STM32生态系统 云平台之间的移植

STM32-阿里云物联网应用开发联合课件

首先我们先来了解一下“STM32-阿里云物联网应用开发联合课件”，以及其中Paho例程的系统架构和功能。

该课程以基于STM32的温湿度控制器作为节点端，通过阿里云IoT平台转发数据到用户自己的服务器，并开发了网页端的用户操作界面来监测和控制节点端。

课程涵盖三部分的内容：

•        STM32节点端开发：针对资源受限设备和资源丰富的设备提出了两种实现方式：前者使用开源的Paho MQTT开源实现，后者使用阿里云物联网平台的Linkkit SDK

•        阿里云IoT平台使用和设置

•        用户服务器的搭建

课程所涉及到的代码都是开源的，可以登录图中的链接获取更多的详情。

Paho例程的软件架构

课程中的Paho例程的软件架构可以分为三层：

- 底层驱动，这一层包括STM32L4Cube HAL硬件抽象层，传感器驱动以及WIFI模块驱动。HAL硬件抽象层向上层软件提供了使用各个外设的接口函数。上层的中间件，应用程序等可以通过调用这些API函数来操作外设， 这样便不会使得上层的软件依赖于某个特定的MCU。使得程序更具有复用性，并且容易移植到其他的MCU系列上去。

- 中间件：这一层包括Paho MQTT 协议栈，mbedTLS（用到HMAC-SHA1模块），以及ST的网络接口抽象层。网络接口抽象层，对底层的网络驱动函数进行封装，向上提供统一的网络接口函数，从而将应用层的代码与底层实际网络接口分开。改变以太网，wifi, 2G/3G等不同的连接方式时，不会影响应用层的代码。Paho MQTT通过网络接口抽象层向下调用对应的wifi驱动完成网络数据的发送和接收。

- 应用层：包括阿里云MQTT连接适配层和节点端业务程序。阿里MQTT连接适配层根据阿里云IoT平台的要求，依据用户提供的三元组信息构建相应的MQTT连接参数和主题，再调用PahoMQTT提供的API进行MQTT连接和通信。

连接其他平台

课件中Paho例程连接的是阿里云物联网平台，如果要将其移植到其他的平台可以有两种实现方法：

•        还是基于Paho开源实现，根据对应平台的连接要求来实现连接。

•        如果该IoT平台提供的有SDK，可以使用对应的SDK来替代Paho中间件，再基于这个SDK来做应用层的开发。一般云平台的SDK会有和它所支持的功能相关的更丰富的API可使用，并且有一些保证连接可靠性的处理。

- 第一种方法，主要影响应用层中的“阿里云MQTT连接适配层”这一部分代码，主要涉及：Ali_Iotclient.c，Ali_iot_network_wrapper.c和mqtt_msg_handler.c这三个文件。

- 第二种方法，除了“阿里云MQTT连接适配层”这一部分代码以外，还需要替换Paho中间件。

从更加通用的角度考虑，下面我们介绍第一种方法。

在接下来的介绍中，首先我们先演示如何连接到阿里云物联网平台，然后再说明如何修改代码，将开发板连接到百度云物联网平台。

例程需要的硬件

我们先来了解一下例程需要的硬件以及软件环境。

我们需要一块NUCLEO-L4R5ZI开发板，一块X-NUCLEO-IKS01A2 Sensor扩展板以及一块EXT-AT3080 Wifi扩展板。将这三块板子如下图，通过Arduino接口叠加在一起。

此外，还需要一个可以上网的wifi热点，开发板通过该热点可以连接到互联网。一台可以上网的电脑，用来编译和烧录程序，为开发板配置WIFI密码，以及通过浏览器查看云端的数据。一根micro接口的USB线，可以将开发板连接到电脑，给板子供电，进行程序调试等。

硬件环境搭建

例程需要的软件

例程的整个工程代码可以到 www.stmcu.com.cn  网站进行下载。

开发环境使用IARv8.3及以上版本。

最后需要下载串口调试工具Tera term，我们需要通过虚拟串口输入WIFI热点的密码以及三元组信息。

Tera term的配置

为了正常显示和输入串口的数据，Tera term需要按照下面进行配置。

进入阿里云物联网平台

将下载的工程烧录到开发板后，就可以连接阿里云物联网平台了。不过在连接之前，还需要先登录阿里云物联网平台，进入控制台。根据平台的操作说明，或者参考课件第三章第二节的视频（可扫描图中的二维码观看），创建自己的产品和设备。

查看三元组信息

设备创建成功后，我们就会得到由ProductKey, DeviceName和DeviceSecret组成的三元组信息。查看方法见下图。

MQTT主题与消息负载格式

在创建产品时，根据例程需要实现的功能还需要自定义下表中的四个主题：

•        ${productKey}/${deviceName}/user/tempThresholdSet， 云端服务器向该主题发布消息，可以修改报警的温度阈值。设备端（STM32）只能订阅该主题。

•        ${productKey}/${deviceName}/user/clearAlarm，云端服务器向该主题发布消息，可以清除报警状态。设备端只能订阅该主题，收到该主题的消息后，不再向云端发布报警信息

•        ${productKey}/${deviceName}/user/tempAlarm，设备端检测到温度超过阈值后，向该主题发布高温报警信息

•        ${productKey}/${deviceName}/user/tempHumUpload，设备端定期向该主题发布检测到的温湿度信息

节点端运行

接下来将已经烧录好Paho例程的NUCLEO-L4R5ZI开发板通过板载的ST-LINK连接到电脑，在电脑上打开Tera term。按下板上的黑色复位键后，在Tera term的窗口中就可以看到启动信息了。

第一次连接WIFI热点时，需要在程序启动后，马上按下蓝色USER按键，然后根据提示输入wifi热点名称和密码。然后开发板会自动连接到热点。在Tera term窗口中看到IP地址，说明WIFI热点已经连接成功。之后需要再次按下蓝色USER按键，然后按提示输入Region ID和设备的三元组信息。输入的信息会有回显，所以我们可以在窗口确认输入的内容是否正确。

所有的信息输入完成后，程序就会自动连接阿里云物联网平台。

运行效果

在接下来的串口信息中，我们可以看到：阿里云IoT平台连接成功后，节点端向云端订阅了“tempThresholdSet”和“clearAlarm”这两个主题，并开始每5秒上报节点的当前温湿度值。这时我们回到云平台的控制台，也可以看到设备上报的信息了。

百度云设备 VS 阿里云设备

我们现在已经成功连接到了阿里云物联网平台，那接下来我们看看如何修改代码来连接到百度云物联网平台。

首先我们来对比一下这两个平台的接入过程的区别。阿里云物联网平台和百度云物联网平台都支持MQTT，所以不存在切换接入协议的情况。而且这两个平台都支持通过MQTT的用户名和密码来进行设备身份认证，所以这样我们需要改动的地方就不多了，需要关心的主要是MQTT连接参数构成的不同，如下表所列出内容。

MQTT是基于TCP之上的协议，它的连接分为两个过程：

先和服务器建立TCP连接，再在TCP连接的基础之上建立MQTT连接。

- 在第一个连接过程中，需要知道服务器的域名，以及端口号。连接阿里云物联网平台时，服务器的域名是根据一定规则由三元组进行构建的，在程序中由get_mqtt_server_addr函数完成，而连接百度云物联网平台时，在注册产品设备后，服务器的域名由平台直接给出。这两个平台在不加密传输时，端口号都是用的1883。

- 第二个连接过程，也就是MQTT连接，需要用到ClientID， UserName和Password等参数。这三个参数对于阿里云物联网平台来说，也是根据一定规则由三元组进行构建的，而百度云物联网平台都是直接给出。相关函数见下表。

连接建立好后，设备端程序运行时会用到四个主题，所以在百度云物联网平台上需要创建对应的主题，并保证和代码中一致。

进入百度云物接入管理平台

分析完，两个平台连接参数的区别。接下来我们就动手开始移植的工作。

首先，我们到百度云物联网平台，先创建项目和用户。这里的项目和用户，我们可以理解成产品系列和具体设备。具体创建步骤这里就不说了，大家可以按照平台的说明进行。

创建用户获得的MQTT连接参数

创建成功后，我们就会得到以下信息：MQTT服务器域名，MQTT连接用户名和MQTT连接密码。 MQTT连接的clientID平台没有给出，我们可以自行指定一个唯一的字符串作为ClientID号。

获得服务器域名函数修改

拿到这些信息后，接下来我们就开始修改代码。前面我们说过，基于Paho例程的移植，主要影响“阿里云MQTT连接适配层”这部分代码，对于我们这次的移植，主要影响的是Ali_Iotclient.c，Ali_iot_network_wrapper.c这两个文件里的函数，函数名已经在前面MQTT连接参数比较的表格中列出。

下面，我们就一个一个进行修改。

获得服务器域名函数修改

获得MQTT用户名函数修改

获得MQTT密码函数修改

构建主题

建立TCP连接函数修改

除此以外，因为连接百度云物联网平台的MQTT参数不需要代码进行构建，直接用从平台获取的字符串就可以。所以在调用相关函数的时候，有些输入参数不再需要，比如RegionID，ProductKey，DeviceName等，所以在下面连接TCP服务器以及MQTT服务器的代码中，去掉这些部分代码，而为了简单起见，直接将函数调用时的这部分输入参数设为NULL。

建立MQTT连接函数修改

其他修改

最后因为不需要输入三元组了，为简单起见，可直接注释掉initPlatform函数中，通过串口输入三元组的函数updateDeviceConfig。

到这里，所有需要修改的地方都已经完成，重新编译代码就可以连接到百度云物联网平台了。