[套装书]嵌入式计算与机电一体化技术：基于PIC32微控制器+密码技术与物联网安全：mbedtls开发实战（2册）

作者
[美]凯文·M. 林奇（Kevin M. Lynch） 尼古拉斯·马丘克（Nicholas Marchuk） 马修·L. 艾尔文（Matthew L. Elwin）徐凯 崔红鹏
丛书名
电子电气工程师技术丛书
出版社
机械工业出版社
ISBN
9781911041651
简要
简介
内容简介书籍计算机书籍 ---------------------------嵌入式计算与机电一体化技术：基于PIC32微控制器--------------------------- 本书是美国西北大学机电一体化系列课程的教材，选择PIC32MX795F512H微控制器 + NU32开发板，基础知识部分重点讲解PIC32的硬件、C语言编程以及与传感器和执行机构的接口，应用部分关注机电一体化技术，包括传感器、传动装置和电机的选择等。各章节全面融合PIC32参考手册、数据表、XC32 C编译器用户指南、Harmony帮助文档等内容，并配有丰富的教辅资源，适合PIC32初学者、Arduino爱好者以及对传感器和嵌入式控制感兴趣的技术人员阅读。 ---------------------------密码技术与物联网安全：mbedtls开发实战--------------------------- 本书是国内一本理论结合实践的物联网安全书籍，包括数论基础知识、密码学算法、TLS/DTLS协议、物联网安全协议CoAPs等部分。本书试图打破物联网工程师、嵌入式工程师与Web开发工程师之间的知识鸿沟，通过图文并茂的方式说明密码技术与物联网安全。 本书具有以下特点： ? 密码学算法部分除了理论知识之外，还包括mbedtls示例代码，可以帮助读者更快地理解晦涩难懂的密码技术。本书基于嵌入式硬件平台描述密码学算法性能，通过示例代码分析密码学算法资源消耗情况，并给出实战建议。 ? 紧扣物联网安全发展趋势。认证加密算法部分，本书详细描述了认证加密算法CCM模式和GCM模式；椭圆曲线算法部分，本书详细描述了椭圆曲线密码算法的数学基础以及安全原理； ? TLS/DTLS协议部分。本书以物联网终端的角度详细描述TLS/DTLS协议的实现过程，按照密钥交换、密钥计算、对称加密等部分展开，并总结了物联网设备使用TLS/DTLS协议的建议； ? 物联网安全协议CoAPs部分。本书详细描述了物联网安全协议CoAPs，CoAPs依赖DTLS协议，它可在占用较少资源的情况下为终端设备提供安全连接能力。
目录



---------------------------嵌入式计算与机电一体化技术：基于PIC32微控制器---------------------------


前　言
第一部分　快速入门
第1章　快速入门 2
1.1　编程资源 2
1.2　编译bootloader程序 5
1.3　编译第一个程序 6
1.4　加载第一个程序 7
1.5　使用make命令 8
1.6　小结 12
延伸阅读 12
第二部分　基础知识
第2章　硬件 14
2.1　PIC32微控制器 14
2.2　NU32开发板 23
2.3　小结 26
2.4　练习题 26
延伸阅读 28
第3章　软件 29
3.1　虚拟内存映射 29
3.2　示例：simplePIC.c 30
3.3　编译过程 31
3.4　PIC32复位过程 33
3.5　理解simplePIC.c 34
3.6　引导加载程序与独立程序 43
3.7　编译小结 44
3.8　实用命令行工具 46
3.9　小结 47
3.10　练习题 47
延伸阅读 48
第4章　函数库 49
4.1　创建talkingPIC 50
4.2　NU32函数库 51
4.3　引导加载程序 52
4.4　LCD函数库 53
4.5　Microchip函数库 55
4.6　自定义函数库 56
4.7　小结 56
4.8　练习题 57
延伸阅读 57
第5章　执行时间和存储空间 58
5.1　编译器优化 58
5.2　执行时间和反汇编文件 59
5.3　存储空间和映射文件 66
5.4　小结 70
5.5　练习题 71
延伸阅读 75
第6章　中断 76
6.1　概述 76
6.2　详述 77
6.3　配置和使用中断的步骤 84
6.4　示例代码 85
6.5　小结 92
6.6　练习题 93
延伸阅读 95
第三部分　外设参考
第7章　数字输入和输出 98
7.1　概述 98
7.2　详述 100
7.3　示例代码 102
7.4　小结 103
7.5　练习题 104
延伸阅读 104
第8章　计数器/定时器 105
8.1　概述 105
8.2　详述 107
8.3　示例代码 110
8.4　小结 113
8.5　练习题 113
延伸阅读 113
第9章　输出比较 114
9.1　概述 114
9.2　详述 115
9.3　示例代码 118
9.4　小结 121
9.5　练习题 121
延伸阅读 123
第10章　模拟输入 124
10.1　概述 124
10.2　详述 127
10.3　示例代码 130
10.4　小结 135
10.5　练习题 136
延伸阅读 136
第11章　UART 137
11.1　概述 137
11.2　详述 139
11.3　示例代码 141
11.4　使用XBee模块进行无线通信 152
11.5　小结 152
11.6　练习题 153
延伸阅读 153
第12章　SPI通信 154
12.1　概述 154
12.2　详述 155
12.3　示例代码 158
12.4　小结 165
12.5　练习题 166
延伸阅读 166
第13章　I2C通信 167
13.1　概述 167
13.2　详述 169
13.3　示例代码 171
13.4　小结 186
13.5　练习题 186
延伸阅读 186
第14章　并行主端口 187
14.1　概述 187
14.2　详述 188
14.3　示例代码 189
14.4　小结 194
14.5　练习题 194
延伸阅读 194
第15章　输入捕获 195
15.1　概述 195
15.2　详述 196
15.3　示例代码 197
15.4　小结 199
15.5　练习题 199
延伸阅读 199
第16章　比较器 200
16.1　概述 200
16.2　详述 200
16.3　示例代码 202
16.4　小结 204
16.5　练习题 204
延伸阅读 204
第17章　休眠、空闲和看门狗定时器 205
17.1　概述 205
17.2　详述 206
17.3　示例代码 207
17.4　小结 209
17.5　练习题 209
延伸阅读 209
第18章　闪速存储器 210
18.1　概述 210
18.2　详述 211
18.3　示例代码 212
18.4　小结 217
18.5　练习题 217
延伸阅读 217
第19章　控制器局域网络 218
19.1　概述 218
19.2　详述 220
19.3　示例代码 228
19.4　小结 232
19.5　练习题 233
延伸阅读 233
第20章　Harmony模块及其USB接口应用 234
20.1　概述 234
20.2　框架 235
20.3　PLIB函数库 237
20.4　Harmony概念 239
20.5　驱动程序 240
20.6　系统服务程序 251
20.7　程序结构 255
20.8　USB 260
20.9　小结 277
20.10　练习题 277
延伸阅读 277
第四部分　机电一体化应用
第21章　传感器 280
21.1　接触传感器：按钮和开关 280
21.2　光敏传感器 281
21.3　转动关节的角度 284
21.4　移动关节的位置 288
21.5　加速度和角速度：陀螺仪、加速度计和惯性测量装置 289
21.6　磁场感应：霍尔效应传感器 291
21.7　距离 292
21.8　压力 293
21.9　温度 294
21.10　电流 295
21.11　GPS 296
21.12　练习题 296
延伸阅读 297
第22章　数字信号处理 298
22.1　采样信号和混叠 298
22.2　离散傅里叶变换 300
22.3　有限脉冲响应数字滤波器 306
22.4　无限脉冲响应数字滤波器 319
22.5　基于FFT的滤波器 320
22.6　PIC32的DSP函数库 322
22.7　练习题 330
延伸阅读 331
第23章　PID反馈控制 332
23.1　PID控制器 333
23.2　PID控制器的变体 335
23.3　增益调节的经验方法 336
23.4　基于模型的控制 337
23.5　小结 338
23.6　练习题 339
延伸阅读 340
第24章　LED亮度的反馈控制 341
24.1　电路的接线和测试 342
24.2　通过OC1为LED供电 343
24.3　生成开环PWM波形 343
24.4　与MATLAB建立通信 344
24.5　在MATLAB中利用数据绘图 344
24.6　写入LCD屏幕 348
24.7　读取ADC 348
24.8　PI控制 348
24.9　其他特性 349
24.10　小结 349
24.11　练习题 349
第25章　有刷永磁直流电机 350
25.1　电机的物理知识 350
25.2　控制方程 354
25.3　速度-转矩曲线 355
25.4　摩擦力和电机效率 358
25.5　电机绕组和电机常数 360
25.6　其他电机特性 361
25.7　电机数据表 362
25.8　小结 365
25.9　练习题 366
延伸阅读 370
第26章　传动装置和电机选择 371
26.1　传动装置 371
26.2　电机和减速器的选择 375
26.3　小结 377
26.4　练习题 377
延伸阅读 378
第27章　直流电机控制 379
27.1　H桥和脉宽调制 379
27.2　直流电机的运动控制 387
27.3　小结 391
27.4　练习题 391
延伸阅读 393
第28章　电机控制项目 394
28.1　硬件 394
28.2　软件概述 395
28.3　软件开发技巧 400
28.4　基本步骤 403
28.5　扩展设计 419
28.6　小结 420
28.7　练习题 420
第29章　其他执行机构 421
29.1　螺线管 421
29.2　扬声器和音圈执行机构 422
29.3　RC伺服电机 423
29.4　步进电机 424
29.5　无刷直流电机 428
29.6　线性无刷电机 439
29.7　小结 439
29.8　练习题 439
延伸阅读 440



---------------------------密码技术与物联网安全：mbedtls开发实战---------------------------


推荐序一
推荐序二
前言
第1章　物联网安全概述 1
1.1　本章主要内容 1
1.2　物联网安全基础 1
1.2.1　物联网安全与互联网安全 1
1.2.2　物联网安全与密码学 2
1.3　密码学安全常识 3
1.3.1　柯克霍夫原则 3
1.3.2　Alice和Bob 4
1.3.3　Eve和Mallory 4
1.4　mbedtls简介 5
1.4.1　密码学工具箱 5
1.4.2　TLS/DTLS协议 6
1.4.3　X.509证书 6
1.5　OpenSSL简介 7
1.5.1　源代码安装 7
1.5.2　命令行工具简介 8
1.5.3　摘要命令 dgst 8
1.5.4　对称加密命令 enc 8
1.5.5　SSL命令 s_server 9
1.6　本章小结 11
第2章　mbedtls入门 12
2.1　本章主要内容 12
2.2　mbedtls 体系结构 12
2.3　Linux mbedtls 安装 13
2.3.1　安装 CMake 13
2.3.2　使用 CMake 安装 mbedtls 14
2.4　Linux mbedtls 示例 17
2.4.1　Base64示例 17
2.4.2　遍历 mbedtls 安全套件 20
2.5　Zephyr OS 简介 24
2.6　Zephyr 开发环境搭建 25
2.7　Zephyr 硬件平台选择 26
2.7.1　资源介绍 27
2.7.2　Ubuntu中安装STLink工具 28
2.8　Zephyr 应用示例开发 28
2.8.1　编写 CMakeLists.txt 29
2.8.2　编写 prj.conf 29
2.8.3　编写 main.c 29
2.8.4　编译与运行 30
2.9　Zephyr mbedtls 示例 31
2.9.1　Base64示例 31
2.9.2　大数运算示例 35
2.10　本章小结 39
第3章　数论基础知识 41
3.1　本章主要内容 41
3.2　素数 42
3.3　模运算 43
3.3.1　模数 43
3.3.2　同余 43
3.3.3　模算术运算 44
3.3.4　模逆运算 44
3.3.5　模重复平方 46
3.4　群 47
3.4.1　群的基本概念 47
3.4.2　循环群 48
3.4.3　子群 49
3.5　域 50
3.5.1　域的基本概念 50
3.5.2　有限域和素域 50
3.5.3　扩展域GF(2m) 52
3.5.4　GF(2m)加法和减法 53
3.5.5　GF(2m)乘法 53
3.5.6　GF(2m)逆操作 55
3.6　欧拉函数 56
3.7　欧拉定理 56
3.8　费马小定理 57
3.9　离散对数 57
3.9.1　模算术–指数 57
3.9.2　模算术–对数 58
3.9.3　离散对数问题 59
3.10　本章小结 59
第4章　单向散列函数 60
4.1　本章主要内容 60
4.2　单向散列函数原理 60
4.2.1　单向散列函数性质 61
4.2.2　单向散列函数应用 62
4.3　单向散列函数的实现方法 63
4.3.1　MD算法家族 63
4.3.2　SHA算法家族 63
4.4　SHA256 详细描述 64
4.4.1　预处理 64
4.4.2　哈希计算 66
4.4.3　具体示例 68
4.5　mbedtls 单向散列应用工具 69
4.5.1　hello 69
4.5.2　generic_sum 69
4.6　mbedtls SHA256示例 70
4.6.1　示例描述 70
4.6.2　示例代码 70
4.6.3　代码说明 72
4.6.4　编译与运行 74
4.7　本章小结 74
第5章　对称加密算法 76
5.1　本章主要内容 76
5.2　对称加密算法原理 76
5.3　分组密码模式 77
5.3.1　ECB（电子密码本）模式 77
5.3.2　CBC（密码分组链接）模式 78
5.3.3　CTR（计数器）模式 79
5.4　PKCS7填充方案 81
5.5　AES算法概述 82
5.6　AES 算法详细说明 84
5.6.1　字节替换 84
5.6.2　行移位 86
5.6.3　列混合 87
5.6.4　轮密钥加法 87
5.6.5　轮密钥生成 88
5.7　AES算法动手实践 90
5.8　mbedtls 对称加密应用工具 91
5.8.1　aescrypto2 91
5.8.2　crypt_and_hash 92
5.9　mbedtls AES示例 93
5.9.1　示例描述 93
5.9.2　示例代码 94
5.9.3　代码说明 96
5.9.4　编译与运行 97
5.10　本章小结 99
第6章　消息认证码 100
6.1　本章主要内容 100
6.2　消息认证码原理 100
6.3　消息认证码实现方法 102
6.3.1　单向散列算法实现 102
6.3.2　分组密码实现 102
6.3.3　认证加密算法实现 102
6.4　HMAC算法 102
6.5　CBC-MAC和CMAC 104
6.5.1　CBC-MAC 104
6.5.2　CMAC 104
6.6　认证加密CCM 106
6.6.1　输入数据格式化 106
6.6.2　认证和加密 108
6.7　认证加密GCM 109
6.7.1　GHASH 110
6.7.2　GCTR 110
6.7.3　认证和加密 111
6.8　mbedtls HMAC示例 112
6.8.1　示例代码 113
6.8.2　代码说明 114
6.8.3　编译与运行 116
6.9　mbedtls GCM 示例 117
6.9.1　示例代码 117
6.9.2　代码说明 119
6.9.3　编译与运行 120
6.10　本章小结 121
第7章　伪随机数生成器 122
7.1　本章主要内容 122
7.2　随机数概述 122
7.3　随机数生成器 123
7.3.1　真随机数生成器 123
7.3.2　伪随机数生成器 124
7.4　CTR_DRBG算法 125
7.4.1　参数情况 125
7.4.2　生成过程 125
7.5　mbedtls 随机数应用工具 126
7.5.1　gen_entropy 126
7.5.2　gen_random_ctr_drbg 127
7.5.3　gen_random_havege 127
7.6　mbedtls CTR_DRBG示例 128
7.6.1　示例代码 128
7.6.2　代码说明 130
7.6.3　编译与执行 131
7.7　mbedtls 大素数生成示例 132
7.7.1　示例代码 133
7.7.2　代码说明 135
7.7.3　编译与执行 135
7.8　mbedtls 自定义熵源接口 136
7.9　本章小结 137
第8章　RSA算法 138
8.1　本章主要内容 138
8.2　RSA算法原理 138
8.3　RSA 算法详细说明 140
8.4　RSA加速技术 141
8.4.1　中国剩余数定理 142
8.4.2　动手实践 142
8.4.3　性能对比 143
8.5　RSA 填充方法 144
8.5.1　PKCS1-V1_5 144
8.5.2　OAEP 145
8.6　mbedtls RSA应用工具 146
8.6.1　rsa_genkey 146
8.6.2　rsa_encrypt 147
8.6.3　rsa_decrypt 148
8.7　mbedtls RSA加解密示例 148
8.7.1　示例代码 149
8.7.2　代码说明 151
8.7.3　编译与执行 153
8.8　本章小结 155
第9章　DH密钥协商 156
9.1　本章主要内容 156
9.2　DH密钥协商数学基础 156
9.3　DH密钥协商详细说明 157
9.3.1　DH共享参数 157
9.3.2　DH密钥协商 158
9.3.3　DH具体实践 158
9.3.4　DH密钥协商安全性分析 159
9.4　常用共享参数 161
9.5　mbedtls DH应用工具 162
9.5.1　dh_genprime 163
9.5.2　dh_server 164
9.5.3　dh_client 165
9.6　mbedtls DH示例 165
9.6.1　示例代码 166
9.6.2　代码说明 168
9.6.3　编译与执行 170
9.7　本章小结 172
第10章　ECDH密钥协商 173
10.1　本章主要内容 173
10.2　椭圆曲线定义 173
10.2.1　实数域上的椭圆曲线 174
10.2.2　有限域上的椭圆曲线 175
10.3　椭圆曲线上群操作 176
10.3.1　群操作几何描述 176
10.3.2　群操作代数描述 177
10.3.3　群操作动手实践 178
10.4　椭圆曲线离散对数问题 180
10.5　常用有限域上的椭圆曲线 181
10.6　ECDH密钥协商 183
10.6.1　ECDH共享参数 184
10.6.2　密钥协商过程 184
10.6.3　动手实践 184
10.7　mbedtls椭圆曲线模块 185
10.8　mbedtls ECDH示例 187
10.8.1　示例代码 188
10.8.2　代码说明 190
10.8.3　编译与执行 192
10.9　本章小结 193
第11章　数字签名RSA、DSA和ECDSA 194
11.1　本章主要内容 194
11.2　数字签名原理 194
11.3　RSA 数字签名 196
11.3.1　RSA数字签名详细说明 196
11.3.2　RSA数字签名动手实践 197
11.3.3　RSA签名填充方法 197
11.4　DSA数字签名 199
11.4.1　DSA数字签名详细说明 199
11.4.2　DSA签名动手实践 200
11.5　ECDSA数字签名 201
11.5.1　ECDSA数字签名详细说明 201
11.5.2　ECDSA动手实践 203
11.6　mbedtls 数字签名应用工具 204
11.6.1　rsa_genkey 204
11.6.2　rsa_sign 204
11.6.3　rsa_verify 205
11.7　mbedtls RSA签名示例 205
11.7.1　示例代码 206
11.7.2　代码说明 208
11.7.3　编译与执行 209
11.8　mbedtls ECDSA示例 211
11.8.1　示例代码 211
11.8.2　代码说明 214
11.8.3　编译与执行 215
11.9　本章小结 216
第12章　数字证书X.509 217
12.1　本章主要内容 217
12.2　数字证书原理 217
12.3　X.509证书标准 219
12.3.1　证书结构 219
12.3.2　证书名称 219
12.3.3　证书实例 220
12.4　mbedtls X.509应用工具 224
12.4.1　cert_req 225
12.4.2　req_app 226
12.4.3　cert_write 227
12.4.4　cert_app 229
12.5　mbedtls X.509示例 231
12.5.1　示例代码 232
12.5.2　代码说明 234
12.5.3　编译与执行 236
12.6　本章小结 237
第13章　mbedtls 移植与性能分析 238
13.1　本章主要内容 238
13.2　mbedtls移植 238
13.2.1　时间相关 239
13.2.2　网络相关 240
13.2.3　内存分配相关 241
13.3　mbedtls算法性能说明 243
13.3.1　单向散列函数 243
13.3.2　AES算法 244
13.3.3　AES-GCM和AES-CCM 245
13.3.4　伪随机数生成器 246
13.3.5　RSA 247
13.3.6　DHE和ECDHE 248
13.3.7　ECDSA 248
13.3.8　ECC内存优化 250
13.4　本章小结 253
第14章　TLS 254
14.1　本章主要内容 254
14.2　TLS原理 254
14.2.1　TLS设计目标 256
14.2.2　TLS框架说明 256
14.3　TLS密码套件 257
14.4　TLS记录层协议 258
14.5　密码规格变更协议 260
14.6　警报协议 260
14.7　握手协议 261
14.7.1　握手协议概述 261
14.7.2　完整握手过程 263
14.7.3　会话恢复 270
14.8　TLS密钥交换 271
14.8.1　密钥交换算法对比 271
14.8.2　ECDHE密钥交换 272
14.8.3　ECDH与ECDHE的区别 275
14.9　TLS密钥计算 276
14.9.1　伪随机数生成函数 276
14.9.2　主密钥计算 278
14.9.3　KeyBlock计算 278
14.9.4　密钥计算示例 279
14.10　对称加密 281
14.10.1　分组加密 281
14.10.2　认证加密 284
14.10.3　对称加密示例 285
14.10.4　对称加密结果长度对比 287
14.11　mbedtls TLS应用工具 287
14.11.1　基础示例说明 289
14.11.2　启动 ssl_server2 290
14.11.3　抓取网络数据 290
14.11.4　启动 ssl_client2 291
14.11.5　分析网络数据 291
14.12　构建TLS服务器 293
14.12.1　生成证书 293
14.12.2　编写HTML页面 295
14.12.3　启动s_server 295
14.12.4　验证服务器 295
14.13　构建TLS客户端 296
14.13.1　配置文件 297
14.13.2　示例代码 298
14.13.3　代码说明 301
14.13.4　编译与执行 304
14.14　本章小结 306
第15章　DTLS 307
15.1　本章主要内容 307
15.2　DTLS概述 307
15.3　DTLS与TLS区别 308
15.3.1　记录层协议变化 308
15.3.2　握手协议变化 309
15.4　PSK密钥交换 313
15.4.1　PSK Identity 313
15.4.2　密钥交换详细过程 314
15.4.3　PSK与X.509证书传输开销比较 317
15.5　DTLS对称加密变化 317
15.6　mbedtls DTLS应用工具 318
15.6.1　基础示例说明 319
15.6.2　启动 ssl_server2 319
15.6.3　抓取网络数据 320
15.6.4　启动 ssl_client2 320
15.6.5　分析网络数据 321
15.7　构建DTLS服务器 322
15.8　构建DTLS客户端 322
15.8.1　配置文件 323
15.8.2　示例代码 324
15.8.3　代码说明 327
15.8.4　编译与执行 329
15.9　本章小结 331
第16章　CoAPs 332
16.1　本章主要内容 332
16.2　CoAPs原理 332
16.3　CoAPs安全说明 333
16.4　构建CoAPs服务器 333
16.4.1　服务器代码 334
16.4.2　代码说明 335
16.4.3　pom.xml文件 336
16.4.4　构建与执行 337
16.5　构建CoAPs客户端 338
16.5.1　示例代码 338
16.5.2　代码说明 339
16.5.3　编译与执行 340
16.6　本章小结 341
参考文献 342




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