嵌入式网络通信开发应用

本书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。 本书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。

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Widows、Linux等应用程序设计，熟知、J2EE架构及其跨平台程序设计，熟知FPGA—SoPC软硬件协同设计，特别是嵌入式系统及其μc/Os、μC/Linux、WinCE、VxWorks等下的软件体系架构和外设/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《嵌入式系统硬件体系设计》等技术书籍，多年来还不断从事高校研究生、本科生的教学及专业技术人员的培训。

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 BSD Socket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 ARM Linux IrDA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-Linux BlueTooth无线通信实现335 10.3.4 Windows CE BlueTooth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