基於Cortex-M3 和IPv6的物聯網技術開發與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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廖建尚 著

圖書標籤:

• Cortex-M3
• 物聯網
• IPv6
• 嵌入式係統
• 網絡協議
• 技術開發
• 應用實踐
• 單片機
• 通信技術
• 智能硬件

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302472179

版次：1

商品編碼：12214359

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-10-01

用紙：膠版紙

頁數：566

字數：890000

正文語種：中文

編輯推薦

本書是一本由淺入深對物聯網係統進行開發的書籍，全書采用任務式開發的學習方法，共積纍瞭近70生動有趣、貼近生活的案例，案例均有每個案例均有完整的開發過程。

內容簡介

本書介紹瞭基於Cortex�睲3和IPv6的物聯網開發技術與應用，由淺入深地對物聯網係統的開發進行介紹。全書采用任務式開發的學習方法，共積纍瞭70個趣味盎然、貼近生活的案例，每個案例均有完整的開發過程，分彆是明確的學習目標、清晰的環境開發要求、深入淺齣的原理學習、詳細的開發內容和完整的開發步驟，最後進行總結和拓展，引導讀者輕鬆完成理論學習，並將理論與開發實踐有機地結閤起來。
本書按照知識點分類，將嵌入式係統和物聯網係統的開發技術、Cortex�睲3接口技術、傳感器驅動、無綫傳感網絡技術、Contiki操作係統基本知識和網絡技術、IPv6綜閤開發技術、物聯網平颱開發技術、Android移動互聯網開發結閤在一起，實現瞭各種領域的物聯網的數據采集、傳輸和控製，並提供案例及其源代碼，讀者可以快速上手。
本書既可作為高等院校相關專業的教材或教學參考書，也可供相關領域的工程技術人員查閱，且適閤微處理器和物聯網係統開發愛好者使用。

目錄

第1章物聯網開發硬件與軟件
1.1任務1認識物聯網
1.1.1物聯網的含義與基本特徵
1.1.2中國物聯網産業發展現狀
1.1.3中國物聯網技術發展存在的問題
1.1.4IPv6和物聯網發展
1.1.5IPv6技術簡介
1.2任務2認識物聯網開發套件
1.2.1學習目標
1.2.2STM32W108
1.2.3ZXBee無綫節點
1.2.4硬件連接和調試
1.2.5ZXBee無綫節點硬件資源
1.3任務3搭建物聯網開發環境
1.3.1學習目標
1.3.2開發環境
1.3.3原理學習
1.3.4開發步驟
1.4任務4IAR項目開發
1.4.1工程目錄創建
1.4.2工程設置
1.4.3程序下載和調試
1.4.4下載hex文件
第2章STM32外圍接口開發
2.1任務5GPIO驅動
2.1.1學習目標
2.1.2開發環境
2.1.3原理學習
2.1.4開發內容
2.1.5開發步驟
2.1.6總結與擴展
2.2任務6外部中斷
2.2.1學習目標
2.2.2開發環境
2.2.3原理學習
2.2.4開發內容
2.2.5開發步驟
2.2.6總結與擴展
2.3任務7串口通信
2.3.1學習目標
2.3.2開發環境
2.3.3原理學習
2.3.4開發內容
2.3.5開發步驟
2.3.6總結與擴展
2.4任務8SYSTICK定時器
2.4.1學習目標
2.4.2開發環境
2.4.3原理學習
2.4.4開發內容
2.4.5開發步驟
2.4.6總結與擴展
2.5任務9LCD
2.5.1學習目標
2.5.2開發環境
2.5.3原理學習
2.5.4開發內容
2.5.5開發步驟
2.5.6總結與擴展
2.6任務10實時時鍾
2.6.1學習目標
2.6.2開發環境
2.6.3原理學習
2.6.4開發內容
2.6.5開發步驟
2.6.6總結與擴展
2.7任務11獨立看門狗
2.7.1學習目標
2.7.2開發環境
2.7.3原理學習
2.7.4開發內容
2.7.5開發步驟
2.7.6總結與擴展
2.8任務12窗口看門狗
2.8.1學習目標
2.8.2開發環境
2.8.3原理學習
2.8.4開發內容
2.8.5開發步驟
2.8.6總結與擴展
2.9任務13定時器中斷
2.9.1學習目標
2.9.2開發環境
2.9.3原理學習
2.9.4開發內容
2.9.5開發步驟
2.9.6總結與擴展
2.10任務14內部溫度傳感器
2.10.1學習目標
2.10.2開發環境
2.10.3原理學習
2.10.4開發內容
2.10.5開發步驟
2.10.6總結與擴展
2.11任務15DMA
2.11.1學習目標
2.11.2開發環境
2.11.3原理學習
2.11.4開發內容
2.11.5開發步驟
2.11.6總結與擴展
第3章傳感器驅動開發
3.1任務16光敏傳感器
3.1.1學習目標
3.1.2開發環境
3.1.3原理學習
3.1.4開發內容
3.1.5開發步驟
3.1.6總結與擴展
3.2任務17溫濕度傳感器
3.2.1學習目標
3.2.2開發環境
3.2.3原理學習
3.2.4開發內容
3.2.5開發步驟
3.2.6總結與擴展
3.3任務18雨滴/凝露傳感器
3.3.1學習目標
3.3.2開發環境
3.3.3原理學習
3.3.4開發內容
3.3.5開發步驟
3.3.6總結與擴展
3.4任務19火焰傳感器
3.4.1學習目標
3.4.2開發環境
3.4.3原理學習
3.4.4開發內容
3.4.5開發步驟
3.4.6總結與擴展
3.5任務20繼電器
3.5.1學習目標
3.5.2開發環境
3.5.3原理學習
3.5.4開發內容
3.5.5開發步驟
3.5.6總結與擴展
3.6任務21霍爾傳感器
3.6.1學習目標
3.6.2開發環境
3.6.3原理學習
3.6.4開發內容
3.6.5開發步驟
3.6.6總結與擴展
3.7任務22超聲波測距傳感器
3.7.1學習目標
3.7.2開發環境
3.7.3原理學習
3.7.4開發內容
3.7.5開發步驟
3.7.6總結與擴展
3.8任務23人體紅外傳感器
3.8.1學習目標
3.8.2開發環境
3.8.3原理學習
3.8.4開發內容
3.8.5開發步驟
3.8.6總結與擴展
3.9任務24可燃氣體/煙霧傳感器
3.9.1學習目標
3.9.2開發環境
3.9.3原理學習
3.9.4開發內容
3.9.5開發步驟
3.9.6總結與擴展
3.10任務25酒精傳感器
3.10.1學習目標
3.10.2開發環境
3.10.3原理學習
3.10.4開發內容
3.10.5開發步驟
3.10.6總結與擴展
3.11任務26空氣質量傳感器
3.11.1學習目標
3.11.2開發環境
3.11.3原理學習
3.11.4開發內容
3.11.5開發步驟
3.11.6總結與擴展
3.12任務27三軸加速度傳感器
3.12.1學習目標
3.12.2開發環境
3.12.3原理學習
3.12.4開發內容
3.12.5開發步驟
3.12.6總結與擴展
3.13任務28壓力傳感器
3.13.1學習目標
3.13.2開發環境
3.13.3原理學習
3.13.4開發內容
3.13.5開發步驟
3.13.6總結與擴展
3.14任務29RFID讀寫
3.14.1學習目標
3.14.2開發環境
3.14.3原理學習
3.14.4開發內容
3.14.5開發步驟
3.14.6總結與擴展
3.15任務30步進電機控製
3.15.1學習目標
3.15.2開發環境
3.15.3原理學習
3.15.4開發內容
3.15.5開發步驟
3.15.6總結與擴展
第4章無綫傳感網絡技術開發
4.1任務31IEEE 802.15.4無綫網絡驅動開發
4.1.1學習目標
4.1.2開發環境
4.1.3原理學習
4.1.4開發內容
4.1.5開發步驟
4.2任務32IEEE 802.15.4點對點通信開發
4.2.1學習目標
4.2.2開發環境
4.2.3原理學習
4.2.4開發內容
4.2.5開發步驟
4.3任務33藍牙無綫網絡開發
4.3.1學習目標
4.3.2開發環境
4.3.3原理學習
4.3.4開發內容
4.3.5開發步驟
4.4任務34WiFi無綫網絡開發
4.4.1學習目標
4.4.2開發環境
4.4.3原理學習
4.4.4開發內容
4.4.5開發步驟
第5章基於Contiki操作係統的基礎項目開發
5.1任務35認識Contiki操作係統
5.1.1學習目標
5.1.2原理學習
5.2任務36認識Contiki操作係統的數據結構
5.2.1學習目標
5.2.2原理學習
5.3任務37Contiki操作係統移植
5.3.1學習目標
5.3.2開發環境
5.3.3原理學習
5.3.4開發內容
5.3.5開發步驟
5.3.6總結與擴展
5.4任務38Contiki操作係統的進程開發
5.4.1學習目標
5.4.2開發環境
5.4.3原理學習
5.4.4開發步驟
5.4.5總結與擴展
5.5任務39Contiki多進程開發
5.5.1學習目標
5.5.2開發環境
5.5.3原理學習
5.5.4開發步驟
5.5.5總結與擴展
5.6任務40Contiki進程通信基礎開發
5.6.1學習目標
5.6.2開發環境
5.6.3原理學習
5.6.4開發步驟
5.6.5總結與擴展
5.7任務41Contiki進程通信高級開發
5.7.1學習目標
5.7.2開發環境
5.7.3開發內容
5.7.4開發步驟
5.7.5總結與擴展
5.8任務42定時器驅動開發
5.8.1學習目標
5.8.2開發環境
5.8.3原理學習
5.8.4開發步驟
5.8.5總結與擴展
5.9任務43基於Contiki的LCD驅動開發
5.9.1學習目標
5.9.2開發環境
5.9.3原理學習
5.9.4開發步驟
5.9.5總結與擴展
第6章基於Contiki操作係統的無綫網絡項目開發
6.1任務44Contiki網絡工程開發
6.1.1學習目標
6.1.2開發環境
6.1.3開發內容
6.1.4開發步驟
6.1.5總結與擴展
6.2任務45IPv6網關實現
6.2.1學習目標
6.2.2開發環境
6.2.3原理學習
6.2.4開發內容
6.2.5開發步驟
6.3任務46IEEE 802.15.4節點RPL組網開發
6.3.1學習目標
6.3.2開發環境
6.3.3原理學習
6.3.4開發內容
6.3.5開發步驟
6.4任務47藍牙節點IPv6組網開發
6.4.1學習目標
6.4.2開發環境
6.4.3原理學習
6.4.4開發內容
6.4.5開發步驟
6.5任務48WiFi節點IPv6組網開發
6.5.1學習目標
6.5.2開發環境
6.5.3原理學習
6.5.4開發內容
6.5.5開發步驟
6.6任務49節點間UDP通信開發
6.6.1學習目標
6.6.2開發環境
6.6.3原理學習
6.6.4開發內容
6.6.5開發步驟
6.7任務50節點間TCP通信開發
6.7.1學習目標
6.7.2開發環境
6.7.3原理學習
6.7.4開發內容
6.7.5開發步驟
6.8任務51PC與節點間UDP通信開發
6.8.1學習目標
6.8.2開發環境
6.8.3原理學習
6.8.4開發內容
6.8.5開發步驟
6.9任務52PC與節點間TCP通信
6.9.1學習目標
6.9.2開發環境
6.9.3原理學習
6.9.4開發內容
6.9.5開發步驟
6.10任務53Protosocket編程開發
6.10.1學習目標
6.10.2開發環境
6.10.3原理學習
6.10.4開發內容
6.10.5開發步驟
第7章基於IPv6的物聯網綜閤項目開發
7.1任務54基於IPv6的多無綫網絡融閤框架
7.1.1學習目標
7.1.2開發環境
7.1.3原理學習
7.1.4開發內容
7.1.5開發步驟
7.2任務55節點數據通信協議
7.2.1學習目標
7.2.2原理學習
7.3任務56信息采集及控製（UDP）
7.3.1學習目標
7.3.2開發環境
7.3.3原理學習
7.3.4開發內容
7.3.5開發步驟
7.3.6總結與擴展
7.4任務57信息采集及控製（CoAP）
7.4.1學習目標
7.4.2開發環境
7.4.3原理學習
7.4.4開發內容
7.4.5開發步驟
7.4.6總結與擴展
7.5任務58傳感器綜閤應用
7.5.1學習目標
7.5.2開發環境
7.5.3開發內容
7.5.4開發步驟
7.6任務59傳感器的自定義開發
7.6.1學習目標
7.6.2開發環境
7.6.3開發內容
7.6.4開發步驟
第8章物聯網平颱綜閤項目開發
8.1任務60智雲物聯開發基礎
8.1.1學習目標
8.1.2智雲物聯平颱介紹
8.1.3智雲物聯基本框架
8.1.4智雲物聯常用硬件
8.1.5智雲物聯優秀項目
8.1.6開發前準備工作
8.2任務61智雲平颱基本開發
8.2.1學習目標
8.2.2開發環境
8.2.3原理學習
8.2.4開發內容
8.2.5開發步驟
8.2.6總結與擴展
8.3任務62物聯網通信協議
8.3.1學習目標
8.3.2開發環境
8.3.3原理學習
8.3.4開發內容
8.3.5開發步驟
8.3.6總結與擴展
8.4任務63IPv6的節點硬件驅動開發
8.4.1學習目標
8.4.2開發環境
8.4.3原理學習
8.4.4開發內容
8.4.5開發步驟
8.4.6總結與擴展
8.5任務64Android API開發
8.5.1學習目標
8.5.2開發環境
8.5.3原理學習
8.5.4開發內容
8.5.5開發步驟
8.5.6總結與擴展
8.6任務65Web API開發
8.6.1學習目標
8.6.2開發環境
8.6.3原理學習
8.6.4開發內容
8.6.5開發步驟
8.6.6總結與擴展
8.7任務66開發調試工具
8.7.1學習目標
8.7.2開發環境
8.7.3原理學習
8.7.4開發內容
8.7.5開發步驟
8.7.6總結與擴展
第9章物聯網雲平颱高級項目開發
9.1任務67可燃氣體檢測係統開發
9.1.1學習目標
9.1.2開發環境
9.1.3原理學習
9.1.4開始內容
9.1.5開發步驟
9.1.6總結與擴展
9.2任務68自動澆花係統開發
9.2.1學習目標
9.2.2開發環境
9.2.3原理學習
9.2.4開發內容
9.2.5開發步驟
9.2.6總結與擴展
9.3任務69智能傢居監控係統開發
9.3.1學習目標
9.3.2開發環境
9.3.3原理學習
9.3.4開發內容
9.3.5開發步驟
9.3.6總結與擴展
9.4任務70農業環境自動監控係統開發
9.4.1學習目標
9.4.2開發環境
9.4.3原理學習
9.4.4開發內容
9.4.5開發步驟
9.4.6總結與擴展
附錄A常見硬件及問題
A.1無綫節點讀取IEEE地址
A.2傳感器
A.3STM32W108 IPv6 radio鏡像固化
A.4藍牙無綫節點設置
A.5瀏覽器采集和控製節點
參考文獻

精彩書摘

　　本章介紹Contiki操作係統的基本知識，先分析Contiki操作係統的特點和源代碼結構，介紹操作係統的主要數據結構，有進程、事件和etimer機製，並分析三者之間的關係，然後將操作係統通過移植到STM32，並通過任務式開完成瞭對GPIO控製、多綫程、進程間通信、定時器的驅動，最後實現瞭對LCD的驅動。
　　5.1任務35認識Contiki操作係統
　　5.1.1學習目標
　　初步瞭解Contiki操作係統基本特點；
　　理解Contiki事件驅動和protothread機製。
　　5.1.2原理學習
　　5.1.2.1Contiki操作係統
　　Contiki是一個開源的、高度可移植的多任務操作係統，適用於聯網嵌入式係統和無綫傳感器網絡，由瑞典計算機科學學院(Swedish Institute of Computer Science)的Adam Dunkels和他的團隊開發。Contiki完全采用C語言開發，可移植性非常好，對硬件的要求極低，能夠運行在各種類型的微處理器及計算機上。
　　Contiki適用於存儲器資源十分受限的嵌入式單片機係統，是一種開源的操作係統，適用於BSD協議，即可以任意修改和發布，已經應用在許多項目中。 Contiki操作係統是基於事件驅動(Event�瞕riven)內核的操作係統，在此內核上，應用程序可以在運行時動態加載，非常靈活。在事件驅動內核基礎上，Contiki實現瞭一種輕量級的名為protothread的綫程模型，實現綫性的、類似於綫程的編程風格。該模型類似於Linux和Windows中綫程的概念，多個綫程共享同一個任務棧，從而減少RAM占用。
　　Contiki係統內部集成瞭兩種類型的無綫傳感器網絡協議棧： uIP和Rime。uIP是一個小型的符閤RFC規範的TCP/IP協議棧，可以直接與Internet通信，uIP包含瞭IPv4和IPv6兩種協議棧，支持TCP、UDP、ICMP等協議； Rime是一個輕量級、為低功耗無綫傳感器網絡設計的協議棧，提供瞭大量的通信原語，能夠實現從簡單的一跳廣播通信，到復雜的可靠多跳數據傳輸等通信功能。
　　5.1.2.2Contiki的特點
　　Contiki操作係統也是一種嵌入式的多任務操作係統，是專為內存資源嚴重受限的嵌入式設備開發設計的。通常一個典型的Contiki係統隻需占用2KB RAM和40KB ROM。Contiki有如下突齣的特點：
　　(1) Contiki係統開發使用純C語言，采用C編譯器，如GCC、IAR等，開發調試簡單。
　　(2) Contiki兼容性好，可在8位、16位、32位幾乎所有類型的處理器上移植。
　　(3) Contiki采用模塊化鬆耦閤的結構方式，支持選擇性的可搶占式多任務。
　　(4) 低功率無綫電通信。Contiki同時提供完整的IP網絡和低功率無綫電通信機製。對於無綫傳感器網絡內部通信，Contiki使用低功率無綫電網絡棧。
　　(5) 網絡交互。可以通過多種方式完成與使用Contiki的傳感器網絡的交互，如Web瀏覽器、基於文本的命令行接口，或者存儲和顯示傳感器數據的專用軟件等，為傳感器網絡的交互與感知提供瞭一些特殊的命令。
　　(6) 能量效率。為瞭延長傳感器網絡的生命周期，控製和減少傳感器節點的功耗很重要。Contiki提供瞭一種基於軟件的能量分析機製，記錄每個傳感器節點的能量消耗，這種機製不需要額外的硬件就能完成網絡級彆的能量分析。
　　5.1.2.3Contiki事件驅動和protothread機製
　　Contiki有兩個主要機製： 事件驅動和protothread機製，前者是為瞭降低功耗，後者是為瞭節省內存。
　　1. 事件驅動
　　嵌入式係統常常被設計成響應周圍環境的變化，而這些變化可以看成一個個事件。事件來瞭，操作係統處理之； 沒有事件到來，就去休眠(降低功耗)。這就是所謂的事件驅動，類似於中斷。
　　在Contiki係統中，事件被分為以下3種類型：
　　1) 定時器事件(timer event)
　　進程可以設置一個定時器，在給定的時間完成之後生成一個事件，進程一直阻塞直到定時器終止，纔繼續執行。定時器事件對於周期性的操作很有幫助，如一些網絡協議等。
　　……

前言/序言

　　物聯網和移動互聯網的迅猛發展慢慢改變瞭人類社會的生産方式、人們的工作方式、生活習慣等。國傢規劃在9大重點領域推廣物聯網，分彆是智能工業、智能農業、智能物流、智能傢居、智能交通、智能電網、智能環保、智能安防、智能醫療，並得到瞭廣泛的應用且逐步改變著這些産業的結構。
　　物聯網係統涉及的技術很多，對於一個有誌於從事物聯網開發的人，必須掌握處理器外圍接口的驅動開發技術、相應傳感器的驅動開發技術，能開發應用程序和移動端程序。本書從STM32處理器入手，詳細講解微處理器接口結束、傳感器驅動、無綫網絡技術、基於Contiki操作係統網絡開發技術、基於IPv6的多無綫網絡融閤技術、Android開發技術和雲平颱開發技術以及物聯網高級應用技術。書中理論清晰，實踐案例豐富，逐步引導讀者掌握物聯網的各種開發技術。
　　本書是一本由淺入深地對物聯網係統進行開發的書籍，全書采用任務式開發的學習方法，共積纍瞭70個趣味盎然、貼近生活的案例，每個案例均有完整的開發過程，分彆是明確的學習目標、清晰的環境開發要求、深入淺齣的原理學習、詳細的開發內容和完整的開發步驟，最後進行總結與拓展，引導讀者進行理論學習，並將理論用於開發實踐進行驗證，強調理論與實踐的有機結閤，每個案例均附上完整的開發代碼，在源代碼的基礎上可以快速進行二次開發，能方便地將其轉化為各種比賽的案例，便於工程技術開發人員和科研工作人員進行科研項目等。
　　第1章介紹物聯網的發展狀況以及和IPv6的聯係，討論瞭本書開發使用的硬件平颱STM32和物聯網開發的軟件環境搭建，以及如何用IAR建立工程。
　　第2~4章介紹基於STM32的開發技術，其中第2章是STM32外圍接口開發，開發任務有GPIO控製、外部中斷、串口通信、SYSTICK定時器、LCD、實時時鍾、獨立看門狗、窗口看門狗、定時器中斷、內部溫度傳感器和DMA開發，引導讀者掌握STM32外圍接口開發；第3章是傳感器驅動開發，在STM32的基礎上完成各種傳感器的原理學習與開發，有光敏傳感器、溫濕度傳感器、雨滴/凝露傳感器、火焰傳感器、繼電器、霍爾傳感器、超聲波測距傳感器、人體紅外傳感器、可燃氣體/煙霧傳感器、酒精傳感器、空氣質量傳感器、三軸加速度傳感器、壓力傳感器、RFID讀寫和步進電機控製等，所介紹的傳感器均是目前在社會上廣泛應用的；第4章介紹瞭4種常用的無綫網絡技術，有IEEE 802.15.4無綫網絡驅動開發、IEEE 802.15.4點對點通信開發、藍牙無綫網絡開發和WiFi無綫網絡開發，通過項目開發闡述瞭4種網絡的特點。
　　第5~7章介紹Contiki操作係統和基於Contiki的開發技術，其中第5章介紹易於移植到微處理器上的小型操作係統Contiki，討論瞭Contiki應用和數據結構，並將Contiki移植到STM32，並在Contiki係統上進行進程開發、多進程開發、進程通信開發、定時器驅動開發和基於Contiki的LCD驅動開發；第6章介紹基於Contiki操作係統的無綫網絡項目開發，分彆詳細闡述瞭Contiki網絡工程開發、IPv6網關實現，並分模塊實現三種網絡的IPv6開發，分彆有IEEE 802.15.4節點RPL組網開發、藍牙節點IPv6組網開發、WiFi節點IPv6組網開發、節點間UDP通信開發、節點間TCP通信開發、PC與節點間UDP通信開發、PC與節點間TCP通信以及Protosocket編程開發。第7章介紹基於IPv6的物聯網綜閤項目開發，詳細分析瞭基於IPv6的多無綫網絡融閤框架、節點數據通信協議，結閤項目實現瞭信息采集及控製(UDP)、信息采集及控製(CoAP)、傳感器綜閤應用以及傳感器的自定義開發。
　　第8章和第9章是高級技術應用開發，其中第8章介紹物聯網平颱綜閤項目開發，討論瞭智雲物聯平颱的基本使用方法和一種用於數據傳輸的通信協議，並且實現瞭IPv6的節點硬件驅動開發、Android API開發和Web API開發，實現瞭雲平颱的應用；第9章是物聯網雲平颱高級項目開發，有4個綜閤應用項目，分彆是可燃氣體檢測係統開發、自動澆花係統開發、智能傢居監控係統開發和農業環境自動監控係統開發，實現瞭物聯網雲平颱的高級應用，也對全書的知識點進行瞭應用和串聯。
　　本書特色：
　　（1） 任務式開發。拋開傳統的理論學習方法，選取閤適的案例將理論與實踐結閤起來，通過理論學習和開發實踐，快速入門，由淺入深，逐步掌握Cortex�睲3和IPv6的物聯網開發技術。
　　（2） 各種知識點融閤。將嵌入式係統和物聯網的開發技術、STM32處理器基本接口驅動、傳感器驅動、常用無綫技術、小型操作係統、IPv6、Android移動互聯網開發等相結閤，實現瞭強大的物聯網數據采集、傳輸和處理。
　　本書既可作為高等院校相關專業的教材或教學參考書，也可供相關領域的工程技術人員查閱，也適閤微處理和物聯網開發愛好者使用。
　　本書在編寫過程中，藉鑒和參考瞭國內外專傢、學者、技術人員的相關研究成果，在此謹嚮有關作者錶示深深的敬意和謝意。
　　感謝中智訊（武漢）科技有限公司在本書編寫過程中提供的幫助，特彆感謝清華大學齣版社的編輯在本書齣版過程中給予的指導和大力支持。
　　本書是“廣東高等職業教育品牌專業建設項目(2016gzpp044)”研究成果之一。
　　由於本書涉及的知識麵廣，時間又倉促，限於筆者的水平和經驗，疏漏之處在所難免，懇請專傢和讀者批評指正。
　　編者
　　2017年3月

探索物聯網的邊界：嵌入式係統與網絡通信的深度融閤 物聯網（IoT）的浪潮正以前所未有的速度席捲全球，將我們生活的方方麵麵連接起來，構建一個更加智能、便捷、高效的未來。從智能傢居到智慧城市，從工業自動化到精準農業，物聯網的應用場景日益豐富，其背後是硬件、軟件、網絡通信等諸多技術的協同演進。本書將帶領讀者深入探究構建現代物聯網係統的核心要素，聚焦於一種在嵌入式領域備受青睞的微控製器架構——ARM Cortex-M3，以及支撐全球互聯未來的關鍵網絡協議——IPv6。 本書旨在為有誌於投身物聯網開發的工程師、學生和技術愛好者提供一個全麵而深入的學習平颱。我們不局限於某個單一的應用場景，而是著力於揭示驅動物聯網發展的底層技術原理和實踐方法。通過對Cortex-M3微控製器及其生態係統的詳盡剖析，讀者將能夠掌握嵌入式係統的開發流程，理解低功耗、高性能的硬件設計理念。同時，我們將係統地介紹IPv6協議的特性、優勢及其在物聯網環境下的應用策略，幫助讀者構建安全、可擴展、互聯互通的物聯網解決方案。 第一部分：嵌入式係統的基石——ARM Cortex-M3深度解析 在萬物互聯的時代，微控製器（MCU）扮演著物聯網設備的“大腦”角色。ARM Cortex-M係列處理器憑藉其卓越的能效比、豐富的外設接口和強大的處理能力，已成為嵌入式係統設計的首選。本書將聚焦於Cortex-M3這一經典且強大的架構，為您構建堅實的嵌入式開發基礎。 第一章：Cortex-M3架構概覽與核心特性 本章將帶您走進Cortex-M3的微觀世界，深入理解其核心架構。我們將從指令集架構（ISA）入手，解析Thumb-2指令集如何實現高代碼密度和高性能的完美結閤。您將瞭解到Cortex-M3如何通過流水綫設計、分支預測等技術優化指令執行效率。此外，我們將詳細介紹Cortex-M3的內存管理單元（MMU）或內存保護單元（MPU），以及它們在多任務操作係統和安全應用中的重要作用。中斷控製器（NVIC）的精巧設計，如何實現高效的中斷響應和管理，也將是本章的重點。通過對這些核心特性的深入理解，您將能夠更好地把握Cortex-M3的優勢，並為後續的開發工作打下堅實的基礎。 第二章：Cortex-M3開發環境搭建與工具鏈 實踐是檢驗真理的唯一標準。本章將指導您一步步搭建高效的Cortex-M3開發環境。我們將介紹主流的集成開發環境（IDE），如Keil MDK、IAR Embedded Workbench等，並演示如何配置和使用它們。交叉編譯器的概念、鏈接腳本的編寫以及調試器的使用，都將進行詳細的講解。您將學習如何使用仿真器進行代碼調試，如何通過邏輯分析儀和示波器等硬件工具監測信號，從而有效地排查和解決開發過程中遇到的問題。本書還將介紹一些常用的硬件開發闆，如STM32係列等，並提供快速上手指南，讓您能迅速將理論付諸實踐。 第三章：Cortex-M3上的裸機編程與RTOS應用 理解Cortex-M3的處理能力，離不開對其編程模式的探索。本章將首先介紹裸機編程的概念，即在不依賴操作係統的情況下，直接與硬件交互。您將學習如何通過寄存器直接操作外設，實現LED閃爍、按鍵檢測等基礎功能。隨著物聯網應用的日益復雜，實時操作係統（RTOS）的需求也愈發凸顯。本章將深入介紹RTOS的基本概念，如任務、調度、信號量、消息隊列等。我們將以FreeRTOS為例，講解如何在Cortex-M3平颱上移植和使用FreeRTOS，如何創建和管理任務，如何實現任務間的通信與同步。通過掌握RTOS的應用，您將能夠構建更具擴展性、響應性和穩定性的物聯網設備軟件。 第四章：Cortex-M3外設接口編程實踐 物聯網設備往往需要與外部世界進行交互，這離不開各種外設接口的支持。本章將聚焦於Cortex-M3常用的外設接口，並提供詳盡的編程實例。您將學習如何利用通用輸入輸齣（GPIO）接口控製LED、驅動電機；如何使用串行通信接口（UART）實現設備間的數據傳輸；如何通過SPI和I2C接口連接傳感器、存儲器等外部設備；如何利用ADC和DAC接口進行模擬信號的采集和輸齣。我們將重點講解這些接口的工作原理、配置方法以及在實際應用中的編程技巧，幫助您靈活運用Cortex-M3的外設能力，構建功能豐富的物聯網終端。 第二部分：構建互聯世界的基石——IPv6在物聯網中的應用 隨著IPv4地址資源的枯竭，IPv6作為下一代互聯網協議，其龐大的地址空間、簡化的報頭、更高效的路由以及增強的安全性，使其成為支撐海量物聯網設備連接的必然選擇。本書將深入剖析IPv6協議，並探討其在物聯網場景下的獨特價值和實現策略。 第五章：IPv6協議深度解析 本章將為您係統地介紹IPv6協議的方方麵麵。我們將從IPv4的局限性齣發，闡述IPv6設計的初衷和目標。您將詳細瞭解IPv6的地址結構，包括其龐大的地址空間、多種地址類型（單播、組播、任播）以及地址的錶示方法。IPv6報頭格式的簡化與優化，將如何提高數據傳輸效率，也將是本章的重點。我們將深入探討IPv6的自動配置機製（SLAAC），以及無狀態地址自動配置（SLAAC）和DHCPv6在物聯網設備節點配置中的作用。此外，我們還將簡要介紹IPv6中的網絡發現（NDP）協議，以及它如何替代IPv4中的ARP協議。 第六章：IPv6在物聯網中的優勢與挑戰 IPv6的引入為物聯網的發展帶來瞭諸多機遇，但也伴隨著一些挑戰。本章將深入探討IPv6在物聯網應用中的獨特優勢，如海量設備的無縫連接能力、端到端的IP可達性、以及更強的安全性保障。我們將分析IPv6如何簡化網絡管理，降低部署成本，並為物聯網應用的創新提供更廣闊的空間。與此同時，我們也需要正視IPv6在物聯網應用中麵臨的挑戰，例如設備資源的限製、網絡基礎設施的部署、安全防護的復雜性以及現有IPv4網絡的兼容性問題。通過對這些優勢與挑戰的全麵分析，您將能夠更清晰地認識IPv6在物聯網領域的重要性，並為應對潛在問題做好準備。 第七章：IPv6的物聯網應用場景與協議棧 理解IPv6的理論知識，最終要迴歸到實際應用。本章將聚焦於IPv6在各種物聯網場景下的具體應用。我們將介紹如何利用IPv6實現智能傢居設備間的互聯互通，例如智能燈泡、智能門鎖、環境傳感器等。在智慧城市領域，IPv6如何支撐路燈控製、環境監測、交通管理等應用。在工業物聯網（IIoT）中，IPv6如何實現設備的遠程監控、預測性維護以及生産過程的優化。此外，我們還將介紹支撐IPv6在物聯網中運行的關鍵協議棧，包括6LoWPAN（IPv6 over Low-Power Wireless Personal Area Networks）技術，以及Thread、CoAP（Constrained Application Protocol）等麵嚮受限設備的通信協議。 第八章：Cortex-M3與IPv6的結閤開發實踐 本書的最後一部分將是理論與實踐的完美結閤。本章將引導讀者動手實踐，將Cortex-M3微控製器與IPv6網絡連接起來。我們將介紹如何在Cortex-M3平颱上實現IPv6協議棧的移植和應用，例如使用lwIP（lightweight IP）等開源TCP/IP協議棧。您將學習如何配置Cortex-M3設備的IPv6地址，如何實現IPv6數據包的發送和接收。我們將通過具體的項目案例，例如構建一個簡單的IPv6連接的傳感器節點，展示如何通過Wi-Fi或以太網接口將傳感器數據上傳到IPv6網絡。此外，我們還將探討在資源受限的Cortex-M3設備上實現IPv6通信的優化策略，以及如何利用IPv6的特性構建安全可靠的物聯網終端。 結語 物聯網的未來充滿無限可能，而Cortex-M3微控製器和IPv6協議正是構建這一未來的重要基石。本書通過理論與實踐相結閤的方式，為您提供瞭深入理解和掌握物聯網核心技術的有力工具。希望通過本書的學習，您能夠獨立設計和開發具有創新性的物聯網解決方案，為推動社會智能化進程貢獻自己的力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很簡潔，書名也直觀地傳達瞭核心內容。我是一名對嵌入式開發和物聯網應用都充滿興趣的工程師，平時接觸的也大多是基於ARM Cortex-M係列的微控製器。Cortex-M3作為這個係列中比較經典且應用廣泛的架構，一直是我關注的重點。而IPv6在物聯網中的應用，更是當前行業發展的大勢所趨，尤其是在海量設備連接和網絡安全性方麵，IPv6的優勢愈發凸顯。我非常期待這本書能夠深入淺齣地講解如何在Cortex-M3平颱上，結閤IPv6的相關協議棧和技術，實現高效、穩定的物聯網設備開發。從書名來看，它應該會涵蓋從硬件選型、嵌入式係統構建，到網絡通信協議（如TCP/IP、UDP、CoAP、MQTT等）在IPv6環境下的具體實現，甚至可能還會涉及一些安全性的考量。對於我們這些在實際工作中需要快速掌握新技術的開發者來說，一本能夠提供實踐指導，並且有清晰案例分析的書籍，是極具價值的。我希望這本書能夠給我帶來一些新的思路和實用的技巧，讓我能夠更好地應對未來物聯網項目中的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

我是一名在校的計算機科學專業的學生，對物聯網領域抱有濃厚的興趣，並一直在尋找能夠幫助我入門和深入學習相關技術的資料。Cortex-M3處理器，作為嵌入式領域的一大主流，我之前在課程中有所接觸，但對其在物聯網實際應用中的細節瞭解並不深入。而IPv6，雖然在網絡基礎課程中有所提及，但其在物聯網場景下的具體優勢和實現方式，對我來說還是一片模糊。這本書的齣現，讓我看到瞭一個係統學習的機會。我非常希望它能夠從最基礎的概念講起，比如Cortex-M3的架構特點、指令集，以及如何進行嵌入式軟件開發的環境搭建。接著，能夠詳細講解IPv6協議棧的組成，以及如何在資源受限的Cortex-M3設備上高效地部署和運行。更重要的是，我期待書中能夠提供一些典型的物聯網應用案例，比如智能傢居、環境監測等，並展示如何利用Cortex-M3和IPv6技術來完成這些應用的開發，包括傳感器數據的采集、網絡通信的建立、數據傳輸的優化等等。這樣的內容對於我這樣希望將理論知識轉化為實踐技能的學生來說，無疑是極大的幫助。

評分☆☆☆☆☆

作為一名資深的嵌入式軟件架構師，我一直在尋找能夠提升團隊開發效率和産品競爭力的前沿技術。Cortex-M3作為一款成熟穩定的32位微控製器，在功耗、性能和成本方麵都有著齣色的錶現，是我們在很多項目中首選的平颱。然而，隨著物聯網設備的數量激增，IPv4地址的局限性已經開始顯現，轉嚮IPv6是大勢所趨。因此，掌握如何在Cortex-M3平颱上高效、安全地實現IPv6通信，對於我們未來的産品規劃至關重要。我希望這本書能夠提供一些關於Cortex-M3處理器與IPv6協議棧結閤的深度技術解析，例如對LwIP（Lightweight IP）等輕量級TCP/IP協議棧在Cortex-M3上的性能優化，以及如何在嵌入式係統中使用IPv6實現端到端通信的安全性保障，比如IPsec等。此外，書中對實時操作係統（RTOS）在IPv6物聯網開發中的應用，以及如何進行性能測試和功耗分析，也會是我非常看重的部分。

評分☆☆☆☆☆

我對物聯網的長期發展前景非常看好，尤其是那些能夠提供低功耗、高性能且具備強大網絡連接能力的解決方案。Cortex-M3處理器在功耗和性能之間找到瞭一個很好的平衡點，使其成為眾多物聯網設備的理想選擇。而IPv6的引入，更是解決瞭IPv4地址枯竭的睏境，為海量物聯網設備的接入提供瞭可能，並且在安全性、效率等方麵都有顯著提升。我一直關注著這一技術趨勢，並希望能夠找到一本能夠將這兩者有機結閤的書籍。我猜測這本書可能會探討如何在Cortex-M3的嵌入式環境中，高效地實現IPv6的地址自動配置、鄰居發現協議，以及UDP/TCP套接字編程。此外，對於物聯網應用至關重要的消息隊列遙測傳輸（MQTT）和約束應用協議（CoAP）等上層協議，在IPv6環境下的應用方式和優化策略，也是我非常感興趣的內容。我期待這本書能夠提供一些關於如何進行資源受限設備上的IPv6協議棧移植和優化的經驗分享，以及在實際部署中可能遇到的挑戰和解決方案。

評分☆☆☆☆☆

我對物聯網的未來充滿好奇，特彆是那些能夠驅動智能設備互聯互通的技術。Cortex-M3處理器在我看來，是實現這一願景的堅實基石，其穩定性和廣泛的應用基礎，為物聯網的快速發展提供瞭可靠的硬件支撐。而IPv6，作為下一代互聯網協議，其帶來的海量地址空間和增強的安全性，無疑為物聯網的規模化部署掃清瞭障礙。我猜這本書會圍繞著如何在Cortex-M3微控製器上，構建一個完整的、支持IPv6的物聯網係統展開。這可能包括對IPv6地址管理、路由選擇的講解，以及如何在資源有限的嵌入式平颱上實現諸如DHCPv6、SLAAC等自動配置機製。此外，我也期待書中能介紹一些物聯網通信中常用的應用層協議，比如HTTP、CoAP、MQTT等，如何在IPv6網絡中進行封裝和傳輸，以及如何針對Cortex-M3平颱的特性進行優化。更重要的是，我希望能從書中學習到一些實際的開發經驗，例如如何進行嵌入式設備的固件開發，如何進行網絡通信的調試，以及如何構建一個可擴展、可維護的物聯網解決方案。