快速接入阿里云物联网平台技术方案分享

上一篇网文，我们实现ESP8266固件的下载、一键配网和云智能APP绑定设备。

Windows下AliOS Things环境搭建及ESP8266 固件下载

随着物联网设备的普及，物联网操作系统也成了广大开发者热烈讨论的话题之一，很多的组织和厂商都推出了在物联网节点上的基础软件——物联网操作系统，如国内云服务供应商Alibaba推出的AliOS Things ，Amazon公司的Amazon FreeRTOS，再如开源社区领袖Linux基金会推出的Zephyr，以及在国内知名度很高的RT-Thread等等。

今天我们来对AliOS Things中的示例linkkitapp例程进行一下解析，希望可以为你解惑一二。

系统架构

AliOS Things是什么？

AliOS Things是面向IoT领域的轻量级物联网嵌入式操作系统。致力于搭建云端一体化IoT基础设备。具备极致性能，极简开发、云端一体、丰富组件、安全防护等关键能力，并支持终端设备连接到阿里云Link，可广泛应用在智能家居、智慧城市、新出行等领域。

AliOS Things是阿里巴巴推出的物联网设备端软件框架，物联网设备可以通过AliOS Things设备框架接入阿里云，使用云服务器提供的相关物联网设备服务。

AliOS Things软件框架是基于APACHE2.0协议的开源软件，项目地址为：https://github.com/alibaba/AliOS-Things

AliOS Things软件架构可以从下到上分为四层，硬件和硬件抽象层、AOS操作系统层、应用框架层和应用层，下层组件为上层业务逻辑的实现提供支撑机制。

从底部到顶部，AliOS Things包括：

板级支持包（BSP）：主要由SoC供应商开发和维护

硬件抽象层（HAL）：比如WiFi和UART

内核：包括Rhino实时操作系统内核、Yloop, VFS, KV 存储

协议栈：包括TCP/IP协议栈（LwIP），uMesh网络协议栈

安全：安全传输层协议（TLS），可信服务框架（TFS）、可信运行环境（TEE）

AOS API：提供可供应用软件和中间件使用的API

中间件：包括常见的物联网组件和阿里巴巴增值服务中间件

示例应用：阿里自主开发的示例代码，以及通过了完备测试的应用程序（比如Alinkapp）所有的模组都已经被组织成组件，且每个组件都有自己的.mk文件，用于描述它和其它组件间的依赖关系，方便应用开发者按需选用。

我们一般只需要关心示例应用部分，找一个跟自己的需求接近的示例，然后在其上进行更改即可，我们使用的示例就是linkkitapp。

结构框图

目录结构

文件夹名称	内容描述
3rdparty	第三方库相关功能代码
app	示例程序相关代码
board	评估板（如我们使用的ESP8266）
build	编译框架
include	系统头文件
kernel	包括Rhino和协议栈
Middleware	阿里巴巴增值和常用的物联网组件，包括Linkkit，OTA(安全差分升级)，ulog(日志服务)，uData(传感器框架)，uLocation(定位框架)，WiFi配网 等
Network	包括LwIP 轻量级TCP/IP协议栈，uMesh 自组网协议栈，BLE 低功耗蓝牙协议栈，LoRaWAN 协议栈，AT Commands Module 等
osal	AOS API，提供可供应用软件和中间件使用的API
out	编译输出目录
platform	芯片架构支持的相关文件；该目录下包含了mcu与arch文件夹；mcu：该目录主要存放厂商提供的芯片底层软件库代码（如ESP8266库），主要由SoC供应商开发和维护，以及二进制文件，如系统启动、驱动、编译/链接脚本等。mcu下的目录结构按“厂商/芯片系列”进行区分。arch：主要存放硬件体系架构所需要的移植接口实现文件，如任务切换、启动、开关中断等，硬件体系架构如arm、xtensa…。
security	包括TLS，TFS， TEE在内的安全组件
utility	IoT通用软件库，比如 cjson、libc等

为什么D5(GPIO14)是一键配网的引脚？

首先我们看一下，D5引脚在哪里？

官方介绍： WeMos D1 mini pins and diagram

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

D5是WeMos D1 mini模块的引脚，GPIO14是ESP8266的引脚，两个标识对应的一个引脚。

那linkkitapp代码中哪里对应着一键配网的代码呢？

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

在application_start函数中有这样一行：

从函数名上看，这是一个注册事件过滤器的，过滤的目标是按键点击事件，并处理按键点击事件的，“linkkit按键处理”回调函数。

该函数的实现如下：

事件值为VALUE_KEY_CLICK将进入awss配网模式；

事件值为VALUE_KEY_LTCLICK将进行awss复位操作。

经过定位排查，我们知道在 key_poll_func(void * arg) 函数中，实现了判断按键（短按、长按、长长按），然后分别向系统发出不同的按键事件aos_post_event()。

由上我们知道了AliOS定义的配网按键就是GPIO14，也就是mini D1 ESP8266模块的D5脚。。

详细请参考：ESP8266配网--key.c之按键事件分析
https://www.jianshu.com/p/fab0ea9e9ad3

ESP8266与主单片机之间的关系

STM32-->ESP8266-->阿里云物联网平台-->手机等终端

我们使用ESP8266模块，只是把ESP8266当做一个数据传输的媒介，STM32与ESP8266模块通过串口进行通信。

STM32获得外部传感器的状态，然后通过串口发送状态至ESP8266模块。

经ESP8266模块内部的AliOS Things对数据包进行打包，然后将数据包通过WiFi网络发送至阿里云物联网平台。

由于手机端与阿里云物联网平台保持着长连接，所以阿里云物联网平台获得到的传感器数据能够及时推送至手机端，进而保持设备端的传感器数据和手机端的数据保持一致性。

手机等终端-->阿里云物联网平台-->ESP8266-->STM32

反过来，通过手机端的云智能APP对设备进行操作，首先会将操作设备的指令推送至阿里云物联网平台，阿里云物联网平台会及时将指令推送至ESP8266模块，ESP8266模块会对收到的指令进行数据转发，将指令通过串口传输给STM32。

由于阿里云物联网平台推荐数据格式为ICA标准数据格式（Alink JSON），STM32端需要对接收到的串口信息进行解析，即对接收到的JSON字符串进行解析，然后对解析后的结果进行判断，根据指令不同进而做不同的动作。

有人可能会说，ESP8266这个单片机性能这么好，不利用它浪费了；

还有人会说对于智能风扇这样的简单应用，只需要ESP8266作为主芯片即可，加上外围电路，多省事多节约成本呀。

的确ESP8266性能很好，只是使用ESP8266的确够用。那我们为什么还要使用上面这种方式，额外浪费一个STM32单片机呢？

这种方式最大的好处就是，降低物联网模块的使用门槛，为什么这么说呢？

上面的通信方式，只需要一个具有串口功能的单片机就可以与ESP8266配合使用，而一般的单片机都有1-2个以上的串口，所以条件很容易就满足了。

这样，我们只需要在你原有的设计方案的基础上，额外占用一个串口，就可以在不改变整体电路设计的基础上，添加物联网功能。

而外围单片机的选择就很自由了，可以根据功能需要，选择便宜的或者性能比ESP8266更优的作为主单片机。

另外一点，如果拿ESP8266作为主单片机的话，那么就要对ESP8266有比较深入的了解，这样无疑增大了难度，当某天需求改变或者ESP8266性能无法满足的时候，我们更换了ESP8266的芯片，那么整体方案都要改，而且你还要重新熟悉一个新的物联网芯片，学习成本太高了。

需要解决的问题

ESP8266 有两个UART：UART0和UART1。

UART0有TX、RX，可以作为系统的打印信息输出接口和数据收发口。

UART1的RX被Flash占用，只有发送引脚TX(GPIO2,即UART1_TXD)可供使用，所以一般作为打印信息输出接口（调试用）。

通常情况下，我们使用UART0和外设通讯，而使用UART1作为日志打印端口。

D1 mini ESP8266模块两个串口的所在位置：

我们使用一个Micro USB线与D1 mini ESP8266模块相连，使用串口会收到如下打印信息：

我们可以看到默认的linkkitapp示例，Log信息是通过UART0发送出来的，而且里面有很多咱们不关心的信息，应该将此部分信息进行屏蔽。

所以我们需要做如下几个工作：

将串口的比特率由921600修改为115200（此部分工作可不做）；

交换UART0和UART1，让UART1输出Log日志；UART0与STM32进行通信；

将STM32发上来的信息，通过UART0接收并发送到云端；将云端下发的有用的信息通过UART0转发给STM32。

解决问题1. 串口的初始化api在platformmcuesp8266spdriveruart.c中，目前的代码是默认如果不设置，uart0波特率是921600。但是一旦初始化了uart1,uart0的波特率会被改为和uart1一样。

 

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
 ");

        //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 
 ");
        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();
    }
}

 

解决问题2. 交换UART0和UART1：修改此文件：AliOS-Thingsplatformmcuesp8266haluart.c

解决问题3.

下发有用信息：

上发有用信息：

模拟上传属性

经过上面的改造之后，我们只需要向UART0发送JSON格式的数据，即可修改服务器端的数值，比如串口助手中发送：

 

{"CurrentTemperature":26}

 

发送完毕，服务器端的当前温度值将会修改为26℃，在运行状态中可以实时看出来当前温度值是实时变化的。

模拟设置属性

手机端APP点击某个按钮之后，将会将数据包发送至ESP8266，ESP8266将有用信息通过UART0的TX引脚发送给STM32，STM32将收到服务器端指令，对此指令进行解析，进而做相应的动作，具体逻辑类似下图所示。

调试真实设备中，对电源开关设置为1，即{"PowerSwitch":1}，在串口助手中我们收到指令{"PowerSwitch":1}；

我们对电源开关设置为0，即{"PowerSwitch":0}，可以看到串口助手中，收到对应的指令{"PowerSwitch":0}。

STM32中我们使用cJSON对上面字符串进行解析即可，然后做相应的动作，即完成了云端对设备的远程控制。

细心的人可能发现了，为什么我们用CurrentTemperature或者PowerSwitch来设置属性呢？其实他们就是我们创建产品的时候，进行功能定义的时候，设置的标识符。

到此为止，本月的“智能风扇”涉及到的知识点基本都已经讲过了，下一篇网文，就对此项目进行最后的收尾，大家敬请期待哈。

　　审核编辑：汤梓红