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| 內容簡介： |
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本书遵循由个别到一般，又由一般到个别的哲学原理，研究窄带物联网（NB-IoT）应用开发共性技术，目标是降低开发门槛、节约开发成本、缩短开发时间。 本书从技术科学层面提出了NB-IoT应用架构，形成可复用、可移植的模板、构件和类，成为NB-IoT应用开发的基石。NB-IoT应用架构由终端（UE）、信息邮局（MPO）、人机交互系统（HCI）三个部分组成。针对UE，本书提出了通用嵌入式计算机（GEC）的概念，在硬件上把MCU硬件*小系统及面向具体应用的共性电路封装成一个整体，为用户提供芯片级的可重用的硬件实体；在软件上，把嵌入式软件分为BIOS程序与User程序两部分。针对MPO，本书将其抽象为固定IP地址及端口。针对HCI，本书凝练出云平台侦听程序、客户端程序、Web网页程序、微信小程序、手机APP程序等应用模板，为照葫芦画瓢地完成具体的NB-IoT应用开发提供共性技术。全书形成了以GEC为核心，以构件为支撑，以应用模板为基础的NB-IoT应用开发生态系统。
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| 關於作者： |
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王宜怀，男，1962年2月生，博士，教授、博士生导师、网络工程系主任；苏州大学嵌入式系统与物联网研究所所长；苏州市政协常委、中国农工民主党苏州市委常委；江苏省计算机学会嵌入式系统与物联网专业委员会主任、中国软件行业协会嵌入式系统分会理事。主要研究方向：嵌入式系统、物联网与智能控制技术。
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| 目錄：
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第1章概述1
1.1窄带物联网NB-IoT简介2
1.1.1物联网连接的分类2
1.1.2NB-IoT的起源及简明发展历程3
1.1.3NB-IoT技术特点及其与其他LPWAN技术比较4
1.1.4为什么NB-IoT会流行6
1.2降低NB-IoT应用开发技术门槛的基本思路8
1.2.1NB-IoT应用开发所面临的难题8
1.2.2解决NB-IoT应用开发所面临难题的基本思路9
1.3本书主要内容9
第2章NB-IoT应用架构的基本要素13
2.1建立NB-IoT应用架构的基本原则13
2.2UE、MPO与HCI的基本定义13
2.2.1NB-IoT终端（UE）14
2.2.2NB-IoT信息邮局（MPO）14
2.2.3NB-IoT人机交互系统（HCI）15
2.3NB-IoT通信过程与应用开发相关的基本概念15
2.3.1与终端UE相关的基本概念15
2.3.2与信息邮局（MPO）相关的基本概念17
2.3.3与人机交互系统（HCI）相关的基本概念19
2.4对NB-IoT通信过程的简明理解20
2.5本章小结21
第3章NB-IoT通信快速测试方法22
3.1无须终端（UE）硬件情况下测试NB-IoT通信22
3.2初步理解整个通信过程25
3.3金葫芦IoT-GEC开发套件基本描述27
3.3.1金葫芦IoT-GEC开发套件设计思想27
3.3.2金葫芦IoT开发套件硬件组成28
3.3.3金葫芦IoT-GEC开发套件的文档与软件模板29
3.4利用金葫芦IoT-GEC开发套件理解NB-IoT通信过程30
3.4.1金葫芦IoT-GEC开发套件的硬件系统快速测试方法30
3.4.2终端（UE）与人机交互系统（HCI）通信快速测试方法31
3.5下载与测试终端用户程序32
3.5.1用户程序更新软件AHL-UserPrgUpdate32
3.5.2下载过程中常见的错误及解决方法35
3.6本章小结37
第4章理解NB-IoT的通信过程38
4.1理解终端用户程序的执行过程38
4.1.1开发终端用户程序使用的集成开发环境38
4.1.2终端（UE）中BIOS程序主要功能39
4.1.3终端（UE）的用户程序工程结构40
4.1.4User_GEC_Basic主流程及中断处理程序42
4.2初步理解UE与MPO的构件UECom46
4.2.1UECom构件的设计要点46
4.2.2UECom构件的头文件47
4.2.3UECom构件的使用方法53
4.3理解用户服务器侦听程序US-Monitor的执行过程55
4.3.1US-Monitor工程框架55
4.3.2US-Monitor的执行过程56
4.4初步理解HCI与MPO的通信接口类HCICom58
4.4.1HCICom类的设计要点58
4.4.2HCICom类的属性、方法和事件60
4.4.3HCICom类的使用方法62
4.5理解数据入库过程63
4.5.1查看数据库与表的简单方法63
4.5.2各数据表的用途64
4.5.3操作数据库的基本编程方法66
4.6本章小结67
第5章基于云转发服务的照葫芦画瓢样例68
5.1功能需求：增加热敏传感器68
5.2 照葫芦画瓢：终端用户程序的更改70
5.2.1终端用户程序画瓢处的查找、确认70
5.2.2终端用户程序内容修改71
5.3 照葫芦画瓢：US-Monitor的更改73
5.3.1US-Monitor程序画瓢处的查找、确认73
5.3.2US-Monitor程序内容的修改74
5.4联合测试及自我练习76
5.4.1联合测试76
5.4.2自我练习77
5.5本章小结77
第6章云服务器侦听程序CS-Monitor78
6.1云服务器侦听程序CS-Monitor涉及的技术基础78
6.1.1云服务器侦听程序CS-Monitor的概念78
6.1.2WebSocket协议概述79
6.1.3JSON格式80
6.2开发CS-Monitor程序的基本条件80
6.2.1申请与登录远程云服务器80
6.2.2在云服务器CS上安装必要的软件82
6.3运行CS-Monitor编程模板83
6.3.1确认网络端口是否已对外开放83
6.3.2复制CS-Monitor工程与数据库84
6.3.3修改AHL.xml文件中有关连接配置85
6.3.4修改UE程序的发送地址85
6.3.5运行CS-Monitor程序86
6.4基本理解CS-Monitor编程模板88
6.4.1CS-Monitor编程模板的工程框架89
6.4.2CS-Monitor编程模板的自动执行流程91
6.4.3WebSocket服务器与客户端的通信101
6.4.4CS-Monitor编程模板按键事件的解析107
6.5CS-Monitor程序的照葫芦画瓢109
6.6本章小结110
第7章通过PC客户端的数据访问111
7.1运行CS-Client及观察自己的NB-IoT终端实时数据111
7.1.1直接运行CS-Client编程模板111
7.1.2观察NB-IoT终端的实时数据114
7.2基本理解CS-Client的编程模板115
7.2.1CS-Client编程模板的结构115
7.2.2PC客户端模板执行流程116
7.2.3主要按键事件的实现122
7.3CS-Client程序的照葫芦画瓢125
7.4本章小结126
第8章 通过Web网页的数据访问128
8.1运行Web网页及观察NB-IoT终端的实时数据128
8.1.1打开NB-IoT的Web网页方法128
8.1.2观察NB-IoT终端实时数据129
8.2基本理解NB-IoT的Web网页模板130
8.2.1NB-IoT的Web网页模板的工程结构130
8.2.2NB-IoT的Web网页模板功能分析131
8.2.3通过Web网页的数据访问过程132
8.2.4NB-IoT的Web网页编程的进一步讨论140
8.3NB-Web网页的照葫芦画瓢142
8.4本章小结144
第9章 通过微信小程序的数据访问145
9.1运行已发布的NB-IoT微信小程序145
9.1.1直接运行微信小程序模板145
9.1.2观察自己的NB-IoT终端实时数据146
9.2在开发环境中运行NB-IoT微信小程序147
9.2.1前期准备147
9.2.2运行NB-IoT微信小程序148
9.3基本理解NB-IoT的微信小程序模板151
9.3.1NB-IoT的微信小程序模板工程结构151
9.3.2NB-IoT的微信小程序模板开发过程153
9.3.3NB-IoT的微信小程序的运行分析156
9.4NB-IoT微信小程序编程的进一步讨论158
9.4.1微信小程序的函数执行流程158
9.4.2微信小程序的WebSocket连接160
9.4.3数据的处理与使用162
9.4.4组件模板166
9.5 照葫芦画瓢：开发自己的NB-IoT微信小程序167
9.5.1 照葫芦画瓢：实现新增温度的添加168
9.5.2 照葫芦画瓢：动态组件的生成170
9.5.3 照葫芦画瓢：添加一个页面功能170
9.5.4 照葫芦画瓢：导航菜单的创建171
9.6NB-IoT微信小程序模板的发布171
9.7本章小结172
第10章 通过Android APP的数据访问173
10.1查看已发布的NB-IoT的Android APP173
10.1.1直接运行Android APP模板173
10.1.2观察自己的NB-IoT终端实时数据174
10.2在开发环境中运行NB-IoT的Android APP175
10.2.1开发环境的安装175
10.2.2项目导入并编译运行175
10.3基本理解NB-IoT的Android APP模板177
10.3.1NB-IoT的Android APP开发环境177
10.3.2NB-IoT的Android APP模板工程结构178
10.3.3NB-IoT的Android APP模板的执行过程180
10.4NB-IoT的Android APP编程的更深入讨论185
10.4.1APP函数执行流程185
10.4.2WebSocket连接的建立185
10.4.3WebSocket数据处理187
10.5 照葫芦画瓢：开发自己的NB-IoT的Android APP189
10.5.1 照葫芦画瓢：实现新增温度的添加190
10.5.2 照葫芦画瓢：动态生成控件191
10.6本章小结193
第11章通用嵌入式计算机的概念与组成194
11.1提出GEC概念的缘由194
11.1.1物联网终端开发方式存在的问题与解决办法194
11.1.2提出GEC概念的时机、GEC的定义与特点195
11.1.3GEC在NB-IoT应用架构中的位置197
11.2GEC的硬件实例198
11.2.1金葫芦IoT-GEC型号含义198
11.2.2金葫芦AHL-A系列硬件组成199
11.2.3金葫芦AHL-A系列引脚图202
11.2.4金葫芦AHL-A系列引脚功能表203
11.3GEC内的BIOS与User程序框架205
11.3.1GEC内的BIOS与User程序功能划分205
11.3.2User程序软件框架207
11.3.3GEC中的三类构件209
11.4本章小结210
第12章GEC常用基础构件211
12.1GPIO构件211
12.1.1GPIO构件的知识要素211
12.1.2GPIO构件的API213
12.1.3GPIO构件API的测试方法215
12.2UART构件221
12.2.1UART构件的知识要素221
12.2.2UART构件的API223
12.2.3UART构件API的测试方法225
12.3ADC构件227
12.3.1ADC构件的知识要素227
12.3.2ADC构件的API229
12.3.3ADC构件API的测试方法229
12.4Flash构件231
12.4.1Flash构件的知识要素231
12.4.2Flash构件的API232
12.4.3Flash构件API的测试方法234
12.5I2C构件235
12.5.1I2C构件的知识要素235
12.5.2I2C构件的API240
12.5.3I2C构件API的测试方法242
12.6SPI构件244
12.6.1SPI构件的知识要素244
12.6.2SPI构件的API247
12.6.3SPI构件API的测试方法249
12.7PWM构件250
12.7.1PWM构件的知识要素251
12.7.2PWM构件的API253
12.7.3PWM构件API的测试方法254
12.8本章小结255
第13章基于GEC的UE软硬件设计过程256
13.1输入输出分析256
13.1.1输入输出的共性分析256
13.1.2输入输出的个性分析257
13.2快速规范的硬件评估258
13.2.1复制User工程框架258
13.2.2编程评估各硬件单元259
13.3硬件原理图绘制与PCB电路板制作270
13.3.1构件化硬件原理图绘制的简明规则270
13.3.2PCB布板的简明规则274
13.4功能软件的设计与测试277
13.4.1功能需求277
13.4.2GEC硬件需求277
13.4.3软件设计277
13.4.4软件测试280
13.5本章小结281
第14章UECom构件1
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| 內容試閱：
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窄带物联网（NB-IoT）是3GPP于2016年5月完成核心标准制定的，面向智能抄表、工厂设备远程测控、智能农业、智能家居等应用领域的新一代物联网通信体系，是低功耗广域网LPWAN的重要一员。NB-IoT应用系统将成为许多实体行业的关键技术。然而，进行NB-IoT应用开发具有较高的技术门槛，研发成本高、周期长，是许多终端企业面临的重要难题。为了解决这个难题，学术界需要从技术科学层面、从面向应用角度出发来研究NB-IoT应用产品开发的共性技术，为产业界进行NB-IoT应用开发提供基础支撑。本书着眼于这一目标，研究与NB-IoT应用开发共性技术相对应的抽象模型，为降低NB-IoT应用开发的技术门槛提供技术基础。
本书从技术科学层面出发，提出了NB-IoT应用架构。该架构由终端（UE）、信息邮局（MPO）和人机交互系统（HCI）三个部分组成。UE是形式各异的NB-IoT应用产品，其共性技术研究是本书的重点之一。本书把负责NB-IoT通信的设施抽象为MPO，以便简化应用系统的编程。HCI是通用计算机、笔记本电脑、平板电脑、手机等设备的抽象，具有服务器、网页、微信、短信、手机APP等技术表现形式，其共性技术的抽取以及与UE的通信的共性技术研究，也是本书重点内容之一。
本书以构件为基础、以与具体的微控制器芯片无关性为目标，提出了通用嵌入式计算机（GEC）的概念、基本组成及实现方法，通过分析凝练UE所共有的GPIO、UART、AD、Flash、SysTick、I2C、SPI、UECom等模块的基本知识要素，给出了遵循嵌入式软件工程基本原则的底层驱动构件封装，并把它们固化驻留在微控制器芯片中，类似于通用计算机的基本输入输出系统（BIOS）。在此基础上给出了用户（User）程序的应用模板，可以使用户专注于应用程序的开发。本书以类为基础，提出了HCI的应用模板。通过分析NB-IoT通信的共性，以MPO为基础，在充分研究HCI共性技术的基础上，以C#语言为蓝本，遵循类封装的基本原则，设计了PC方的通信接口类HCICom，具有良好的可移植性，实现了HCI应用层程序的可复用性。此外，通过数据库及显示页面的动态设计，实现了在一定条件下物理量增减的程序自适应性。为了比较完整地涵盖NB-IoT应用开发的知识要素，本书还给出了HCI应用的多样性研究，在云平台（云服务器）侦听程序及数据入库的基础上，对客户端程序、网页程序、微信小程序、手机APP等多种不同表现形式给予了关注，也设计了对应的应用模板。
本书给出的NB-IoT应用开发共性技术，最大限度地凝练了NB-IoT应用开发过程的一般规律，形成可复用、可移植的模板、构件和类，成为NB-IoT应用产品开发的基石和模板（葫芦），以便开发人员在此模板的基础上进行特定的应用开发（照葫芦画瓢），体现了人类认识过程由个别到一般，又由一般到个别的哲学原理，可有效降低NB-IoT应用开发的技术门槛、减少研发成本、提高研发效率。
本书由王宜怀负责编制提纲和统稿工作，并编写了第1～3章、第11～12章，张建编写了第4～8章及对应的附录，刘辉编写了第9～10章、第13～14章及对应的附录，刘银龙编写了第15和16章。博士研究生施连敏、彭涛，硕士研究生陈成、汪博、钱涵佳、周靖越、周欣、葛新越、张艺琳、范小青、孙亚军、程宏玉、黄志贤、刘贤德、张蓉、徐昕等协助完成了程序编写、调试及书稿整理等工作。他们卓有成效的工作，使本书更加实用。ARM教育生态部、苏州电信、安芯教育、苏嵌教育等对本书提供了大力支持，电子工业出版社的编辑为本书的出版做了大量细致的工作，在此一并表示诚挚的谢意。
本书虽历时三载，但鉴于作者水平有限，书中难免会存在不足和错误之处，恳望广大读者提出宝贵意见和建议，以便再版时改进。
苏州大学 王宜怀
2019年1月
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