從芯片到云端：Python物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)實踐

第1章 物聯(lián)網(wǎng)簡介 1
1.1 物聯(lián)網(wǎng)定義 1
1.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢 1
1.3 物聯(lián)網(wǎng)應用與技術 2
1.3.1 物聯(lián)網(wǎng)核心價值 2
1.3.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展階段 3
1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)分層 5
1.3.4 物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡拓撲 5
1.3.5 物聯(lián)網(wǎng)實施所需技術棧 8
1.3.6 標準、現(xiàn)狀與未來 10
1.4 本章小結(jié) 16
第2章 Python語言基礎 17
2.1 Python的由來與特征 19
2.1.1 概述 19
2.1.2 設計定位與哲學 19
2.1.3 優(yōu)點與缺點 20
2.2 Python與物聯(lián)網(wǎng)開發(fā) 22
2.3 獲取Python資源 24
2.3.1 Python主程序 24
2.3.2 Python文檔 24
2.3.3 Python PyPI 24
2.4 Python解釋器運行環(huán)境 26
2.4.1 REPL交互模式 26
2.4.2 直接運行與模塊運行 26
2.4.3 腳本文件直接運行 27
2.4.4 源程序文字編碼與結(jié)束符 28
2.5 Python類型與語法 29
2.5.1 動態(tài)類型 29
2.5.2 傳值與傳引用 30
2.5.3 數(shù)據(jù)類型 31
2.5.4 內(nèi)置類型 32
2.5.5 內(nèi)置類型的普適操作 34
2.5.6 數(shù)值類型 35
2.5.7 布爾類型 37
2.5.8 迭代器類型 37
2.5.9 生成器類型 38
2.5.10 yield表達式 39
2.5.11 序列類型 39
2.5.12 set集合類型 54
2.5.13 映射類型 55
2.5.14 其他類型 56
2.5.15 控制流 59
2.5.16 內(nèi)置函數(shù) 61
2.5.17 用戶自定義函數(shù) 62
2.5.18 模塊 65
2.5.19 輸入/輸出 68
2.5.20 面向?qū)ο缶幊?74
2.5.21 進程和線程 82
2.5.22 錯誤和異常 90
2.6 Python標準庫概覽 93
2.7 本章小結(jié) 94
第3章 Python語言進階 95
3.1 HOWTO：常見任務和解決方案 95
3.1.1 數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換 96
3.1.2 數(shù)據(jù)的調(diào)試打印 100
3.1.3 數(shù)據(jù)類型資源優(yōu)化 102
3.1.4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法 102
3.1.5 數(shù)據(jù)緩存 103
3.1.6 數(shù)據(jù)多路復用和解復用 104
3.1.7 數(shù)據(jù)序列化和反序列化 107
3.1.8 數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮 119
3.1.9 數(shù)據(jù)加密 120
3.1.10 數(shù)據(jù)傳輸 121
3.1.11 數(shù)據(jù)后處理 121
3.1.12 數(shù)據(jù)持久化 121
3.1.13 數(shù)據(jù)交換 122
3.2 HOWTO：函數(shù)式編程 123
3.2.1 高階函數(shù) 123
3.2.2 map函數(shù) 124
3.2.3 reduce函數(shù) 124
3.2.4 filter函數(shù) 124
3.2.5 sorted函數(shù) 125
3.2.6 返回函數(shù) 125
3.2.7 閉包 126
3.2.8 匿名函數(shù) 126
3.2.9 裝飾器 127
3.3 HOWTO：并發(fā)運行模型 131
3.3.1 協(xié)程 131
3.3.2 I/O模型 134
3.4 HOWTO：日期與時間 136
3.4.1 類型轉(zhuǎn)換 136
3.4.2 時區(qū)的處理 138
3.5 Python版本遷移 139
3.5.1 Python 2與Python 3的區(qū)別 140
3.5.2 Python 2到Python 3的流程 140
3.5.3 多個Python版本共存 140
3.5.4 virtualenv 141
3.5.5 Windows多個版本共存 141
3.5.6 Linux多個版本共存 142
3.6 其他常見技巧 143
3.6.1 常數(shù)類型的模擬 143
3.6.2 枚舉類型的模擬 143
3.6.3 開發(fā)自定義模塊 144
3.7 Python與其他語言 145
3.8 Python語言擴展 151
3.8.1 C語言擴展Python 151
3.8.2 ctypes訪問Windows DLL 153
3.8.3 Jython訪問Java類 154
3.8.4 IronPython訪問.NET 155
3.9 Python加速 157
3.9.1 PyPy 158
3.9.2 Cython 159
3.9.3 PyCUDA 159
3.9.4 PyOpenCL 159
3.9.5 Theano 159
3.9.6 Nuitka 159
3.10 本章小結(jié) 160
第4章 嵌入式系統(tǒng)開發(fā) 161
4.1 嵌入式系統(tǒng)硬件分類 162
4.1.1 MCU 162
4.1.2 MPU 163
4.1.3 DSP 163
4.1.4 SMP 164
4.1.5 異構(gòu)大小核 164
4.1.6 FPGA原型 165
4.1.7 SoPC 165
4.1.8 GPU 167
4.1.9 哈佛結(jié)構(gòu)和馮??諾依曼結(jié)構(gòu) 168
4.2 電路原型設計 168
4.2.1 集成電路設計流程 170
4.2.2 模擬電路原型設計 170
4.2.3 數(shù)字電路原型設計 175
4.3 常見嵌入式微控制器（MCU） 179
4.3.1 MCU市場狀況 179
4.3.2 Arduino/Wiring 180
4.3.3 ARM mbed 181
4.3.4 設計專屬架構(gòu)和專屬MCU 182
4.3.5 ARM MCU差異化競爭 182
4.4 常見嵌入式處理器和主板 184
4.4.1 ARM架構(gòu) 185
4.4.2 其余的ARM Linux主板 188
4.4.3 MIPS開發(fā)板 190
4.4.4 x86 mini-ITX 191
4.5 常見傳感器和執(zhí)行器 192
4.5.1 虛擬傳感器 193
4.5.2 智能傳感器 193
4.5.3 專用傳感器 194
4.5.4 執(zhí)行器 195
4.6 物聯(lián)網(wǎng)通信集成電路 196
4.7 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)語言演進 197
4.7.1 從匯編到嵌入式C 197
4.7.2 從C到C++ 199
4.7.3 壓縮C++的系統(tǒng)消耗 199
4.7.4 C++適合物聯(lián)網(wǎng)開發(fā) 200
4.8 C/C++的編程模式和技巧 204
4.8.1 C/C++設計模式 205
4.8.2 回調(diào)函數(shù) 206
4.8.3 有限狀態(tài)機模型 209
4.8.4 善用結(jié)構(gòu)體 211
4.8.5 C/C++協(xié)程 214
4.9 開發(fā)生態(tài)選擇 215
4.9.1 工業(yè)標準與廠家私有指令集架構(gòu) 215
4.9.2 硬件與軟件平臺選擇 215
4.9.3 編譯器選擇 216
4.10 常見操作系統(tǒng) 217
4.10.1 無操作系統(tǒng) 217
4.10.2 RTOS的優(yōu)勢 218
4.10.3 uC/OS 219
4.10.4 Keil RTX 219
4.10.5 mbed RTOS與mbed OS 220
4.10.6 FreeRTOS 221
4.10.7 Linux是開發(fā)復雜聯(lián)網(wǎng)設備的現(xiàn)實選擇 222
4.11 物聯(lián)網(wǎng)中間件 227
4.11.1 WSN堆棧 227
4.11.2 TCP/IP 227
4.11.3 USB 227
4.11.4 FAT/FS 228
4.11.5 GUI 228
4.11.6 Terminal 228
4.11.7 MQTT 228
4.11.8 CoAP 229
4.12 物聯(lián)網(wǎng)安全性 230
4.12.1 安全相關芯片 230
4.12.2 安全中間件 231
4.12.3 Python安全算法 232
4.13 設備固件更新 232
4.13.1 固件更新技術發(fā)展史 232
4.13.2 本地固件更新 234
4.13.3 遠程固件更新 234
4.13.4 固件升級定制 234
4.14 各類串口實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng) 235
4.14.1 串口協(xié)議的選擇 235
4.14.2 模擬串口設備 236
4.14.3 其他類型虛擬設備 238
4.14.4 ISP編程器 238
4.14.5 串口設備監(jiān)控器 239
4.15 本章小結(jié) 239
第5章 設備連接和編程接口 240
5.1 設備連接概述 240
5.1.1 嵌入式系統(tǒng)連接層次 240
5.1.2　選擇正確的連接方案 241
5.1.3 具體落實連接設計 241
5.1.4 本章內(nèi)容安排 242
5.2 連接能力匯總 242
5.2.1 連接由芯片開始 243
5.2.2 芯片內(nèi)部系統(tǒng)總線 245
5.2.3 芯片間連接技術 246
5.2.4 設備間連接 249
5.2.5 設備組網(wǎng) 250
5.2.6 設備組網(wǎng)與聯(lián)網(wǎng)的無線技術 253
5.2.7 連接性回顧 266
5.3 Linux文件系統(tǒng) 266
5.3.1 設備即文件 266
5.3.2 設備文件系統(tǒng) 267
5.3.3 Linux設備文件的演變 268
5.3.4 文件I/O操作 271
5.3.5 Linux硬件編程 272
5.4 并行接口 273
5.4.1 老舊的PC并行接口 274
5.4.2 高速總線 274
5.4.3 GPIO 274
5.4.4 Linux訪問GPIO 275
5.4.5 GPIO的Python包 276
5.5 串行接口 277
5.5.1 異步通信串行口 277
5.5.2 I2C總線 284
5.5.3 SPI總線 290
5.5.4 與其他硬件平臺相關的Python包 294
5.6 USB總線 296
5.6.1 USB Endpoints 297
5.6.2 USB Device/Host/OTG 297
5.6.3 USB 3.0 297
5.6.4 libUSB 297
5.6.5 PyUSB 298
5.6.6 標準化USB橋接 299
5.6.7 與USB相關的其他設計 301
5.7 Linux網(wǎng)絡設備驅(qū)動 301
5.7.1 TCP/IP套接字編程 301
5.7.2 IEEE 802.3到IEEE 802.11 302
5.7.3 網(wǎng)絡通信實現(xiàn)方案 302
5.7.4 私有通信協(xié)議棧 305
5.7.5 短距離無線連接 307
5.8 工業(yè)總線 310
5.8.1 CAN總線 310
5.8.2 LIN總線 312
5.8.3 其他ASIC 313
5.8.4 定制Python擴展 313
5.8.5 Windows DLL 314
5.9 本章小結(jié) 314
第6章 嵌入式Python虛擬機 315
6.1 嵌入式高級語言平臺大薈萃 315
6.1.1 高級語言與二次開發(fā) 315
6.1.2 BASIC 319
6.1.3 Java 319
6.1.4 Lua 322
6.1.5 JavaScript 322
6.1.6 .NET 323
6.2 前一代Python虛擬機 323
6.2.1 Telit GPRS模塊 323
6.2.2 Symbian 325
6.2.3 Windows CE 325
6.2.4 OpenMoko 325
6.3 深嵌入式Python平臺 326
6.3.1 LEGO EV3 326
6.3.2 TinyPy 326
6.3.3 嵌入式Python的局限 327
6.4 PyMite 328
6.4.1 硬件平臺 328
6.4.2 維護者 329
6.4.3 pymbed分支 329
6.4.4 開發(fā)現(xiàn)狀 331
6.4.5 文檔 332
6.4.6 源碼樹 333
6.4.7 使用流程 335
6.4.8 實踐 336
6.4.9 工程小結(jié) 337
6.4.10 網(wǎng)絡資源 338
6.5 VIPER/Zerynth 338
6.5.1 硬件平臺 339
6.5.2 Zerynth Studio 340
6.5.3 與標準Python的區(qū)別 341
6.5.4 快速啟動 342
6.5.5 坎坷的使用過程 342
6.5.6 Zerynth目錄結(jié)構(gòu) 343
6.5.7 硬件相關庫 344
6.5.8 其他特性 355
6.6 MicroPython 356
6.6.1 工程背景知識 356
6.6.2 在線評估網(wǎng)頁 358
6.6.3 官方硬件平臺分支 358
6.6.4 衍生項目 359
6.6.5 UNIX版本 360
6.6.6 MicroPython庫 363
6.6.7 STM32HAL分支 365
6.6.8 NUCLEO-F401RE適配 367
6.6.9 pyboard評估 372
6.6.10 異步處理和中斷處理 389
6.6.11 中斷處理的普遍問題 392
6.6.12 使用心得 395
6.6.13 商品化與知識產(chǎn)權 396
6.6.14 BBC microbit 396
6.7 Linux與Python 398
6.7.1 Linux中Python的運行環(huán)境 398
6.7.2 交叉編譯CPython 401
6.7.3 交叉編譯MicroPython 402
6.7.4 Jython運行環(huán)境 404
6.7.5 Android SL4A 406
6.8 本章小結(jié) 407
第7章 Python應用APP 408
7.1 基于字符的人機界面 409
7.1.1 命令行參數(shù) 409
7.1.2 字符終端開發(fā) 410
7.1.3 ncurses 411
7.2 桌面GUI開發(fā) 412
7.2.1 Tkinter 413
7.2.2 wxPython 414
7.2.3 Boa Constructor 415
7.2.4 wxGlade 416
7.2.5 PyGTK 417
7.2.6 PyQt 419
7.2.7 PySide 420
7.2.8 Enthought 421
7.2.9 Cocoa+PyObjC 423
7.2.10 Java AWT 424
7.2.11 IronPython與WPF 425
7.2.12 其他UI 425
7.3 本地Web GUI 426
7.3.1 與WebKit相關的Python包 427
7.3.2 OneRing 427
7.3.3 Pyjs 427
7.3.4 Python Flexx 428
7.4 本地可執(zhí)行文件 429
7.4.1 Linux可執(zhí)行文件 429
7.4.2 Mac OS X應用程序包 430
7.4.3 Windows可執(zhí)行文件 430
7.4.4 pyinstaller 430
7.4.5 py2exe 430
7.4.6 py2app 430
7.4.7 cx_Freeze 431
7.4.8 Windows系統(tǒng)服務 431
7.4.9 Windows定時任務 432
7.4.10 Linux系統(tǒng)服務 433
7.4.11 Linux定時任務 435
7.5 移動APP開發(fā) 436
7.5.1 響應式網(wǎng)頁 437
7.5.2 PhoneGAP應用開發(fā) 437
7.5.3 SL4A 437
7.5.4 QPython開發(fā) 441
7.5.5 Kivy 443
7.5.6 其他開發(fā)方式 449
7.6 本章小結(jié) 449
第8章 Python開發(fā)輔助支持 451
8.1 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)需要不斷優(yōu)化 452
8.2 專屬小工具 452
8.3 原型驗證 458
8.4 代碼生成器 459
8.5 軟件測試 461
8.6 文檔生成器 468
8.7 文檔操縱 477
8.8 國際化與本地化 479
8.9 配置管理 484
8.10 數(shù)據(jù)與素材處理 486
8.11 通信報文分析 495
8.12 與Arduino/mbed相關的Python包 497
8.13 虛擬儀器 509
8.14 3D/VR/AR 512
8.15 本章小結(jié) 515
第9章 物聯(lián)網(wǎng)服務器端設計 516
9.1 物聯(lián)網(wǎng)計算模型 517
9.2 物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)設計異同 526
9.3 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關與邊緣服務器 535
9.3.1 Python socket服務器 536
9.3.2 pyserial RFC2217 536
9.3.3 SubGHz網(wǎng)關panStamp 537
9.3.4 Rascal micro 538
9.3.5 Java IoT網(wǎng)關 539
9.4 物聯(lián)網(wǎng)設備接入?yún)f(xié)議 540
9.5 高可用性與高并發(fā)性 575
9.7 Web開發(fā)框架 589
9.8 物聯(lián)網(wǎng)安全 597
9.9 服務器交付 603
9.10 服務器運維 605
9.11 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計實踐 614
9.12 本章小結(jié) 625
第10章 融合應用與數(shù)據(jù)分析 626
10.1 物聯(lián)網(wǎng)是可編程的 626
10.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析和挖掘 630
10.3 采集整理自有數(shù)據(jù) 633
10.4 采集第三方數(shù)據(jù) 637
10.5 數(shù)據(jù)分析 647
10.6 數(shù)據(jù)可視化 663
10.7 本章小結(jié) 682
推薦書目與結(jié)束語 683

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