从芯片到云端 Python物联网全栈开发实践PDF电子书下载

第1章 物联网简介 1

1.1 物联网定义 1

1.2 物联网发展趋势 1

1.3 物联网应用与技术 2

1.3.1 物联网核心价值 2

1.3.2 物联网发展阶段 3

1.3.3 物联网分层 5

1.3.4 物联网数据传输与网络拓扑 5

1.3.5 物联网实施所需技术栈 8

1.3.6 标准、现状与未来 10

1.4 本章小结 16

第2章 Python语言基础 17

2.1 Python的由来与特征 19

2.1.1 概述 19

2.1.2 设计定位与哲学 19

2.1.3 优点与缺点 20

2.2 Python与物联网开发 22

2.3 获取Python资源 24

2.3.1 Python主程序 24

2.3.2 Python文档 24

2.3.3 Python PyPI 24

2.4 Python解释器运行环境 26

2.4.1 REPL交互模式 26

2.4.2 直接运行与模块运行 26

2.4.3 脚本文件直接运行 27

2.4.4 源程序文字编码与结束符 28

2.5 Python类型与语法 29

2.5.1 动态类型 29

2.5.2 传值与传引用 30

2.5.3 数据类型 31

2.5.4 内置类型 32

2.5.5 内置类型的普适操作 34

2.5.6 数值类型 35

2.5.7 布尔类型 37

2.5.8 迭代器类型 37

2.5.9 生成器类型 38

2.5.10 yield表达式 39

2.5.11 序列类型 39

2.5.12 set集合类型 54

2.5.13 映射类型 55

2.5.14 其他类型 56

2.5.15 控制流 59

2.5.16 内置函数 61

2.5.17 用户自定义函数 62

2.5.18 模块 65

2.5.19 输入／输出 68

2.5.20 面向对象编程 74

2.5.21 进程和线程 82

2.5.22 错误和异常 90

2.6 Python标准库概览 93

2.7 本章小结 94

第3章 Python语言进阶 95

3.1 HOWTO：常见任务和解决方案 95

3.1.1 数据类型转换 96

3.1.2 数据的调试打印 100

3.1.3 数据类型资源优化 102

3.1.4 数据结构与算法 102

3.1.5 数据缓存 103

3.1.6 数据多路复用和解复用 104

3.1.7 数据序列化和反序列化 107

3.1.8 数据压缩和解压缩 119

3.1.9 数据加密 120

3.1.10 数据传输 121

3.1.11 数据后处理 121

3.1.12 数据持久化 121

3.1.13 数据交换 122

3.2 HOWTO：函数式编程 123

3.2.1 高阶函数 123

3.2.2 map函数 124

3.2.3 reduce函数 124

3.2.4 filter函数 124

3.2.5 sorted函数 125

3.2.6 返回函数 125

3.2.7 闭包 126

3.2.8 匿名函数 126

3.2.9 装饰器 127

3.3 HOWTO：并发运行模型 131

3.3.1 协程 131

3.3.2 I/O模型 134

3.4 HOWTO：日期与时间 136

3.4.1 类型转换 136

3.4.2 时区的处理 138

3.5 Python版本迁移 139

3.5.1 Python 2与Python 3的区别 140

3.5.2 Python 2到Python 3的流程 140

3.5.3 多个Python版本共存 140

3.5.4 virtualenv 141

3.5.5 Windows多个版本共存 141

3.5.6 Linux多个版本共存 142

3.6 其他常见技巧 143

3.6.1 常数类型的模拟 143

3.6.2 枚举类型的模拟 143

3.6.3 开发自定义模块 144

3.7 Python与其他语言 145

3.8 Python语言扩展 151

3.8.1 C语言扩展Python 151

3.8.2 ctypes访问Windows DLL 153

3.8.3 Jython访问Java类 154

3.8.4 IronPython访问.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 本章小结 160

第4章 嵌入式系统开发 161

4.1 嵌入式系统硬件分类 162

4.1.1 MCU 162

4.1.2 MPU 163

4.1.3 DSP 163

4.1.4 SMP 164

4.1.5 异构大小核 164

4.1.6 FPGA原型 165

4.1.7 SoPC 165

4.1.8 GPU 167

4.1.9 哈佛结构和冯·诺依曼结构 168

4.2 电路原型设计 168

4.2.1 集成电路设计流程 170

4.2.2 模拟电路原型设计 170

4.2.3 数字电路原型设计 175

4.3 常见嵌入式微控制器（MCU） 179

4.3.1 MCU市场状况 179

4.3.2 Arduino/Wiring 180

4.3.3 ARM mbed 181

4.3.4 设计专属架构和专属MCU 182

4.3.5 ARM MCU差异化竞争 182

4.4 常见嵌入式处理器和主板 184

4.4.1 ARM架构 185

4.4.2 其余的ARM Linux主板 188

4.4.3 MIPS开发板 190

4.4.4 x86 mini-ITX 191

4.5 常见传感器和执行器 192

4.5.1 虚拟传感器 193

4.5.2 智能传感器 193

4.5.3 专用传感器 194

4.5.4 执行器 195

4.6 物联网通信集成电路 196

4.7 嵌入式系统开发语言演进 197

4.7.1 从汇编到嵌入式C 197

4.7.2 从C到C++ 199

4.7.3 压缩C++的系统消耗 199

4.7.4 C++适合物联网开发 200

4.8 C/C++的编程模式和技巧 204

4.8.1 C/C++设计模式 205

4.8.2 回调函数 206

4.8.3 有限状态机模型 209

4.8.4 善用结构体 211

4.8.5 C/C++协程 214

4.9 开发生态选择 215

4.9.1 工业标准与厂家私有指令集架构 215

4.9.2 硬件与软件平台选择 215

4.9.3 编译器选择 216

4.10 常见操作系统 217

4.10.1 无操作系统 217

4.10.2 RTOS的优势 218

4.10.3 uC/OS 219

4.10.4 Keil RTX 219

4.10.5 mbed RTOS与mbed OS 220

4.10.6 FreeRTOS 221

4.10.7 Linux是开发复杂联网设备的现实选择 222

4.11 物联网中间件 227

4.11.1 WSN堆栈 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 物联网安全性 230

4.12.1 安全相关芯片 230

4.12.2 安全中间件 231

4.12.3 Python安全算法 232

4.13 设备固件更新 232

4.13.1 固件更新技术发展史 232

4.13.2 本地固件更新 234

4.13.3 远程固件更新 234

4.13.4 固件升级定制 234

4.14 各类串口实现联网 235

4.14.1 串口协议的选择 235

4.14.2 模拟串口设备 236

4.14.3 其他类型虚拟设备 238

4.14.4 ISP编程器 238

4.14.5 串口设备监控器 239

4.15 本章小结 239

第5章 设备连接和编程接口 240

5.1 设备连接概述 240

5.1.1 嵌入式系统连接层次 240

5.1.2 选择正确的连接方案 241

5.1.3 具体落实连接设计 241

5.1.4 本章内容安排 242

5.2 连接能力汇总 242

5.2.1 连接由芯片开始 243

5.2.2 芯片内部系统总线 245

5.2.3 芯片间连接技术 246

5.2.4 设备间连接 249

5.2.5 设备组网 250

5.2.6 设备组网与联网的无线技术 253

5.2.7 连接性回顾 266

5.3 Linux文件系统 266

5.3.1 设备即文件 266

5.3.2 设备文件系统 267

5.3.3 Linux设备文件的演变 268

5.3.4 文件I/O操作 271

5.3.5 Linux硬件编程 272

5.4 并行接口 273

5.4.1 老旧的PC并行接口 274

5.4.2 高速总线 274

5.4.3 GPIO 274

5.4.4 Linux访问GPIO 275

5.4.5 GPIO的Python包 276

5.5 串行接口 277

5.5.1 异步通信串行口 277

5.5.2 I2C总线 284

5.5.3 SPI总线 290

5.5.4 与其他硬件平台相关的Python包 294

5.6 USB总线 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 标准化USB桥接 299

5.6.7 与USB相关的其他设计 301

5.7 Linux网络设备驱动 301

5.7.1 TCP/IP套接字编程 301

5.7.2 IEEE 802.3到IEEE 802.11 302

5.7.3 网络通信实现方案 302

5.7.4 私有通信协议栈 305

5.7.5 短距离无线连接 307

5.8 工业总线 310

5.8.1 CAN总线 310

5.8.2 LIN总线 312

5.8.3 其他ASIC 313

5.8.4 定制Python扩展 313

5.8.5 Windows DLL 314

5.9 本章小结 314

第6章 嵌入式Python虚拟机 315

6.1 嵌入式高级语言平台大荟萃 315

6.1.1 高级语言与二次开发 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虚拟机 323

6.2.1 Telit GPRS模块 323

6.2.2 Symbian 325

6.2.3 Windows CE 325

6.2.4 OpenMoko 325

6.3 深嵌入式Python平台 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 硬件平台 328

6.4.2 维护者 329

6.4.3 pymbed分支 329

6.4.4 开发现状 331

6.4.5 文档 332

6.4.6 源码树 333

6.4.7 使用流程 335

6.4.8 实践 336

6.4.9 工程小结 337

6.4.10 网络资源 338

6.5 VIPER/Zerynth 338

6.5.1 硬件平台 339

6.5.2 Zerynth Studio 340

6.5.3 与标准Python的区别 341

6.5.4 快速启动 342

6.5.5 坎坷的使用过程 342

6.5.6 Zerynth目录结构 343

6.5.7 硬件相关库 344

6.5.8 其他特性 355

6.6 MicroPython 356

6.6.1 工程背景知识 356

6.6.2 在线评估网页 358

6.6.3 官方硬件平台分支 358

6.6.4 衍生项目 359

6.6.5 UNIX版本 360

6.6.6 MicroPython库 363

6.6.7 STM32HAL分支 365

6.6.8 NUCLEO-F401RE适配 367

6.6.9 pyboard评估 372

6.6.10 异步处理和中断处理 389

6.6.11 中断处理的普遍问题 392

6.6.12 使用心得 395

6.6.13 商品化与知识产权 396

6.6.14 BBC microbit 396

6.7 Linux与Python 398

6.7.1 Linux中Python的运行环境 398

6.7.2 交叉编译CPython 401

6.7.3 交叉编译MicroPython 402

6.7.4 Jython运行环境 404

6.7.5 Android SL4A 406

6.8 本章小结 407

第7章 Python应用APP 408

7.1 基于字符的人机界面 409

7.1.1 命令行参数 409

7.1.2 字符终端开发 410

7.1.3 ncurses 411

7.2 桌面GUI开发 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与WPF 425

7.2.12 其他UI 425

7.3 本地Web GUI 426

7.3.1 与WebKit相关的Python包 427

7.3.2 OneRing 427

7.3.3 Pyjs 427

7.3.4 Python Flexx 428

7.4 本地可执行文件 429

7.4.1 Linux可执行文件 429

7.4.2 Mac OS X应用程序包 430

7.4.3 Windows可执行文件 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系统服务 431

7.4.9 Windows定时任务 432

7.4.10 Linux系统服务 433

7.4.11 Linux定时任务 435

7.5 移动APP开发 436

7.5.1 响应式网页 437

7.5.2 PhoneGAP应用开发 437

7.5.3 SL4A 437

7.5.4 QPython开发 441

7.5.5 Kivy 443

7.5.6 其他开发方式 449

7.6 本章小结 449

第8章 Python开发辅助支持 451

8.1 物联网开发需要不断优化 452

8.2 专属小工具 452

8.2.1 单位转化器 453

8.2.2 内码转换器 454

8.2.3 其他编码转换 455

8.3 原型验证 458

8.4 代码生成器 459

8.5 软件测试 461

8.5.1 unittest单元测试 462

8.5.2 socket压力测试 462

8.5.3 urllib2远程记录 463

8.5.4 PCBA测试 466

8.6 文档生成器 468

8.6.1 文档格式 469

8.6.2 文档生成工具 473

8.7 文档操纵 477

8.7.1 Doc文档操纵 477

8.7.2 Excel表格操纵 478

8.8 国际化与本地化 479

8.8.1 gettext 479

8.8.2 Web多语种切换 482

8.8.3 字库文件生成器 482

8.8.4 GB2312点阵字库提取 482

8.8.5 TTF字库提取 483

8.9 配置管理 484

8.9.1 软件配置管理 484

8.9.2 软件配置管理自动化 485

8.9.3 Git Bash 485

8.9.4 Dulwich/Gittle包 485

8.9.5 Python Subversion包 486

8.9.6 watchdog系统监控 486

8.10 数据与素材处理 486

8.10.1 二维码显示 486

8.10.2 多媒体相关软件包 490

8.10.3 地理位置 494

8.11 通信报文分析 495

8.11.1 PyShark 495

8.11.2 pypcapfile 497

8.11.3 scapy和scapy3k 497

8.11.4 pcap Web分析 497

8.12 与Arduino/mbed相关的Python包 497

8.12.1 Arduino Prototyping 498

8.12.2 pyFirmata 501

8.12.3 Py2B 501

8.12.4 CmdMessager 501

8.12.5 mbed 504

8.12.6 mbed RPC 504

8.12.7 mbed-ls 505

8.12.8 Python-mbedtls 507

8.12.9 Python-xbee 508

8.13 虚拟仪器 509

8.13.1 实时显示波形 510

8.13.2 Instrumentino 510

8.13.3 Vipy 511

8.13.4 PyVISA 511

8.13.5 Pythics 512

8.14 3D/VR/AR 512

8.14.1 PyOpenGL 513

8.14.2 PySoy 514

8.14.3 VPython 514

8.14.4 Printrun 3D打印 514

8.15 本章小结 515

第9章 物联网服务器端设计 516

9.1 物联网计算模型 517

9.1.1 云计算 517

9.1.2 Web PaaS与IoT PaaS 518

9.1.3 IoT PaaS供应商 518

9.1.4 PaaS/IaaS混合架构 524

9.1.5 雾计算 525

9.2 物联网与互联网设计异同 526

9.2.1 基础架构 526

9.2.2 标准化程度 527

9.2.3 业务模式 527

9.2.4 系统构成 527

9.2.5 设备接入协议 528

9.2.6 数据特性 529

9.2.7 系统架构 530

9.2.8 数据持久层 532

9.2.9 大数据分析架构 534

9.2.10 业务耦合与分离 534

9.2.11 业务与数据融合 535

9.2.12 认证授权与计费 535

9.3 物联网网关与边缘服务器 535

9.3.1 Python socket服务器 536

9.3.2 pyserial RFC2217 536

9.3.3 SubGHz网关panStamp 537

9.3.4 Rascal micro 538

9.3.5 Java IoT网关 539

9.4 物联网设备接入协议 540

9.4.1 异步通信框架Twisted 541

9.4.2 Twisted套接字服务器设计 544

9.4.3 物联网专用协议 558

9.4.4 CoAP 560

9.4.5 MQTT 564

9.4.6 mosquitto/paho 567

9.4.7 REST API 572

9.4.8 服务器数据推送技术 572

9.5 高可用性与高并发性 575

9.5.1 并行与并发计算 575

9.5.2 网络I/O模型分类 575

9.5.3 架构优化的路径 576

9.5.4 关系数据库系统 576

9.5.5 SQL/NoSQL/NewSQL 578

9.5.6 Redis 579

9.5.7 MongoDB 580

9.5.8 时序数据库 581

9.5.9 消息队列 583

9.6 业务与数据融合 585

9.6.1 网站权限管理 585

9.6.2 认证授权与计费 586

9.6.3 OpenID 587

9.6.4 OAUTH 587

9.6.5 OpenID与OAUTH的异同 588

9.6.6 社交化硬件 588

9.7 Web开发框架 589

9.7.1 MVC模型 589

9.7.2 Web开发流程 589

9.7.3 Python Web百花齐放 590

9.7.4 Zope 591

9.7.5 Django 591

9.7.6 Flask 592

9.7.7 gevent提升性能 593

9.7.8 异步Web框架Tornado 593

9.7.9 异步网络框架Twisted 593

9.7.10 异步Web框架Cyclone 594

9.7.11 静态网页 594

9.7.12 TLS安全网页 594

9.8 物联网安全 597

9.8.1 物联网安全现状堪忧 598

9.8.2 操作系统安全 598

9.8.3 数据缓存与数据持久层安全 599

9.8.4 Web框架与容器安全 599

9.8.5 远程加载风险 600

9.8.6 Web前端安全 600

9.8.7 传输层安全 601

9.9 服务器交付 603

9.9.1 虚拟机交付 603

9.9.2 Docker容器交付 603

9.9.3 VirtualEnv交付 605

9.10 服务器运维 605

9.10.1 Linux定时任务 606

9.10.2 常见的定时任务 610

9.10.3 系统监控 611

9.10.4 集成化运维软件 613

9.11 物联网系统设计实践 614

9.11.1 服务器端需求分析 614

9.11.2 确定设备接入方式 616

9.11.3 物联网的实时要求 617

9.11.4 EPIC IoT设备服务器 617

9.11.5 EPIC架构优化 619

9.12 本章小结 625

第10章 融合应用与数据分析 626

10.1 物联网是可编程的 626

10.1.1 Web API的“满汉全席” 627

10.1.2 Web API技术演进 628

10.1.3 IoT Web API的必要性 628

10.1.4 Device as a Service 629

10.2 数据统计、分析和挖掘 630

10.2.1 名词解释 630

10.2.2 术语小结 631

10.2.3 大数据分析 632

10.3 采集整理自有数据 633

10.3.1 原始设备数据 633

10.3.2 数据埋点 633

10.3.3 服务器端数据 634

10.3.4 需求确定分析方法 637

10.4 采集第三方数据 637

10.4.1 结构化数据 638

10.4.2 半结构化数据 638

10.4.3 非结构化数据 639

10.4.4 数据录入 644

10.4.5 数据融合 644

10.4.6 数据规整 646

10.4.7 数据交易 646

10.5 数据分析 647

10.5.1 常见编程语言 647

10.5.2 数据分析分类 647

10.5.3 科学计算数据分析工具 651

10.5.4 统计学数据分析工具 658

10.5.5 金融数据分析工具 659

10.5.6 大数据平台与生态 661

10.6 数据可视化 663

10.6.1 数据可视化的发展趋势 664

10.6.2 matplotlib 665

10.6.3 seaborn 665

10.6.4 mpld3 666

10.6.5 Chaco 667

10.6.6 Pygal 668

10.6.7 Plotly 670

10.6.8 TVTK 671

10.6.9 VPython 672

10.6.10 Folium 673

10.6.11 NetworkX 674

10.6.12 Bokeh 675

10.6.13 Mayavi 677

10.6.14 Vispy 679

10.6.15 MoviePy 680

10.6.16 其他新技术 681

10.7 本章小结 682

推荐书目与结束语 683