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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111577805

商品编码：17212493770

 

基本信息

作者： 徐凯   

丛书名： 物联网核心技术丛书

出版社：机械工业出版社

ISBN：9787111577805

上架时间：2017-9-27

出版日期：2017 年9月

开本：16开

版次：1-1

所属分类：计算机

目录

前言 

第1章 物联网与网络协议1

1.1 本章主要内容1

1.2 物联网与IP2

1.2.1 IPv42

1.2.2 IPv62

1.2.3 6LoWPAN3

1.3 物联网与 6

1.3.1 6

1.3.2 REST风格6

1.4 物联网与CoAP7

1.4.1 CoAP8

1.4.2 RFC文档汇总8

1.5 物联网与MQTT协议10

1.5.1 MQTT协议10

1.5.2 MQTT主题10

1.5.3 MQTT服务质量11

1.6 本章小结12

第2章 物联网与开源硬件13

2.1 本章主要内容13

↓展开全部内容

前言

为何写作本书

几年前我作为一名嵌入式工程师参与了一个关于低功耗车载终端的研发项目，该低功耗车载终端中包含一个GPS模块和一个GPRS(2G)模块，工程师们希望通过少的能量消耗把终端的GPS坐标上传至Web服务器中。虽然需求直截了当，但是在开发的过程中却出现了各种各样的分歧。例如传输协议采用UDP还是TCP，有的工程师认为UDP没有连接过程，传输时间更短，有的工程师认为TCP更加可靠而UDP也许会出现“丢包”现象。经过多次争论终选择了UDP传输加自定义重传的方式。所谓自定义重传，就是车载终端把相同的数据包按照一定的时间间隔连续传输三次，每个数据包都包含一个递增的子序号，服务器通过子序号来剔除重复内容。通过增加这种容错机制似乎解决了UDP的“缺陷”，但是由于终端设备采用单向传输方式，并不要求服务器返回响应，所以终端根本不知道它上传的数据是否被正确处理。

在项目开发的过程中，工程师们在终端设备与Web平台的衔接方式的选择上也出现了不少分歧。在定制应用层协议时嵌入式工程师更喜欢二进制协议，但对于Web开发工程师来说JSON和XML才是他们所擅长的内容。因此，Web开发工程师单独做了一个UDP套接字服务，使终端设备可以把二进制内容转化为JSON格式的数据包，再把这个JSON数据包“POST”到一个服务器。此时对于Web开发工程师来说，设备其实是在提交表单。

经过工程师们的不断努力，这个低功耗车载终端如期完成。但是项目完成之后我不禁思考：这个项目是不是可以做得更好一点，是不是可以打破嵌入式工程师和Web开发工程师的技术鸿沟，是不是有更好的应用协议可以满足项目需求，是不是低功耗终端也可以提交表单？查阅了众多资料之后，我找到了CoAP。

回想硕士毕业之后我“执着”地成为一名专注于物联网的软件工程师，而我本科和硕士的专业都与机械工程相关。与其他计算机或电子专业不同，机械工程特别强调规范和标准，所以设计过程必须严格遵守规范。虽然表面上这显得异常死板，但是这种规范却大大提高了系统的互换性，节约了开发成本。在这种理念的指导下，我总是先寻找标准解决方案而不是随时随地准备“造轮子”。CoAP是一个由IETF（Inter Engineering Task Force，互联网工程任务组）组织编写的面向低功耗设备的物联网应用层协议，协议编号为RFC 7252。我非常高兴找到了应用“标准”，而不是又找到了一组“轮子”。

CoAP有很多优点，而这些优点正好可以解决上文提到的低功耗车载终端所遇到的问题：

1）CoAP传输层协议采用UDP，对于终端来说UDP的确可以减少一部分能耗。

2）CoAP采用请求/响应工作模式，当终端设备发送CoAP请求之后，服务器将返回响应码，终端通过响应码可以判断服务器的处理结果。

3）CoAP包含重传机制，不用再重新设计重传方法。

4）CoAP参考了的大量成功经验，如CoAP请求方法、CoAP选项定义和CoAP响应码等，所以Web开发工程师也可以非常容易地掌握CoAP。

CoAP可以帮助低功耗智能终端接入网络，通过这种标准协议也可以降低物联网系统的开发难度，尤其可降低物联网Web平台的开发难度。对于应用CoAP的终端设备来说，同样会遵守REST标准，使用类似的资源描述方法，使用相同的请求方法，应用相同的JSON数据包。对于物联网Web平台来说，处理一次终端设备的数据上传和处理一次Ajax表单提交同样容易。

我个人喜欢阅读技术图书，通过阅读图书可以系统地掌握一门新技术，我也希望本书可以帮助读者熟练掌握CoAP，并把它应用于物联网系统中。

目标读者

本书适合物联网爱好者、嵌入式工程师和Web开发工程师。

对于物联网爱好者而言，本书的示例可以让你更快地熟悉物联网系统。本书包括很多与物联网系统相关的基础知识，通过这些基础知识的学习可以加深你对物联网系统的理解。通过本书中的多个动手示例，你可以掌握物联网系统的调试方法。

对于嵌入式工程师而言，本书可以帮助你从不同角度了解低功耗设备如何连接网络。通过CoAP的学习可以从另一个角度熟悉。CoAP和都是设备连接网络的常见手段。

对于Web开发工程师而言，可以从另一个角度了解设备如何提交“表单”，通过学习CoAP你会发现低功耗终端设备也可以很流畅地接入系统，而不需要做多余的协议转换。

如何阅读本书

本书的主要内容大致分为三部分：

部分：第1～3章。第1章介绍与物联网应用直接相关的各种协议，这些协议包括IP、6LoWPAN协议、IEEE 802.15.4协议、、MQTT协议和CoAP等；第2章介绍与物联网应用相关的开源硬件Arduino和树莓派，无论是Arduino还是树莓派都是开源硬件领域的“明星产品”，在这些硬件平台上可以快速实现CoAP；第3章与前面两章不同，该章通过多个示例详细介绍与CoAP息息相关的网络协议—IP、UDP、TCP和，掌握这些协议是学习CoAP的基础。 

 

《智能终端架构设计与应用开发》 内容简介： 本书深入探讨了智能终端的底层架构设计、操作系统适配、驱动程序开发、系统级优化以及面向各类应用场景的开发策略。随着物联网（IoT）、移动互联网以及人工智能技术的飞速发展，智能终端已成为连接物理世界与数字世界的关键枢纽。从掌上设备到嵌入式系统，再到专用智能硬件，理解其核心架构并掌握高效的开发技巧，是构建下一代智能服务的基石。本书旨在为读者提供一个全面、深入且实用的指导，帮助开发者构建高性能、高可靠性、低功耗且功能丰富的智能终端产品。 第一部分：智能终端核心架构解析 本部分将从宏观和微观两个层面，为读者揭示智能终端的内在运作机制。 第一章：智能终端概述与发展趋势 1.1 智能终端的定义与分类： 详细阐述智能终端的内涵，区分智能手机、平板电脑、智能穿戴设备、智能家居终端、工业控制终端、车载信息娱乐系统等，并分析它们在功能、形态、应用领域上的差异。 1.2 智能终端的核心组件： 剖析智能终端的硬件构成，包括但不限于处理器（CPU、GPU、NPU）、内存（RAM、ROM）、存储设备（eMMC、UFS、SD卡）、通信模块（Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络、NFC）、传感器（加速度计、陀螺仪、GPS、光线传感器、压力传感器等）、显示屏、摄像头、音频设备、电源管理单元（PMIC）等。深入介绍各组件的工作原理、性能指标以及相互协作的关系。 1.3 智能终端软件栈分层： 介绍典型的智能终端软件架构，从最底层到最上层，包括硬件抽象层（HAL）、内核层（Kernel）、中间件层（Middleware）和应用层（Application）。分析各层的功能、职责以及接口定义，为后续的开发打下基础。 1.4 智能终端的历史演进与未来展望： 回顾智能终端从早期PDA到现代智能手机的发展历程，探讨技术革新（如RISC-V架构、柔性屏、AR/VR集成）如何驱动终端形态和功能的演变，并预测未来智能终端在智能化、互联化、个性化方面的发展趋势。 第二章：操作系统选型与内核定制 2.1 主流智能终端操作系统的对比分析： 详细对比Android、iOS、Linux（包括Embedded Linux、RT-Thread等）、Windows IoT等主流操作系统在架构、生态系统、开发工具、授权模式、性能特点、资源占用、适用场景等方面的优劣。 2.2 Linux内核在智能终端中的应用： 深入讲解Linux内核的架构（进程管理、内存管理、设备驱动模型、文件系统、网络协议栈等），特别关注其在嵌入式和移动设备上的适配与优化。 2.3 实时操作系统（RTOS）的选择与应用： 介绍FreeRTOS, Zephyr, RT-Thread等RTOS的特点，分析其在资源受限、实时性要求高的智能终端场景下的优势，并讲解其任务调度、 IPC机制、内存管理等核心概念。 2.4 内核编译与定制化： 指导读者如何获取操作系统内核源码，进行交叉编译，配置内核参数以适应特定硬件平台。重点讲解驱动程序的加载、内核模块的开发与管理、以及如何优化内核以提升性能和降低功耗。 第三章：硬件抽象层（HAL）与驱动程序开发 3.1 HAL的设计理念与作用： 阐述HAL层作为操作系统与硬件之间的桥梁，其屏蔽硬件差异、统一接口、提高系统可移植性的重要性。 3.2 Linux设备驱动模型深入理解： 讲解Linux内核中的字符设备、块设备、网络设备驱动模型，以及平台总线、I2C、SPI、USB等常用总线驱动的开发框架。 3.3 传感器驱动开发实战： 以常见的传感器（如加速度计、陀螺仪、光线传感器）为例，演示如何编写、注册和调试Linux设备驱动，以及如何通过sysfs接口暴露驱动功能给用户空间。 3.4 通信模块驱动开发： 讲解Wi-Fi、蓝牙、蜂窝模块等复杂通信设备的驱动开发要点，包括固件加载、接口调试、AT命令交互等。 3.5 Android HAL接口开发： 针对Android系统，详细介绍其HAL设计，包括HIDL（Hybrid Development Interface Language）、AIDL（Android Interface Definition Language）等接口定义与实现方式，以及如何为特定硬件实现框架层接口。 第二部分：智能终端系统级优化与安全 本部分将聚焦于提升智能终端的整体性能、用户体验和安全性。 第四章：系统性能优化策略 4.1 功耗管理与优化： 深入分析智能终端的功耗来源（CPU、屏幕、通信模块、传感器等），介绍CPU频率调频（DVFS）、GPU频率调频、应用休眠、低功耗模式、电源管理IC（PMIC）配置等优化手段。讲解如何使用性能分析工具（如`powerprofile`，`wakelock`）定位功耗瓶颈。 4.2 内存管理与优化： 讲解Linux/Android内存管理机制（虚拟内存、页面置换、OOM Killer等），分析内存泄漏和内存碎片问题。介绍内存分析工具（如`valgrind`，`dumpsys meminfo`），并指导读者如何进行内存优化，如减少内存占用、优化数据结构、使用内存池等。 4.3 CPU与进程调度优化： 介绍CPU调度器（如CFS、SCHED_FIFO/RR）的工作原理，分析进程优先级、I/O调度对系统响应速度的影响。讲解如何通过调整进程优先级、优化算法、使用异步操作等方式提升CPU利用率和系统响应速度。 4.4 启动速度优化： 分析智能终端的启动流程，包括Bootloader、Kernel、System Server、应用启动等阶段。指导读者如何通过精简内核、优化驱动加载、延迟非关键服务启动、优化App冷启动等方式缩短启动时间。 4.5 系统稳定性与可靠性增强： 探讨常见的系统崩溃、ANR（Application Not Responding）、死锁等问题，并介绍如何通过日志分析、异常捕获、Watchdog机制、进程保活等技术提高系统的稳定性。 第五章：智能终端安全防护 5.1 操作系统安全机制： 深入剖析Linux/Android的安全模型，包括用户权限管理（Linux Userspace、SELinux/App Sandbox）、文件系统权限、进程隔离、沙箱机制、SELinux策略配置等。 5.2 数据加密与安全存储： 讲解对称加密、非对称加密、哈希算法在智能终端中的应用。介绍Android Keystore System、TEE（Trusted Execution Environment）等安全硬件机制，以及如何安全地存储敏感数据（如密钥、用户凭证）。 5.3 通信安全： 讲解TLS/SSL协议在数据传输中的应用，如何保证数据在传输过程中的机密性、完整性和认证性。介绍Wi-Fi、蓝牙等无线通信的安全认证机制（WPA2/3、Pairing）。 5.4 应用安全加固： 探讨常见的应用安全漏洞（如SQL注入、XSS、缓冲区溢出），介绍代码混淆、反编译保护、签名校验、运行时安全检测等加固技术。 5.5 OTA（Over-The-Air）更新安全： 讲解安全OTA更新的流程，包括固件签名校验、更新包完整性验证、回滚机制等，确保固件更新过程的安全可靠。 第三部分：面向应用的开发与集成 本部分将聚焦于如何基于智能终端平台开发各类应用，并与云端服务进行集成。 第六章：嵌入式Linux应用开发 6.1 C/C++与Shell脚本编程： 强调C/C++语言在嵌入式开发中的重要性，讲解其在系统底层、高性能计算、驱动开发中的应用。介绍Shell脚本在系统自动化、脚本化任务中的作用。 6.2 常用嵌入式开发框架与库： 介绍Qt for Embedded, GTK+, LVGL等GUI开发框架，以及libcurl, openssl等网络通信库、JSON/XML解析库、数据库（SQLite）等常用第三方库的使用。 6.3 多进程与多线程编程： 讲解Linux下的进程间通信（IPC）机制（如管道、消息队列、共享内存、Socket）和线程同步与互斥（如互斥锁、信号量）技术，以构建高效、响应迅速的应用。 6.4 系统服务与守护进程开发： 指导读者如何开发和管理系统后台服务，使其能够长期稳定运行，响应系统事件或执行定时任务。 第七章：Android应用开发与系统集成 7.1 Android开发基础： 讲解Android SDK、Activity、Fragment、Service、Broadcast Receiver、Content Provider等四大组件，以及Intent、UI布局、数据存储（SharedPreferences, SQLite, Room）等核心概念。 7.2 Android系统级服务开发： 介绍如何利用Android Binder机制开发自定义系统服务，以及如何通过AIDL与应用程序进行跨进程通信，实现更深层次的系统功能扩展。 7.3 Android应用性能优化： 讲解Android应用开发中的性能优化技巧，如UI渲染优化（避免过度绘制）、内存优化、网络请求优化、后台任务管理、启动速度优化等，并介绍Profile工具的使用。 7.4 Android与硬件交互： 演示如何通过Android SDK提供的API（如Camera API, SensorManager, LocationManager）或HAL接口，实现与底层硬件设备的交互。 7.5 Android App安全防护： 讲解Android应用的安全风险，如权限滥用、数据泄露、逆向破解等，并介绍代码混淆、签名校验、安全加固等防护手段。 第八章：跨平台开发与框架应用 8.1 跨平台开发概述： 介绍跨平台开发的概念及其优势，如降低开发成本、提高开发效率。 8.2 常用跨平台开发框架： 详细介绍Flutter、React Native、Qt等流行的跨平台开发框架，分析它们的架构、UI渲染机制、性能特点、生态系统和适用场景。 8.3 移动端与Web/后端服务集成： 讲解如何利用HTTP、WebSocket等通信协议，实现移动应用与后端服务器之间的数据交互。介绍RESTful API的设计原则和常见的数据格式（JSON, XML）。 8.4 物联网设备与云平台交互： 重点介绍智能终端作为物联网设备，如何通过MQTT, CoAP等协议与云平台进行通信，实现数据上报、远程控制、设备管理等功能。本书将在这一部分重点讲解这些协议在实际应用中的开发实践，但不会深入到协议本身的理论细节，而是侧重于如何在智能终端上高效地实现这些通信。 结论： 《智能终端架构设计与应用开发》是一本集理论深度与实践广度于一体的开发教程。通过本书的学习，读者将能够全面掌握智能终端的底层架构、操作系统原理、驱动开发、系统优化、安全防护以及各类应用开发技术。无论您是希望深入理解智能手机、平板电脑等移动设备，还是致力于开发嵌入式系统、智能家居、工业控制等领域的中高端智能终端，本书都将为您提供宝贵的知识财富和实践指导，助您在快速发展的智能终端领域脱颖而出，成为一名优秀的智能终端开发者。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我最先被“IoT开发实战”这个词吸引。作为一名在物联网领域摸爬滚打多年的开发者，我深知理论知识的扎实和实战经验的重要性。这本书以CoAP为核心，辅以REST和MQTT，听起来就是一本能够填补我在网络协议这一关键环节的空白的宝藏。我特别希望能在这本书中找到CoAP协议的深度解析，例如它的报文结构、交互模式、选项的设计原理，以及在资源受限设备上的优势所在。同时，我也期待书中能给出一些与CoAP相关的开发实践，比如如何利用现有的CoAP库来构建物联网应用，如何进行性能优化，以及如何处理CoAP通信中的一些常见问题。将CoAP与REST和MQTT进行横向对比，分析它们各自的适用场景和优劣势，并给出一些混合使用或迁移的建议，这对我来说会非常有启发。我希望这本书能够不仅仅停留在概念介绍，而是能够提供切实可行的开发指导和代码片段，让我在实际项目中能够游刃有余地运用CoAP技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚入物联网开发领域不久的新手，一直在寻找一本能够系统地学习物联网核心网络协议的书籍。“IoT开发实战 CoAP卷”这个书名让我觉得它可能正是我的“菜”。我了解到CoAP协议在物联网中应用广泛，尤其是在功耗和资源受限的设备上，所以我非常渴望能深入理解它的工作原理。我期待这本书能够用最直观的方式讲解CoAP的通信流程，比如客户端如何向服务器发送请求，服务器如何响应，以及CoAP的观察机制是如何工作的。同时，我也希望书中能够提供一些简单的代码示例，让我能够亲手搭建一个CoAP通信的物联网小项目。虽然书中也提到了REST和MQTT，但我更希望能通过这本书，重点理解CoAP的独特性和优势，以及它与HTTP协议的不同之处。如果这本书能够包含一些关于CoAP安全方面的基础知识，以及如何处理一些常见的网络问题，那将对我的学习非常有帮助。我相信这本书能够为我打下坚实的物联网网络协议基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名称“IoT开发实战 CoAP卷”瞬间吸引了我，因为我一直致力于物联网设备的开发，并且在实际工作中遇到了不少与网络协议相关的挑战。CoAP协议，作为专为物联网设计的轻量级协议，其重要性不言而喻，但我之前对它的理解仅停留在表面，缺乏系统的学习和实践。这本书的出现，让我看到了一个深入了解CoAP的绝佳机会。我希望书中能详细阐述CoAP的通信模型、请求/响应模式、观察机制等核心概念，并提供清晰易懂的图示和流程图。此外，作为一本“实战”书籍，我更期待它能提供丰富的代码示例，涵盖不同开发平台（如Arduino、树莓派等）上使用CoAP协议进行设备通信的实现细节，以及如何构建CoAP服务器和客户端。书中提及的REST和MQTT协议，也都是物联网领域的热门技术，如果能将CoAP与它们进行对比分析，并给出在不同场景下的最佳实践建议，那将极大地拓展我的知识视野。我期待这本书能够成为我物联网开发道路上的一本重要参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常简洁大气，书名“IoT开发实战 CoAP卷”一下子就抓住了我的眼球，让我对物联网的开发充满了好奇。我一直对CoAP协议在物联网中的应用很感兴趣，但市面上相关的中文书籍并不多，大部分都是一些零散的资料或者英文文献，阅读起来比较吃力。当我在书店看到这本书时，仿佛找到了救星。它的副标题“物联网与网络协议核心技术开发教程书籍 REST MQTT协议”更是让我眼前一亮，说明这本书不仅会深入讲解CoAP，还会提及REST和MQTT这些我同样非常关注的协议，这简直是一站式学习的绝佳选择。从书名上来看，这本书应该会涵盖CoAP的原理、在实际物联网项目中的应用、与REST和MQTT的对比以及如何进行相关的开发。我期待它能提供一些具体的代码示例和开发指南，帮助我快速上手CoAP的开发，解决我在实际项目中遇到的问题。这本书的厚度适中，拿在手里感觉很扎实，纸张的质量也很好，印刷清晰，排版合理，这些细节都让我觉得这是一本用心制作的书籍。我非常看好这本书，希望它能为我的物联网学习之路提供坚实的理论基础和实践指导。

评分☆☆☆☆☆

我之前在工作中接触过一些物联网项目，虽然能够完成基本的功能，但在底层网络协议的理解上一直感觉有些欠缺，尤其是对于像CoAP这样专门为资源受限设备设计的协议，了解得不够深入。这本书的名字，尤其是“CoAP卷”和“物联网与网络协议核心技术开发教程”，让我觉得它正是我所需要的。我希望它能系统地介绍CoAP协议的设计理念、报文格式、传输机制，以及与HTTP等协议的区别和优势。同时，我也很期待书中能够提供一些实际案例，展示如何在不同的物联网场景下应用CoAP，例如智能家居、工业自动化、智慧城市等。书中提到的REST和MQTT协议也与我的工作息息相关，如果能将CoAP与它们进行详细的对比分析，并指导如何在同一个项目中整合使用，那将非常有价值。我尤其希望书中能包含一些关于CoAP安全性的讨论，以及如何实现可靠的数据传输和设备管理。总的来说，我希望这本书能够帮助我从更宏观的角度理解物联网通信架构，并掌握CoAP这一核心技术，提升我的物联网开发能力。