Circuit Cellar嵌入式科技 國際中文版No.4

　　本期內容是以物聯網安全的攻防實戰作為主軸，包括「封面故事」《功耗分析攻擊技法大公開》一文，作者將前期特別報導中內建AES加密機制之物聯網裝置實作當作本期專題內容中的被攻擊物，並透過當前非常熱門的DPA差分功耗分析攻擊手法來進行攻擊，藉以深入探討當前這類功耗分析攻擊的詳細過程與實際做法，以供讀者在因應今後物聯網安全上的有力參考。

　　特報1《來趟TI TM4C微控制器初體驗之旅》中的作者Stuart是微控制器專家，透過對TI TM4C微控制器規格及特性的精闢介紹，並進一步傳授入門者如何善用這類微控制器的訣竅。特報2《基本晶片設計原理》將深入探討從設計規格到開放原始碼等所有IC設計相關的基本原理。本次特報3《建立ARM類比示波器指南》作者透過ARM LPC2138來打造能改善一般類比示波器無法以速率提供適當結果的價廉物美類比示波器，不但能提供更精準的分時脈寬調變信號輸出，具備圖形化顯示介面的類比輸入及輸出，更重要的是不論在高速率或低速率狀況下都十分精準。

　　再者，本期「社群人物」單元分別專訪專訪巴塞隆納數位自造實驗室工程師Tomas Diez與Quillem Camprodon，分享如何打造以Arduino為基礎的智慧城市。此外，並專訪資策會智慧網通系統研究所副所長王祖芳、主任蒙以亨博士，以及車載資通訊與智慧運輸系統中心主任劉培森博士，探討台灣當前車聯網(IOV)的發展概況與前景。

　　本期「電路設計實戰」專欄將介紹《脈波馬達驅動器設計》，作者介紹如何透過脈波驅動技巧來改善電動縫紉機的種種問題。至於本期《MCU實戰前基礎(2) –》將介紹各種與MCU及物聯網相關的重要匯流排與介面。另外，本期《悠遊物聯網》專欄則討論焦點放在TCS3200顏色感應模組上，本期並先探討如何對所取得物體顏色進行白平衡校正。

　　在「元件追新族」專欄裡本期將分別介紹軟體收音機、Brick’R’knowledge電子積木等套件的實作介紹與注意細節，除了元件產品的實作與試用介紹外，本專欄並專文介紹Maker零組件採購上必須知道的台北市電子材料店。

　　在「科技大未來」專欄中，本雜誌特別為讀者報導《物聯網安全的未來》，文中赤裸裸地分析當前許多家庭自動化與物聯裝置充斥了許多安全漏洞，當前的加密機制並不適合物聯裝置。更嚴重的是，物聯網開發者與製造商都普遍缺乏安全意識，作者在文中提出並呼籲針對上述種種問題的解決方向與方法。

本書特色

　　《Circuit Cellar嵌入式科技國際中文版》主題涵蓋嵌入式軟硬體、電子工程及電腦應用等領域。《Circuit Cellar》英文版不但擁有多元化的國際性讀者群，包括長年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，旗下作者群也來自世界各地，包括美、英、加、比利時等地。本雜誌的編輯宗旨在於協助讀者成為全方位跨領域的從業人員，進而能充滿自信地將創新與尖端前瞻的工程構想運用在各種相關任務、問題及技術上。

　　《Circuit Cellar嵌入式科技國際中文版》是當前台灣乃至亞太地區唯一一本藉由專案實作報導形式，兼顧理論與實際、趨勢與實作地從專案主題背後的市場趨勢、技術要點，到元件準備，更擴及設定調校、程式設計規劃等各個面向的注意重點與訣竅，企業可以從中了解各種新興嵌入式技術靈活搭配與整合的技巧，長此以往，並能培養出開發各種實用智慧應用的能耐與實力。

　　本書專案主題涵蓋領域包括：

　　1.    類比技術：涵蓋降低EMI/RF問題、高速訊號完整性、訊號調節、A/D或D/A轉換器、類比可程式邏輯，以及低功耗、單供電及混合電壓設計等熱門主題。
　　2.    通訊：涵蓋網路協定、乙太網路、USB、I2C（Inter-Integrated Circuit）協定、同步序列資料協定( Serial Peripheral Interface, SPI)及Firewire等熱門主題。
　　3.    資料擷取：周邊介面、感測器、感測器網路、訊號調節、A/D或D/A轉換器、資料分析及後置處理等熱門主題。
　　4.    嵌入式應用：車用、測試設備、模擬器（Simulator）、消費性電子、即時控制及低功耗技術等熱門主題。
　　5.    嵌入式開發：原型及模擬、仿真器（Emulator）、開發工具、程式語言、硬體描述語言（HDL）、即時作業系統、除錯工具及有用技巧與訣竅等熱門主題。
　　6.    嵌入式程式設計：程式語言、即時作業系統、嵌入式Linux、檔案系統、驅動程式、網路協定、演算法及最佳化等熱門主題。
　　7.    網際網路與連接：網路晶片、協定堆疊、裝置伺服器與實體層介面等熱門主題。
　　8.    測量與感測器：環境感測器、智慧感測器、單線感測器（1-wire sensor）、微機電系統（MEMS）感測器及感測器介面技術等熱門主題。
　　9.    可程式邏輯：直接進行設計（Design-in）的技巧與竅門；核心智財Core-IP(例如處理器、DSP、週邊等)；針對傳統設計挑戰的創新解決方案（例如初始化、動態可重組dynamic reconfiguration及安全等）；即時發揮作用之軟硬體工具等熱門主題。
　　10.    機器人：馬達驅動器、近接感測（Proximity Sensing）、電源控制、電池技術／管理、電子羅盤及加速計等熱門主題。
　　11.    訊號處理：DSP晶片及演算法、類比可程式邏輯、訊號調節、A/D或D/A轉換器、濾波器、訊號壓縮技術，以及RISC、DSP及VLIW之比較等。
　　12.    無線通訊：無線數據機、Wi-Fi/IEEE 802.11x、藍牙、ZigBee/IEEE 802.15.4、蜂巢、紅外線/IrDA，以及安全應用。
 

作者簡介

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。
 

晶片設計基本原理

隨著新一代技術的推陳出新，對於充斥大型低功耗伺服器的資料中心需求也隨之不斷不成長。結果，晶片尺寸不斷縮小，速度卻日漸攀升（從Gb/s提升至Tb/s），同時電晶體數量也呈現不斷倍增的態勢。在這樣的發展態勢下，積體電路遂成為開發能同時提供功耗效率與高速效能之系統單晶片(System On a Chip, SoC)的主要解決方案。

在本系列特報中，筆者將探討如何設計出IC的基本知識與原理。本系列文章將涵蓋與程序、設計規則與開放原始碼軟體等等相關的複雜內容。

以MOSFET為基礎的IC

IC設計是隨著電腦的發明而開始的。在早先之際，晶片包含雙極性接面電晶體(Bipolar Junction Transistors, BJT)，其中最引人注目的莫過於LM741運算放大器(Op-Amp)。但如今，由於其具備高功耗、低輸入阻抗(low-input impedance)與低擴展性等缺點，所以該元件在IC設計產業中已鮮少被使用了。也因為如此，基於金屬氧化半導體場效電晶體(MOSFET)的設計開始日漸成長，這當然是因為它具備奈米級的可擴展性、高效率功耗、高切換速率、高功率應用(High-Power Application)可用性等等優點所致。總之，基於MOSFET的IC設計已成功施行在數位與類比領域中。通常MOSFET設計劃分成P-Channel(pMOS)、N-Channel(nMOS)及CMOS（其為pMOS與nMOS的結合）三大類。以往在開發期間，設計師慣於只採用N及P Channel來設計晶片。但隨著更複雜設計需求的大增，只採用N及P Channel而導致效率不彰的情形似乎愈益明顯。結果，設計師們便想出了pMOS與nMOS都可被堆疊進來的CMOS模型。