嵌入式开发必备项：用FreeRTOS+机智云开发智能设备

xiaokang2020

随着物联网的发展，未来的嵌入式产品必然朝着更加智能化、场景多样化、实时性更高等趋势发展，要处理好这些任务时，一个好的RTOS少不了。对于嵌入式开发者来说，了解和学习一个RTOS也是必要项之一，上手简单、及时性和可靠性高的FreeRTOS是最佳选择，和对开发者友好、物联网开发平台机智云配合，刚好满足了我对智能化开发的需求。下面，我将从基础入手，来讲讲使用机智云+STM32F407+ESP8266+freeRTOS的设计，分别定义了GPIO输入输出，PWM输入输出。

实现步骤如下：

• WIFI模块烧录GAgent。
  1.1 在机智云官网上下载固件，下载好的固件如图1-1所示。
  
  1.2 在乐鑫官网下载ESP8266的烧写工具。其中第一栏选择烧写的固件文件（32位含有combine的文件），并勾选前面的方框，起始地址填0，CrystalFreq选择26M，SPI SPEED选择40MHz，SPI MODE选择DOUT,FLASH SIZE选择32Mbit-C1。如图1-2所示。
  
  1.3 按照图1-3连接电路。点击烧写软件的START，会出现“等待上电同步”字样，点击KEY1触发后，会显示下载中，知道出现“Finish”字样，表示固件烧写成功。
  
• 登录开发者账号，创建产品及数据点。
  2.1 进入机智云官网，注册登录后进入开发者中心，可以看到如图2-1所示界面。
  
  2.2 点击创建产品，在创建界面设定好产品名称，选择WIFI/移动网络方案。选择通讯方式为WIFI，数据传输方式为定长。如图2-2所示。
  
  2.3 创建完成后，点击“数据点”，可以新建不同类型的数据点，如图2-3所示，该处新建了16个不同的数据点。
  
• 使用机智云串口调试工具配置WIFI模块。
  3.1 下载机智云串口调试助手并解压，将WIFI模块与USB转TTL相连（WIFI模块的TX连TTL的RX，RX连TTL的TX，VCC一定得接3.3V），插上计算机USB接口后，打开机智云串口调试助手，选择“模拟V4MCU”，如图3-1所示。
  
  3.2 进入刚创建机智云产品中，点击“基本信息”后，获取到Product Key和Product Secret，如图3-2-1所示。将Product Key和Product Secret输入机智云串口调试助手，并点击保存，会弹出如图3-2-2的窗口，且右侧会显示我们定义的数据点列表。
  
  
  3.3 选择好USB转TTL的串口，并点击“打开串口”，WIFI模块会自动询问，如图3-3所示。
  
  3.4 打开“指令界面”，点击AirLink后，接收界面会出现如图3-4类似的数据，代表WIFI模块完好。
  
  3.5 进入机智云手机App,注册登录后，点击右上角“+”号，选择“一键配置”，输入手机连接的WIFI的SSID和密码（此时须保证调试的计算机与手机连接的是同一WIFI，且最好使用路由器），点击“下一步”，选择“乐鑫”，点击 “确定”，再次点击机智云串口调试助手指令界面的“AirLink”，再点击手机App上的“我已完成上述操作”，进入“搜索并连接设备”，具体流程如图3-5-1,3-5-2所示。
  
  
  3.6 点击搜索到的设备，在手机App上控制数据点，可以看到机智云串口调试助手数据点的值跟随变化（如图3-6-1,3-6-2所示），则代表WIFI模块配置完成。
  
  
• 实现WIFI与MCU的通信协议（可使用机智云MCU代码生成），配置Cube mx并生成代码。
  4.1 进入机智云网站产品页面，点击MCU开发，硬件方案选择“独立MCU方案”，硬件平台选择“STM32F407x”，并在Product Secret处输入该产品的Product Secret，点击生成代码包，如图4-1所示。
  
  4.2 稍等片刻待代码包生成，下载并解压，如图4-2所示。
  
  4.3 由于在该实验中我们使用的是STM32F407VGT6，而机智云生成代码的MCU为STM32F407ZGT6，故我们需要移植一下，首先打开Cube mx新建一个项目，选择STM32F407VG（如图4-3所示）,双击创建项目。
  
  4.4 点击File->Import Project,点击“…”并选择刚才机智云生成的项目文件中的ioc文件（如图4-4-1所示），点击“OK”后，直到出现图4-4-2所示窗口，点击“Close”，表示导入成功，导入后的引脚配置如图4-4-3所示。
  
  
  
  4.5 首先配置SYS，Timebase Source选择TIM14，如图4-5-1所示。然后配置除了KEY1,KEY2的GPIO（KEY1,KEY2已经自动生成），如图4-5-2所示。
  
  
  4.6 配置Timers，TIM2是项目生成时自动配置，所以不用配置，配置TI***时，将Clock Source选择为Internal Clock。TI***的Channel 1-Channel 4为PWM输出（如图4-6-1），该实验中配置的引脚为PB6-PB9，在下方的Configuration中的Parameter Settings中配置如图4-6-2所示，其他地方使用默认即可。
  
  
  4.7 再配置ADC，勾选IN4-IN7（对应引脚为PA4-PA7），如图4-7-1所示。然后在下方Configuration中DMA Setting，点击“Add”，出现如图4-7-2所示界面，选择ADC1，并配置成如图4-7-3所示, Parameter Settings中配置如图4-7-4所示，其他不用配置，保持默认即可，值得注意的是，该处使用到了TIM8，TIM8的Mode中Clock Source选择为Internal Clock，TIM8的Configuration配置如图4-7-5所示。
  
  
  
  
  
  4.8 点击System Core中的NVIC，配置优先级如图4-8-1所示，Code generation配置如图4-8-2所示。
  
  
  4.9 点击Middleware中的FREERTOS，interface选择CMSIS_V1（如图4-9-1所示），在下方Tasks and Queues并创建以下6个Task，如图4-9-2所示。
  
  
• 编写外设驱动程序，直至手机App能与MCU建立通信，并能控制传感器外设。
  5.1 打开keil5，在main.c中找到HAL_TIM_PeriodElapsedCallback函数，将整个函数注释掉，然后在gizwits_product.c文件中同样可以找到同名HAL_TIM_PeriodElapsedCallback函数，将刚才注释函数的函数体内容放入其中，如图5-1-1,5-1-2所示。
  
  
  5.2 将main.c中while(1)中内容剪切放入创建的StartGizwitsHandleTask任务中，用于处理数据上行下发，如图5-2-1，5-2-2所示。
  
  
  5.3 将StartSysInitTask函数中for循环内容改为vTaskDelete(NULL),如图5-3所示。
  
  5.4 在gizwits_product.h文件中头文件导入处添加（如图5-4-1所示）“#include“smsis_os.h””，并添加如图5-4-2所示内容。
  
  
  5.5 在common.h中创建联合体，如图5-5-1所示，其中高8位用以区别GPIO和PWM，次高8位用来区别引脚，后16为存入数值。在函数gizwitsEventProcess中，for循环外声明联合体（如图5-5-2所示），for循环中switch—case语句中，注释掉if—else判断，对联合体变量赋值，并利用通知将该联合体发送出去，如图5-5-3所示（个例）。
  
  
  
  5.6 在StartGPIO_OutputTask函数中，在for循环外添加如图5-6-1的声明代码，在for循环内，删除原先所有代码，添加如图5-6-2所示代码，本图只举case为1的情况，添加后可对GPIO进行开关操作。
  
  
  5.7 在StartPWM_OutputTask函数中，需要开启PWM通道，并需要先将CCR置为0（在for循环外，如图5-7-1所示），并就通知内容的不同，做不同的动作（在for循环内），添加代码部分如图5-7-2所示。
  
  
  5.8 在StartGPIO_InputTask函数中，直接利用HAL_GPIO_ReadPin读取GPIO状态，并存入数据点结构体中，如图5-8-1所示。在StartADC_inputTask函数中，需要先开启DMA，其中adc_result_buf为定义的一个长度为4的数组，添加代码如图5-8-2所示。
  
  
  5.9 将main.c中的如下代码剪切（如图5-9-1所示）到StartSysInitTask函数中（如图5-9-2所示）。
  
  
• 至此，两类输入/输出代码完成，可以根据不同用途添加代码，在这里我用到了一个LED检测了一下。
  6.1 手机上打开机智云App，控制舵机转动和LED亮灭。如下图所示。