP编程 186

11.5.5　FTP编程 187

小结 188

习题 188

第12章　嵌入式操作系统Linux 190

12.1　概述 190

12.2　Linux体系结构 192

12.2.1　嵌入式操作系统的体系结构 192

12.2.2　Linux体系结构 194

12.3　Linux系统功能 195

12.3.1　内存管理 195

12.3.2　进程管理 198

12.3.3　文件系统 200

12.3.4　设备管理 201

12.4　Linux的驱动开发 202

12.4.1　Linux的驱动概述 202

12.4.2　Linux设备驱动程序的基本结构 203

12.4.3　Linux设备驱动分类 203

12.4.4　Linux设备的控制方式 204

12.4.5　Linux设备驱动开发流程 205

12.5　Linux的网络通信开发 205

12.5.1　网络协议参考模型 206

12.5.2　TCP和UDP 206

12.5.3　TCP通信编程 207

12.5.4　UDP通信编程 210

小结 211

习题 211

第13章　嵌入式移动手机操作系统 Android 212

13.1　概述 212

13.1.1　初识Android系统 212

13.1.2　Android核心功能模块 213

13.2　Android的开发工具 215

13.2.1　系统需求 215

13.2.2　搭建Android开发环境 216

13.3　Android应用程序 217

13.3.1　简介 217

13.3.2　Android资源文件 217

13.3.3　Android应用程序构成 218

13.4　Android程序的用户界面开发 219

13.4.1　界面控件 219

13.4.2　界面布局 222

13.5　Android的网络通信开发 223

13.5.1　Android的网络基础 223

13.5.2　HTTP通信 224

13.5.3　Socket通信 225

13.5.4　Wi-Fi通信 226

小结 228

习题 228

开　发　篇

第14章　嵌入式工业以太网 229

14.1　以太网综述 229

14.1.1　以太网及其特点 229

14.1.2　以太网络系统 230

14.1.3　以太网络协议 232

14.2　工业以太网及其关键技术 233

14.2.1　工业以太网及其特点 233

14.2.2　工业以太网关键技术分析 233

14.3　嵌入式工业以太网应用实例 235

14.3.1　网口驱动及其直接通信应用 235

14.3.2　嵌入式TCP/IP协议栈移植及应用 238

小结 242

习题 242

第15章　嵌入式CAN总线网络通信 243

15.1　CAN总线网络通信综述 243

15.1.1　CAN总线简介 243

15.1.2　CAN总线发展概况 244

15.2　CAN总线通信技术 244

15.2.1　CAN总线协议 244

15.2.2　CAN总线报文传输 246

15.2.3　CAN总线驱动分析 247

15.3　基于STM32的CAN通信的软/硬件设计 248

15.3.1　CAN总线拓扑结构 248

15.3.2　CAN总线结点的硬件构成 248

15.3.3　双结点CAN线通信 248

15.3.4　CAN通信系统软件的设计 249

15.4　基于CAN总线网络监控系统的软/硬件设计 251

15.4.1　CAN总线监控方案 252

15.4.2　CAN总线监控系统的硬件设计 252

15.4.3　CAN总线监控软件设计 254

小结 258

习题 258

第16章　嵌入式Bluetooth无线网络通信 259

16.1　Bluetooth传输协议 259

16.1.1　蓝牙无线层 259

16.1.2　蓝牙基带层 261

16.1.3　主机控制器接口 262

16.2　嵌入式Bluetooth点对点通信系统 263

16.2.1　Bluetooth模块和开发工具包 264

16.2.2　点对点无线通信系统的组建 264

16.2.3　嵌入式Bluetooth通信系统软件设计 265

16.3　嵌入式Bluetooth信息共享系统 267

16.3.1　系统硬件框架设计 268

16.3.2　系统软件框架设计 268

16.3.3　Bluetooth语音短消息功能设计实现 270

小结 272

习题 272

第17章　Linux的ZigBee网关设计 273

17.1　ZigBee标准介绍 273

17.1.1　ZigBee技术的概念和发展 273

17.1.2　ZigBee技术的特点 273

17.1.3　ZigBee网络结构 274

17.1.4　ZigBee协议栈 274

17.2　ZigBee网关硬件结构 275

17.2.1　网络的整体框图 275

17.2.2　网关的硬件框架 276

17.2.3　ZigBee通信模块 276

17.2.4　ARM核心板 277

17.2.5　网络模块 278

17.2.6　电源模块 278

17.3　ZigBee网关软件结构 279

17.3.1　Z-Stack协议栈 279

17.3.2　无线传感器网络 280

17.3.3　Linux开发平台的搭建 281

17.3.4　嵌入式Web服务器搭建 283

17.4　ZigBee网关数据收发与应用处理 284

17.4.1　嵌入式数据库在网关中的应用 285

17.4.2　网页动态显示传感器数据 286

小结 289

习题 289

第18章　Windows CE网络服务器开发 290

18.1　Windows CE网络服务器通信架构 290

18.2　系统硬件结构及平台搭建 291

18.2.1　嵌入式Web服务器的系统结构 291

18.2.2　系统硬件结构 292

18.2.3　Web服务器的软件总体设计 293

18.3　Windows CE操作系统移植与软件平台开发 294

18.3.1　概述 294

18.3.2　Microsoft Platform Builder平台开发 294

18.3.3　OAL层开发 296

18.3.4　S3C2410平台驱动开发 297

18.4　嵌入式Web服务器软件实现 301

18.4.1　Web服务端应用软件实现 301

18.4.2　客户端ActiveX控件的实现 302

小结 303

习题 303

第19章　Android系统LBS定位应用开发 304

19.1　概述 304

19.2　手机定位技术 304

19.2.1　卫星定位技术 304

19.2.2　蜂窝网定位技术 305

19.3　开发环境及关键技术 307

19.3.1　Android平台概述 307

19.3.2　位置服务 309

19.3.3　百度地图Android SDK 309

19.4　系统功能分析与设计 310

19.4.1　需求分析 310

19.4.2　Android开发环境的搭建 311

19.5　系统功能实现 314

19.5.1　地图浏览功能的实现 314

19.5.2　地图模式选择功能的实现 315

19.5.3　用户定位功能的实现 315

19.5.4　地点搜索功能的实现 316

19.5.5　周边查询功能的实现 317

19.5.6　路径服务功能的实现 317

小结 319

习题 319

参考文献 320