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

隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(diǎn)上的基礎(chǔ)軟件——物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)，如國內(nèi)云服務(wù)供應(yīng)商Alibaba推出的AliOS Things ，Amazon公司的Amazon FreeRTOS，再如開源社區(qū)領(lǐng)袖Linux基金會推出的Zephyr，以及在國內(nèi)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(jìn)行一下解析，希望可以為你解惑一二。

系統(tǒng)架構(gòu)

AliOS Things是什么？

AliOS Things是面向IoT領(lǐng)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(chǔ)設(shè)備。具備極致性能，極簡開發(fā)、云端一體、豐富組件、安全防護(hù)等關(guān)鍵能力，并支持終端設(shè)備連接到阿里云Link，可廣泛應(yīng)用在智能家居、智慧城市、新出行等領(lǐng)域。

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

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

AliOS Things軟件架構(gòu)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(yīng)用框架層和應(yīng)用層，下層組件為上層業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)提供支撐機(jī)制。

從底部到頂部，AliOS Things包括：

• 板級支持包（BSP）：主要由SoC供應(yīng)商開發(fā)和維護(hù)
• 硬件抽象層（HAL）：比如WiFi和UART
• 內(nèi)核：包括Rhino實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核、Yloop, VFS, KV 存儲
• 協(xié)議棧：包括TCP/IP協(xié)議棧（LwIP），uMesh網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧
• 安全：安全傳輸層協(xié)議（TLS），可信服務(wù)框架（TFS）、可信運(yùn)行環(huán)境（TEE）
• AOS API：提供可供應(yīng)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(wù)中間件
• 示例應(yīng)用：阿里自主開發(fā)的示例代碼，以及通過了完備測試的應(yīng)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(guān)系，方便應(yīng)用開發(fā)者按需選用。

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

結(jié)構(gòu)框圖

目錄結(jié)構(gòu)

文件夾名稱	內(nèi)容描述
3rdparty	第三方庫相關(guān)功能代碼
app	示例程序相關(guān)代碼
board	評估板（如我們使用的ESP8266）
build	編譯框架
include	系統(tǒng)頭文件
kernel	包括Rhino和協(xié)議棧
Middleware	阿里巴巴增值和常用的物聯(lián)網(wǎng)組件，包括Linkkit，OTA(安全差分升級)，ulog(日志服務(wù))，uData(傳感器框架)，uLocation(定位框架)，WiFi配網(wǎng) 等
Network	包括LwIP 輕量級TCP/IP協(xié)議棧，uMesh 自組網(wǎng)協(xié)議棧，BLE 低功耗藍(lán)牙協(xié)議棧，LoRaWAN 協(xié)議棧，AT Commands Module 等
osal	AOS API，提供可供應(yīng)用軟件和中間件使用的API
out	編譯輸出目錄
platform	芯片架構(gòu)支持的相關(guān)文件；該目錄下包含了mcu與arch文件夾；mcu：該目錄主要存放廠商提供的芯片底層軟件庫代碼（如ESP8266庫），主要由SoC供應(yīng)商開發(fā)和維護(hù)，以及二進(jìn)制文件，如系統(tǒng)啟動、驅(qū)動、編譯/鏈接腳本等。mcu下的目錄結(jié)構(gòu)按“廠商/芯片系列”進(jìn)行區(qū)分。arch：主要存放硬件體系架構(gòu)所需要的移植接口實(shí)現(xiàn)文件，如任務(wù)切換、啟動、開關(guān)中斷等，硬件體系架構(gòu)如arm、xtensa…。
security	包括TLS，TFS， TEE在內(nèi)的安全組件
utility	IoT通用軟件庫，比如 cjson、libc等

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(biāo)識對應(yīng)的一個引腳。

那linkkitapp代碼中哪里對應(yīng)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(biāo)是按鍵點(diǎn)擊事件，并處理按鍵點(diǎn)擊事件的，“l(fā)inkkit按鍵處理”回調(diào)函數(shù)。

該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

事件值為VALUE_KEY_CLICK將進(jìn)入awss配網(wǎng)模式；

事件值為VALUE_KEY_LTCLICK將進(jìn)行awss復(fù)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(shí)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(xì)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(jī)之間的關(guān)系

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

我們使用ESP8266模塊，只是把ESP8266當(dāng)做一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇?，STM32與ESP8266模塊通過串口進(jìn)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(nèi)部的AliOS Things對數(shù)據(jù)包進(jìn)行打包，然后將數(shù)據(jù)包通過WiFi網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺。

由于手機(jī)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(jī)端，進(jìn)而保持設(shè)備端的傳感器數(shù)據(jù)和手機(jī)端的數(shù)據(jù)保持一致性。

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

反過來，通過手機(jī)端的云智能APP對設(shè)備進(jìn)行操作，首先會將操作設(shè)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(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式（Alink JSON），STM32端需要對接收到的串口信息進(jìn)行解析，即對接收到的JSON字符串進(jìn)行解析，然后對解析后的結(jié)果進(jìn)行判斷，根據(jù)指令不同進(jìn)而做不同的動作。

有人可能會說，ESP8266這個單片機(jī)性能這么好，不利用它浪費(fèi)了；

還有人會說對于智能風(fēng)扇這樣的簡單應(yīng)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(fèi)一個STM32單片機(jī)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(jī)就可以與ESP8266配合使用，而一般的單片機(jī)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(shè)計方案的基礎(chǔ)上，額外占用一個串口，就可以在不改變整體電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，添加物聯(lián)網(wǎng)功能。

而外圍單片機(jī)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(jī)。

另外一點(diǎn)，如果拿ESP8266作為主單片機(jī)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(dāng)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(xué)習(xí)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(diào)試用）。

通常情況下，我們使用UART0和外設(shè)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(rèn)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(guān)心的信息，應(yīng)該將此部分信息進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)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(rèn)如果不設(shè)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(wù)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(wù)器端的當(dāng)前溫度值將會修改為26℃，在運(yùn)行狀態(tài)中可以實(shí)時看出來當(dāng)前溫度值是實(shí)時變化的。

模擬設(shè)置屬性

手機(jī)端APP點(diǎn)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(wù)器端指令，對此指令進(jìn)行解析，進(jìn)而做相應(yīng)的動作，具體邏輯類似下圖所示。

調(diào)試真實(shí)設(shè)備中，對電源開關(guān)設(shè)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(guān)設(shè)置為0，即{"PowerSwitch":0}，可以看到串口助手中，收到對應(yīng)的指令{"PowerSwitch":0}。

STM32中我們使用cJSON對上面字符串進(jìn)行解析即可，然后做相應(yīng)的動作，即完成了云端對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

細(xì)心的人可能發(fā)現(xiàn)了，為什么我們用CurrentTemperature或者PowerSwitch來設(shè)置屬性呢？其實(shí)他們就是我們創(chuàng)建產(chǎn)品的時候，進(jìn)行功能定義的時候，設(shè)置的標(biāo)識符。

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