STM32F103：RTOS设备通过TCP模组上云

2021-07-23 15:41:19

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本实践案例介绍使用物联网平台提供的C语言设备端SDK，将搭载实时操作系统（RTOS）的微控制单元（MCU）的设备接入阿里云物联网平台。

原有的工业自动化设备、数据采集设备、实时控制设备、家电等使用的是搭载实时操作系统（RTOS）的微控制单元（MCU）。在对此类设备进行物联网改造时，可以使用阿里云物联网平台提供的C语言设备端SDK，将此类设备接入物联网平台。

接入方案

将MCU与通信模组相连，MCU与通信模组间通过AT指令进行连接和通信。在通信模组上，使用C语言设备端SDK实现与物联网平台的连接和通信。

准备软硬件

本示例中，使用了如下MCU、通信模组开发板和软件开发环境。

MCU为ST公司生产的STM32F103，其开发板为NUCLEO-F103RB。
通信模组为SIMCom公司（芯讯通无线科技有限公司）生产的SIM800C，其开发板为SIM800C mini V2.0。
开发环境为IAR Embedded Workbench for ARM。

实现过程

创建产品和设备

首先，在物联网平台控制台创建产品和设备，获取设备证书信息（ProductKey、DeviceName和DeviceSecret）。设备证书信息需配置到设备端SDK中。当设备请求连接物联网平台时，物联网平台会根据设备证书信息进行设备身份验证。

操作步骤

登录物联网平台控制台。
创建产品。
在左侧导航栏，选择设备管理 > 产品。

在产品管理页，单击创建产品，填入产品信息，然后单击保存。

在产品下，创建设备。
在左侧导航栏，选择设备管理 > 设备。

在设备管理页，单击添加设备，在新创建的产品下添加设备。

执行结果

设备创建成功后，会弹出设备证书信息。您也可以在设备管理页，单击设备对应的查看，进入设备详情页查看设备证书信息。

搭建设备端开发环境

将MCU与通信模组开发板相连，搭建软件开发环境，创建工程项目，导入SDK，完成SDK配置。

背景信息

本示例中使用了两个开发板示意图如下。
开发板NUCLEO-F103RB

引脚示意图如下。

SIM800C mini v2.0

引脚示意图和说明如下。

引脚说明
PWR-开关机引脚。默认为自动开机。
STA-状态监测引脚。
GND-电源接地引脚。
RXD-接收串口引脚。
TXD-发送串口引脚。
EN-电源使能引脚。
VIN-5~18V电源输入。

连接硬件

将两个开发板的接收和发送串口连接，作为AT指令通道。如下图所示

搭建开发环境

本示例开发工具为STM32CubeMX。使用详情，请参见STM32Cube Ecosystem。

打开STM32CubeMX，并选择新建项目。
在Board Seletor中，搜索NUCLEO-F103RB，并单击STM32F103RBTx。
单击右上角Start Project。
在左侧Connectivity菜单中，勾选串口USART1作为MCU与模组通信的端口，并进行以下配置。

设置Mode为Asynchronous。
在Configuration栏，完成以下设置。
在GPIO Settings下，确认Pin为PA9和PA10。

在NVIC Settings下，将USART1 global interrupt设置为Enable。

在Middleware下，选择FREERTOS，并配置为使用计数信号量和堆大小，用于给每个线程分配栈。
在Project Manager页签下，完成Project设置。
单击右上角GENERATE CODE，生成代码工程。

开发设备端

使用的C语言Link Kit SDK将通信模组接入物联网平台。
其他硬件平台也可以在上述SDK获取文档中获取相关SDK自主调试。

设备端SDK配置

单击这里下载C语言Link Kit SDK 3.0.1版。
从下载包中提取SDK代码。本文以Linux系统操作为例。
运行make menuconfig。

选中ATM Configurations，单击Select。

选中AT HAL Configurations，单击Select。

配置如下项目。

FEATURE_PLATFORM_HAS_STDINT=y
FEATURE_PLATFORM_HAS_OS=y
FEATURE_INFRA_STRING=y
FEATURE_INFRA_NET=y
FEATURE_INFRA_LIST=y
FEATURE_INFRA_LOG=y
FEATURE_INFRA_LOG_ALL_MUTED=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_FLW=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_DBG=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_INF=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_WRN=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_ERR=y
FEATURE_INFRA_LOG_MUTE_CRT=y
FEATURE_INFRA_TIMER=y
FEATURE_INFRA_SHA256=y
FEATURE_INFRA_REPORT=y
FEATURE_INFRA_COMPAT=y
FEATURE_DEV_SIGN=y
FEATURE_MQTT_COMM_ENABLED=y
FEATURE_MQTT_DEFAULT_IMPL=y
FEATURE_MQTT_DIRECT=y
FEATURE_DEVICE_MODEL_CLASSIC=y
FEATURE_ATM_ENABLED=y
FEATURE_AT_TCP_ENABLED=y
FEATURE_AT_PARSER_ENABLED=y
FEATURE_AT_TCP_HAL_SIM800=y

配置完成后，运行./extract.sh提取代码。

提取的代码位于output/eng目录。

其中，各子目录分别包含的代码如下。
atm -- AT指令收发模块
dev_sign -- 设备身份认证模块
infra -- 内部实现模块
mqtt -- MQTT协议模块
wrappers -- HAL对接模块
在wrappers目录下，新建文件wrappers.c，该文件中的代码需实现以下HAL函数。

int32_t HAL_AT_Uart_Deinit(uart_dev_t *uart)
int32_t HAL_AT_Uart_Init(uart_dev_t *uart)
int32_t HAL_AT_Uart_Recv(uart_dev_t *uart, void *data, uint32_t expect_size, uint32_t *recv_size, uint32_t timeout)
int32_t HAL_AT_Uart_Send(uart_dev_t *uart, const void *data, uint32_t size, uint32_t timeout)

int HAL_GetDeviceName(char device_name[IOTX_DEVICE_NAME_LEN])
int HAL_GetDeviceSecret(char device_secret[IOTX_DEVICE_SECRET_LEN])
int HAL_GetFirmwareVersion(char *version)
int HAL_GetProductKey(char product_key[IOTX_PRODUCT_KEY_LEN])

void *HAL_Malloc(uint32_t size)
void HAL_Free(void *ptr)

void *HAL_MutexCreate(void)
void HAL_MutexDestroy(void *mutex)
void HAL_MutexLock(void *mutex)
void HAL_MutexUnlock(void *mutex)

void *HAL_SemaphoreCreate(void)
void HAL_SemaphoreDestroy(void *sem)
void HAL_SemaphorePost(void *sem)
int HAL_SemaphoreWait(void *sem, uint32_t timeout_ms)
int HAL_ThreadCreate(void **thread_handle,
                     void *(*work_routine)(void *),
                     void *arg,
                     hal_os_thread_param_t *hal_os_thread_param,
                     int *stack_used)

void HAL_SleepMs(uint32_t ms)
void HAL_Printf(const char *fmt, ...)
int HAL_Snprintf(char *str, const int len, const char *fmt, ...)
uint64_t HAL_UptimeMs(void)

单击这里下载wrappers.c文件的代码Demo。

在代码Demo中，替换设备证书信息为您的设备证书信息。

说明如果您不是使用NUCLEO-F103RB通信模组开发板，需在配置时，设置FEATURE_AT_TCP_HAL_SIM800=n。且wrappers.c文件中代码需实现以下HAL函数。

int HAL_AT_CONN_Close(int fd, int32_t remote_port)
int HAL_AT_CONN_Deinit(void)
int HAL_AT_CONN_DomainToIp(char *domain, char ip[16])
int HAL_AT_CONN_Init(void)
int HAL_AT_CONN_Send(int fd, uint8_t *data, uint32_t len, char remote_ip[16], int32_t remote_port, int32_t timeout)
int HAL_AT_CONN_Start(at_conn_t *conn)

int32_t HAL_AT_Uart_Deinit(uart_dev_t *uart)
int32_t HAL_AT_Uart_Init(uart_dev_t *uart)
int32_t HAL_AT_Uart_Recv(uart_dev_t *uart, void *data, uint32_t expect_size, uint32_t *recv_size, uint32_t timeout)
int32_t HAL_AT_Uart_Send(uart_dev_t *uart, const void *data, uint32_t size, uint32_t timeout)

int HAL_GetDeviceName(char device_name[IOTX_DEVICE_NAME_LEN])
int HAL_GetDeviceSecret(char device_secret[IOTX_DEVICE_SECRET_LEN])
int HAL_GetFirmwareVersion(char *version)
int HAL_GetProductKey(char product_key[IOTX_PRODUCT_KEY_LEN])

void *HAL_Malloc(uint32_t size)
void HAL_Free(void *ptr)

void *HAL_MutexCreate(void)
void HAL_MutexDestroy(void *mutex)
void HAL_MutexLock(void *mutex)
void HAL_MutexUnlock(void *mutex)

void *HAL_SemaphoreCreate(void)
void HAL_SemaphoreDestroy(void *sem)
void HAL_SemaphorePost(void *sem)
int HAL_SemaphoreWait(void *sem, uint32_t timeout_ms)
int HAL_ThreadCreate(void **thread_handle,
                     void *(*work_routine)(void *),
                     void *arg,
                     hal_os_thread_param_t *hal_os_thread_param,
                     int *stack_used)

void HAL_SleepMs(uint32_t ms)
void HAL_Printf(const char *fmt, ...)
int HAL_Snprintf(char *str, const int len, const char *fmt, ...)
uint64_t HAL_UptimeMs(void)

将SDK整合到IAR工程中。
如下图所示。

运行SDK，进行测试。
运行成功后，设备端本地日志如下图。

在物联网平台控制台，监控运维 > 日志服务中，也可查看设备上报数据到云端的日志。

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