Circuit Cellar嵌入式科技 國際中文版 No.11
Circuit Cellar嵌入式科技 國際中文版 No.11
  • ISBN13:4712631190611
  • 出版社:馥林(泰電)
  • 作者:Circuit Cellar
  • 裝訂/頁數:平裝/112頁
  • 規格:28cm*21cm (高/寬)
  • 版次:1
  • 出版日:2018/05/08
  • 中國圖書分類:娛樂雜誌
  • 促銷優惠:特殊書展B
  • 定  價:NT$280元
  • 優惠價:79221
  • 可得紅利積點:6 點
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商品介紹
  • 商品簡介
  • 作者簡介
  • 目次
  • 書摘/試閱
  • 本期文章包羅萬象,在實作方面包括自製遊戲機、iPad遙控器、VR手臂追蹤器、GPS定位資料擷取等議題,光安全方面就分別探討了時序/功耗分析攻擊與IoT安全等熱門議題。當然,本期也有許多延續上期的報導內容,包括特別報導1「進化式機器人」與特報2「打造iPad紅外線」等都將進入第二篇。在專欄方面,完美工程師將進入第3篇的「位移/位置感測器」、悠遊物聯網中的「物聯網面面觀」也將進展到第5篇。另外,本期「科技大未來」專欄則將介紹《嵌入式運算的未來》,透過本文讀者可以了解今後嵌入式運算的最新進展,以及這些進展背後的促因與方法。

    本期封面故事將介紹《物件導向設計實作 - 透過PIC32設計遊戲機》,兩位來自康乃爾大學的作者介紹如何用Microchip的PIC32設計出支援NTSC視訊及聲音輸出、並使用任天堂NES控制器的遊戲機。

    延續上期,特報1將接著報導《進化式機器人學(2) -模擬演化會解決問題的機器人》,在上一期中,作者Walter解釋了如何用基因演算法訓練神經網路。本期他將詳述如何演化機器人的控制器,使其有能力執行避開牆壁等基本工作,以及稍微複雜一些的任務。同樣的,特報2也將進入第二篇探討《打造iPad紅外線遙控器(2) -系統電路及程式化》在上期介紹了用iPad來實做學習型IR遙控器,也解釋了IR編碼協定背後的理論後,本期作者將詳述系統電路,以及ESP8266 WiFi模組的技術及程式等細節。至於特報3《「感測器融合」技術開始行動! - VR手臂追蹤器製作攻略》旨在現身說法當穿戴式技術、虛擬實境及感測器融合等所有技術一起使用會展現出強強組合的巨大效益,文中作者設計了一款低成本的手臂控制器,該手臂控制器將手臂動作轉譯成為能透過感測器融合技術而與虛擬物件互動的機制。

    再者,本期「社群人物」特別飛往義大利米蘭拜訪跨學科設計工作室DotDotDot,並專訪了Arduino共同開發者Massimo Banzi,他將為讀者介紹並剖析有關Arduino歷史、自造實驗室(Fab Labs)的重要性,乃至一路走來的心路歷程。

    本期「完美工程師」專欄延續上期《位移/位置感測器》而進入第三篇文章《位置偵測技術概覽》,這篇是本系列專欄的最終章,作者將以主流位置偵測方法的概述來作為本系列專欄文章的總結。本期「創客工作台」將開始推出全新系列的專欄《繪製真實世界(1)》,其第一篇會介紹《GPS定位資料的擷取與校正技法》,除了GPS技術的介紹外,作者在文中提出了一種可接收標準序列資料串的電路,並為像是接收器資料處理與三邊測量等主題提供了有用的見解。

    專欄中還有另外兩篇全新文章,一為「疑難終結者」專欄的《Micro:bit技術發展歷程觀察》,作者將會探討該技術在市場上造成旋風的原因,並深入探討其技術細節。另一個則是「嵌入式系統要素」專欄,該專欄原名為「可程式邏輯實戰」,如今特別改名稱,以便擴大主題探討的範疇,其改名後的第一篇文章是《時序與功耗分析攻擊》,堪稱是當前安全界最火紅的議題,文中特別採討如何透過簡單的時序和功耗分析攻擊,就能加速PIN碼猜解作業的細節與撇步。

    本期「悠遊物聯網」一樣有兩篇,一為將進入到第五部分的《物聯網面面觀(5) - 物聯網安全》,作者將探究IoT相關的安全問題,以及嵌入式系統設計人員能夠用來保護自己裝置的方法與途徑。。另一篇「悠遊物聯網」專欄則為上期《能源物聯網》的第二篇,將進一步探討《居家EMS介面、查詢與管理》,文中會與讀者一同檢視並體驗一下居家EMS的介面,同時介紹如何透過該介面進行相關能源使用狀況的查詢,並藉此進行能源管理與優化。

  • Circuit Cellar
    Circuit Cellar Inc.是一家專門提供國際嵌入式設計社群相關產品與服務的媒體,為了扮演專業工程師與程式設計師所信賴的內容提供者,該公司除了發行Circuit Cellar雜誌外,亦推出許多工程/程式開發相關書籍、網站及新聞發佈。Circuit Cellar亦負責舉辦嵌入式設計與程式規劃/燒錄方面的國際性設計競賽。

    Circuit Cellar長年進行嵌入式軟硬體與電腦應用方面必知訊息的蒐集、篩選與傳播,並融合實體印刷刊物與電子內容交付平台,來接觸更多元化的國際性讀者群,尤其是長期從事嵌入式及微控制器(MCU)相關技術領域的專業人士、學者及電子專家,進而共同為嵌入式領域相關的創新突破貢獻心力。


    譯者簡介
    林斯睿:嘗經歷IT雜誌編輯、主編與多家產業分析師之職,現為某IT公司內部產業分析師,並兼職各IT雜誌翻譯工作。
    郭復誠:嘗經歷IT雜誌編輯、主編與產業PM等職務,現為產業分析師,並兼職各IT雜誌翻譯工作。
    林泰宇:長久從事產業分析師工作,並兼職各IT雜誌翻譯工作。
    李書安:萬能技術學院電機系畢業,現任某半導體公司Presale,並兼職各IT雜誌翻譯及企業英文白皮書製作等工作。
    IRIS:現就讀成功大學資工系博士班,並從事各類外文書及雜誌專職翻譯工作。

  • 編輯札記

    People
    社群人物
    專訪Arduino共同開發者Massimo Banzi
    Arduino、自造實驗室及未來

    CoverStory
    物件導向設計實作 - 透過PIC32設計遊戲機

    Features
    特報1:進化式機器人學(2) - 模擬演化會解決問題的機器人

    特報2:打造iPad紅外線遙控器(2) - 系統電路及程式化

    特報3:「感測器融合」技術開始行動! - VR手臂追蹤器製作攻略

    Columns專欄
    完美工程師:位移/位置感測器(3) - 位置偵測技術概覽

    創客工作台:繪製真實世界(1) - GPS定位資料的擷取與校正技法

    疑難終結者:Micro:bit技術發展歷程觀察

    嵌入式系統要素:時序與功耗分析攻擊

    悠遊物聯網:物聯網面面觀(5) - 物聯網安全

    悠遊物聯網:能源物聯網(2) - 居家EMS介面、查詢與管理

    Future
    嵌入式運算的未來

    Industry
    會後報導:2018智慧城市展會後大直擊 - 智慧城市與物聯網的創新結晶

     

  • <封面做事>物件導向設計實作- 手指即鍵盤! 透過PIC32設計遊戲機
    電玩遊戲系統結合了圖形、運算及顯示等各項技術。本文由兩位康乃爾學生介紹如何用Microchip的PIC32設計出支援NTSC視訊及聲音輸出、並使用任天堂NES控制器的遊戲機。
    本篇文章將討論如何設計、打造虛擬鍵盤系統,同時涵蓋軟體及硬體的相關細節。

    本專案的遊戲機有個示範遊戲「跳繩」,它是用專案發展的遊戲引擎來打造。我們寫了相關的軟體程式庫,來支援及展示所有的遊戲元素。最後的成果是個容易使用的遊戲引擎,讓PIC業餘玩家在遊戲機上發展各種遊戲。打造遊戲機(圖1)的動機有好幾個。首先,我們熟知任天堂WarioWare一系列有趣的謀略遊戲。如果能在遊戲玩法與機制都不同的各個遊戲間快速切換,應該很有意思。另外像Unreal或Unity這樣的遊戲引擎能提供直接又簡潔的方法,以分成場景(Scene)、觸動元件(Sprite)等各種階層元件的方式來進行遊戲管理。之後遊戲中的「導演/管理者」程式便能載入、產生這些元件的實例。


    圖1
    PIC32類比視訊遊戲機(PICGAME)是攜帶型,並且提供NTSC相容視訊輸出的遊戲機。Microstick II發展板上有插在手焊洞洞板的PIC32 MCU,板子被裁成適當的尺寸好放進雷射切割的壓克力盒

    遊戲物件採用高度階層化的架構,載入場景時也同時載入相關的各項物件。我們在小小的PIC32微控制器上合成即時的NTSC視訊,以及支援設定好的遊戲機制。遊戲機能輸出複合視訊及3,000樣本/秒的聲音訊號,還能以輪詢方式從NES控制器讀取輸入按鍵之狀態。遊戲機上面跑的是輕量級的遊戲引擎,其概念乃衍生自根據使用者定義事件載入或切換遊戲場景的現代遊戲引擎。

    我們先研究微控制器上合成視訊輸出的方法,接著再以增量設計(Incremental Design)的方式打造遊戲引擎。最後用遊戲引擎實作跳繩示範遊戲,並研發出能降低不自然假影(artifact)出現機率及減少記憶體用量的方法。圖2顯示整個遊戲機的結構。


    圖2
    遊戲機的核心軟體是遊戲管理員,負責計算及執行所有遊戲相關內容。周邊有一系列的驅動程式及信號產生器,支援與周邊裝置之間的介面。

    從圖1方塊圖的描述可以看到,PICGAME是在核心遊戲管理員區塊執行,過程中將呼叫各種程式庫處理周邊裝置的介面、並合成視訊輸出。主軟體區塊周邊圍繞許多硬體驅動程式,負責驅動控制器、輸出視訊以及聲音。

     

    <嵌入式系統要素>專欄:時序與功耗分析攻擊
    即使使用者沒有處理過敏感資料,但也可能希望確保自己的裝置不會遭到有心人整機備份(Clone)。嵌入式安全是每個電子工程師所應該關心的事情。本文將介紹透過簡單的時序和功耗分析攻擊,就能加速PIN碼猜解的細節。

    歡迎來到本人專欄中並一同聚焦在新的安全焦點上。直到目前為止,筆者專欄多半專注在現場可程式邏輯閘陣列(FPGA)和可程式邏輯(Programmable Logic)的議題上。在過去的幾年中,筆者花了很多時間在嵌入式設計的其他領域裡,所以隨著專欄名稱的些許改變,也就是原本的「可程式邏輯實戰」將改名為「嵌入式系統要素」,所以本人今後文章將涵蓋更廣泛的主題。筆者當然也很可能地會在自己的文章中持續納入相當數量的FPGA技術,但如今筆者可以更無拘無束地迂迴到我們周遭的其他嵌入式系統中。

    事實上,會有這樣的轉變,其實早在筆者心中已有構思並開闢一系列特定專欄的想法了。在接下來的幾篇文章中,筆者將介紹嵌入式安全這個在過去幾年中與本人大部分工作有關的重要主題。例如,我最近與Eyal Ronen,Adi Shamir與Achi-Or Weingarten等人協同致力在物聯網連網燈泡產品中發現了若干安全瑕疵。儘管存在一些質與量皆可觀的安全措施(例如,燈泡的韌體更新已被加密),但這些安全瑕疵依舊存在(有關此研究的更多資訊,請前往http://iotworm.eyalro.net/)。一旦我們從正規電腦安全跨入到嵌入式安全領域時,這些問題通常會一一冒出,因為這裡存在一系列全新又有趣的攻擊。即使使用者沒在設計「安全」系統,但筆者敢打賭任何人都會確保自己的設計不會被有心人整機備份。

    儘管微控制器製造商總是會一直告訴使用者他們的安全性有多好,但驗證這一點的唯一真正方法就是自己親自測試。即使製造商的安全保護措施並未被癱瘓破壞,但也有可能不慎地在使用者產品中添進一個後門程式,這讓攻擊者得以讀取使用者程式碼的可能性大增。再次要強調的,即使使用者沒在經手處理什麼敏感資訊,使用者通常也不會希望有人整機備份自己的產品。

    本期文章裡筆者會探討功耗分析手法。事實上,筆者早在2016年12月《Circuit Cellar嵌入式科技》no.4「封面故事」裡介紹過這個攻擊手法,在文中筆者展示如何透過該手法來破解在FPGA裝置上運行的加密機制。在此一開始會先回顧一下之前介紹過的若干細節,並展示如何使用功耗分析來判定裝置在做什麼。我們接著可以透過它來簡單地追蹤資料本身在哪些地方被使用過。以上措施可說是在我們執行更高級攻擊之前非常有用的第一步。但是這些更高級的攻擊將不得不留待筆者下一期專欄裡做討論。

    背景功率分析
    或許這會讓使用者感到驚訝,但在程式執行過程期間,實際上的確能在程式執行過程期間看到裝置功耗的微小差異。如果使用者不相信我,使用者可以配置一個如圖1所示的實驗,在實驗中我們便能測量微控制器的功耗。這可以在麵包板上構建。在此並沒有秀出I/O或晶體連接,只顯示與功率測量有關的連接。


    圖1
    電源管理系統簡易原理示意圖。嵌入在Atmel微控制器數位電源接腳中的分流電組,能讓我們進行簡易的功耗量測

    像程式列表1中的簡單程式切換I/O Line,然後接著在等待一段時間之前先在迴圈中執行某些操作。透過示波器(Oscilloscope),使用者可以在I/O Line切換之後測量功耗。透過將延遲設置為不同的值,實際上是可以在功耗中看到該迴圈到底持續了多久。圖2對此提供了兩個範例。

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