快速接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺技術方案分享

上一篇網(wǎng)文，我們實現(xiàn)ESP8266固件的下載、一鍵配網(wǎng)和云智能APP綁定設備。
Windows下AliOS Things環(huán)境搭建及ESP8266 固件下載

隨著物聯(lián)網(wǎng)設備的普及，物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)也成了廣大開發(fā)者熱烈討論的話題之一，很多的組織和廠商都推出了在物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點上的基礎軟件——物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，如國內云服務供應商Alibaba推出的AliOS Things ，Amazon公司的Amazon FreeRTOS，再如開源社區(qū)領袖Linux基金會推出的Zephyr，以及在國內知名度很高的RT-Thread等等。

今天我們來對AliOS Things中的示例linkkitapp例程進行一下解析，希望可以為你解惑一二。

系統(tǒng)架構

AliOS Things是什么？

AliOS Things是面向IoT領域的輕量級物聯(lián)網(wǎng)嵌入式操作系統(tǒng)。致力于搭建云端一體化IoT基礎設備。具備極致性能，極簡開發(fā)、云端一體、豐富組件、安全防護等關鍵能力，并支持終端設備連接到阿里云Link，可廣泛應用在智能家居、智慧城市、新出行等領域。

AliOS Things是阿里巴巴推出的物聯(lián)網(wǎng)設備端軟件框架，物聯(lián)網(wǎng)設備可以通過AliOS Things設備框架接入阿里云，使用云服務器提供的相關物聯(lián)網(wǎng)設備服務。

AliOS Things軟件框架是基于APACHE2.0協(xié)議的開源軟件，項目地址為：https://github.com/alibaba/AliOS-Things

AliOS Things軟件架構可以從下到上分為四層，硬件和硬件抽象層、AOS操作系統(tǒng)層、應用框架層和應用層，下層組件為上層業(yè)務邏輯的實現(xiàn)提供支撐機制。

從底部到頂部，AliOS Things包括：

• 板級支持包（BSP）：主要由SoC供應商開發(fā)和維護
• 硬件抽象層（HAL）：比如WiFi和UART
• 內核：包括Rhino實時操作系統(tǒng)內核、Yloop, VFS, KV 存儲
• 協(xié)議棧：包括TCP/IP協(xié)議棧（LwIP），uMesh網(wǎng)絡協(xié)議棧
• 安全：安全傳輸層協(xié)議（TLS），可信服務框架（TFS）、可信運行環(huán)境（TEE）
• AOS API：提供可供應用軟件和中間件使用的API
• 中間件：包括常見的物聯(lián)網(wǎng)組件和阿里巴巴增值服務中間件
• 示例應用：阿里自主開發(fā)的示例代碼，以及通過了完備測試的應用程序（比如Alinkapp） 所有的模組都已經(jīng)被組織成組件，且每個組件都有自己的.mk文件，用于描述它和其它組件間的依賴關系，方便應用開發(fā)者按需選用。

我們一般只需要關心示例應用部分，找一個跟自己的需求接近的示例，然后在其上進行更改即可，我們使用的示例就是linkkitapp。

結構框圖

目錄結構

為什么D5(GPIO14)是一鍵配網(wǎng)的引腳？

首先我們看一下，D5引腳在哪里？

官方介紹： WeMos D1 mini pins and diagram

https://escapequotes.net/esp8266-wemos-d1-mini-pins-and-diagram/

D5是WeMos D1 mini模塊的引腳，GPIO14是ESP8266的引腳，兩個標識對應的一個引腳。

那linkkitapp代碼中哪里對應著一鍵配網(wǎng)的代碼呢？

程序入口在app_entry.c中的int application_start(int argc, char ** argv) 函數(shù)。

在application_start函數(shù)中有這樣一行：

從函數(shù)名上看，這是一個注冊事件過濾器的，過濾的目標是按鍵點擊事件，并處理按鍵點擊事件的，“l(fā)inkkit按鍵處理”回調函數(shù)。

該函數(shù)的實現(xiàn)如下：

事件值為VALUE_KEY_CLICK將進入awss配網(wǎng)模式；

事件值為VALUE_KEY_LTCLICK將進行awss復位操作。

經(jīng)過定位排查，我們知道在 key_poll_func(void * arg) 函數(shù)中，實現(xiàn)了判斷按鍵（短按、長按、長長按），然后分別向系統(tǒng)發(fā)出不同的按鍵事件aos_post_event()。

由上我們知道了AliOS定義的配網(wǎng)按鍵就是GPIO14，也就是mini D1 ESP8266模塊的D5腳。。

詳細請參考：ESP8266配網(wǎng)--key.c之按鍵事件分析
https://www.jianshu.com/p/fab0ea9e9ad3

ESP8266與主單片機之間的關系

STM32-->ESP8266-->阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺-->手機等終端

我們使用ESP8266模塊，只是把ESP8266當做一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，STM32與ESP8266模塊通過串口進行通信。

STM32獲得外部傳感器的狀態(tài)，然后通過串口發(fā)送狀態(tài)至ESP8266模塊。

經(jīng)ESP8266模塊內部的AliOS Things對數(shù)據(jù)包進行打包，然后將數(shù)據(jù)包通過WiFi網(wǎng)絡發(fā)送至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺。

由于手機端與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺保持著長連接，所以阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺獲得到的傳感器數(shù)據(jù)能夠及時推送至手機端，進而保持設備端的傳感器數(shù)據(jù)和手機端的數(shù)據(jù)保持一致性。

手機等終端-->阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺-->ESP8266-->STM32

反過來，通過手機端的云智能APP對設備進行操作，首先會將操作設備的指令推送至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺會及時將指令推送至ESP8266模塊，ESP8266模塊會對收到的指令進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，將指令通過串口傳輸給STM32。

由于阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺推薦數(shù)據(jù)格式為ICA標準數(shù)據(jù)格式（Alink JSON），STM32端需要對接收到的串口信息進行解析，即對接收到的JSON字符串進行解析，然后對解析后的結果進行判斷，根據(jù)指令不同進而做不同的動作。

有人可能會說，ESP8266這個單片機性能這么好，不利用它浪費了；

還有人會說對于智能風扇這樣的簡單應用，只需要ESP8266作為主芯片即可，加上外圍電路，多省事多節(jié)約成本呀。

的確ESP8266性能很好，只是使用ESP8266的確夠用。那我們?yōu)槭裁催€要使用上面這種方式，額外浪費一個STM32單片機呢？

這種方式最大的好處就是，降低物聯(lián)網(wǎng)模塊的使用門檻，為什么這么說呢？

上面的通信方式，只需要一個具有串口功能的單片機就可以與ESP8266配合使用，而一般的單片機都有1-2個以上的串口，所以條件很容易就滿足了。

這樣，我們只需要在你原有的設計方案的基礎上，額外占用一個串口，就可以在不改變整體電路設計的基礎上，添加物聯(lián)網(wǎng)功能。

而外圍單片機的選擇就很自由了，可以根據(jù)功能需要，選擇便宜的或者性能比ESP8266更優(yōu)的作為主單片機。

另外一點，如果拿ESP8266作為主單片機的話，那么就要對ESP8266有比較深入的了解，這樣無疑增大了難度，當某天需求改變或者ESP8266性能無法滿足的時候，我們更換了ESP8266的芯片，那么整體方案都要改，而且你還要重新熟悉一個新的物聯(lián)網(wǎng)芯片，學習成本太高了。

需要解決的問題

ESP8266 有兩個UART：UART0和UART1。

UART0有TX、RX，可以作為系統(tǒng)的打印信息輸出接口和數(shù)據(jù)收發(fā)口。

UART1的RX被Flash占用，只有發(fā)送引腳TX(GPIO2,即UART1_TXD)可供使用，所以一般作為打印信息輸出接口（調試用）。

通常情況下，我們使用UART0和外設通訊，而使用UART1作為日志打印端口。

D1 mini ESP8266模塊兩個串口的所在位置：

我們使用一個Micro USB線與D1 mini ESP8266模塊相連，使用串口會收到如下打印信息：

我們可以看到默認的linkkitapp示例，Log信息是通過UART0發(fā)送出來的，而且里面有很多咱們不關心的信息，應該將此部分信息進行屏蔽。

所以我們需要做如下幾個工作：

1. 將串口的比特率由921600修改為115200（此部分工作可不做）；
2. 交換UART0和UART1，讓UART1輸出Log日志；UART0與STM32進行通信；
3. 將STM32發(fā)上來的信息，通過UART0接收并發(fā)送到云端；將云端下發(fā)的有用的信息通過UART0轉發(fā)給STM32。

解決問題1. 串口的初始化api在platform\mcu\esp8266\bsp\driver\uart.c 中，目前的代碼是默認如果不設置，uart0波特率是921600。但是一旦初始化了uart1,uart0的波特率會被改為和uart1一樣。

void
uart_init_new(uart_dev_t *uart)
{
    UART_WaitTxFifoEmpty(UART0);
    UART_WaitTxFifoEmpty(UART1);

    if (uart == NULL)
    {
        return;
    }


    if (uart->port == 1)
    {
        //printf("port= 1\n ");

        //uart1 setting
        UART_ConfigTypeDef uart_config;
        uart_config.baud_rate = uart->config.baud_rate;
        uart_config.data_bits = UART_WordLength_8b;
        uart_config.parity = USART_Parity_None;
        uart_config.stop_bits = USART_StopBits_1;
        uart_config.flow_ctrl = USART_HardwareFlowControl_None;
        uart_config.UART_RxFlowThresh = 120;
        uart_config.UART_InverseMask = UART_None_Inverse;
        //UART_ParamConfig(UART0, &uart_config);


        //uart2 setting for log
        //uart_config.baud_rate = uart->config.baud_rate;
        UART_ParamConfig(UART1, &uart_config);

        UART_SetPrintPort(UART1);
        //UART_intr_handler_register(uart0_rx_isr, NULL);
        ETS_UART_INTR_ENABLE();
    }
    else
    {
        //printf("port= 0 \n ");
        UART_ConfigTypeDef uart_config;
        uart_config.baud_rate = uart->config.baud_rate;
        // uart_config.baud_rate = BIT_RATE_921600;
        uart_config.data_bits = UART_WordLength_8b;
        uart_config.parity = USART_Parity_None;
        uart_config.stop_bits = USART_StopBits_1;
        uart_config.flow_ctrl = USART_HardwareFlowControl_None;
        uart_config.UART_RxFlowThresh = 120;
        uart_config.UART_InverseMask = UART_None_Inverse;
        UART_ParamConfig(UART0, &uart_config);


        UART_IntrConfTypeDef uart_intr;
        uart_intr.UART_IntrEnMask = UART_RXFIFO_TOUT_INT_ENA | UART_FRM_ERR_INT_ENA | UART_RXFIFO_FULL_INT_ENA | UART_TXFIFO_EMPTY_INT_ENA;
        uart_intr.UART_RX_FifoFullIntrThresh = 100;//10
        uart_intr.UART_RX_TimeOutIntrThresh = 10;//2
        uart_intr.UART_TX_FifoEmptyIntrThresh = 20;
        UART_IntrConfig(UART0, &uart_intr);


        UART_SetPrintPort(UART0);
        UART_intr_handler_register(uart0_rx_isr, NULL);
        ETS_UART_INTR_ENABLE();
    }
}

解決問題2. 交換UART0和UART1：修改此文件：AliOS-Things\platform\mcu\esp8266\hal\uart.c

解決問題3.

• 下發(fā)有用信息：

• 上發(fā)有用信息：

模擬上傳屬性

經(jīng)過上面的改造之后，我們只需要向UART0發(fā)送JSON格式的數(shù)據(jù)，即可修改服務器端的數(shù)值，比如串口助手中發(fā)送：

{"CurrentTemperature":26}

發(fā)送完畢，服務器端的當前溫度值將會修改為26℃，在運行狀態(tài)中可以實時看出來當前溫度值是實時變化的。

模擬設置屬性

手機端APP點擊某個按鈕之后，將會將數(shù)據(jù)包發(fā)送至ESP8266，ESP8266將有用信息通過UART0的TX引腳發(fā)送給STM32，STM32將收到服務器端指令，對此指令進行解析，進而做相應的動作，具體邏輯類似下圖所示。

調試真實設備中，對電源開關設置為1，即{"PowerSwitch":1}，在串口助手中我們收到指令{"PowerSwitch":1}；

我們對電源開關設置為0，即{"PowerSwitch":0}，可以看到串口助手中，收到對應的指令{"PowerSwitch":0}。

STM32中我們使用cJSON對上面字符串進行解析即可，然后做相應的動作，即完成了云端對設備的遠程控制。

細心的人可能發(fā)現(xiàn)了，為什么我們用CurrentTemperature或者PowerSwitch來設置屬性呢？其實他們就是我們創(chuàng)建產(chǎn)品的時候，進行功能定義的時候，設置的標識符。

到此為止，本月的“智能風扇”涉及到的知識點基本都已經(jīng)講過了，下一篇網(wǎng)文，就對此項目進行最后的收尾，大家敬請期待哈。