[IOT] 自制蓝牙工牌办公室定位系统（一）—— 阿里物联网平台概览及打通端到云（硬核·干货）

1、快速入门创建产品 —— 小白，打包带走去吹牛
2、代码分析 —— 老炮，快速了解能用上
3、移植到ESP32上搞IOT —— 二营长，把老子的意大利炮拿上来
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系统： linux、esp32

声明： 非软文

1、快速入门创建产品 —— 小白，打包带走去吹牛

链接： https://iot.console.aliyun.com/quick_start

直接看下面的视频：(注意浏览器使能下unsafe load，因为我的视频服务器是自己搭的）

这里创建了一个名字为aliyun_test的产品，在该产品下创建一个名为linux_aliyun_teset的设备，并生成了一个基于linux平台的嵌入式C开发工具包aliyun_iot_device_quickstart.zip。我们按照指引将工具包解压、编译、运行可看到通过MQTT云端和本地进行通信的效果：

unzip aliyun_iot_device_quickstart.zip

cd aliyun_iot_device_quickstart

sh ./start.sh

运行启动脚本后，可以在云端的设备日志和本地termial中发现设备通信的LOG：

2、代码分析 —— 老炮，快速了解能用上

如果本文仅仅讲体验一下就太没勁了！说不定博客园小编还会把我的文章从主页上“拉下马”。

2.1 从start.sh分析开发环境如何自动构建

下面是没有执行脚本之前的压缩包内容：

➜  Downloads  mv aliyun_iot_device_quickstart aliyun_iot_device_quickstart2

➜  Downloads  unzip aliyun_iot_device_quickstart.zip

➜  Downloads  cd aliyun_iot_device_quickstart

➜  aliyun_iot_device_quickstart  tree

.

├── device_id_password.json

├── makefile

├── sample.c

└── start.sh

0 directories, 4 files

该压缩包内包含：开始脚本start.sh，makefile，应用层代码sample.c，设备访问Aliyun的核心信息*.json。

1）其中start.sh前50行都在检测你的环境是否安装必要工具，例如gcc、tar、cmake...；然后读取json文件，抽出其中的pk\dn\ds，分别是productKey\deviceName\deviceSecret；接下来是构建开发环境，主要是从云端下载一个sdk:linkkit2.2.1.tar.gz；接下来将托来的SDK调用make进行编译，生成aliyun-iot-c-sdk的lib库文件，然后分别把对应的lib和include分别复制到根目录下的lib和include中；最后再次使用make进行clean\all，然后启动。（下面抽几个核心代码贴下）

从json读取pk\dn\ds：（我会用jq来处理）

  pk=`grep -Po '(?<=productKey": ")[0-9a-zA-Z]*' ${json}`

  dn=`grep -Po '(?<=deviceName": ")[\-_@\.:0-9a-zA-Z]*' ${json}`

  ds=`grep -Po '(?<=deviceSecret": ")[0-9a-zA-Z]*' ${json}`

下载sdk并解压：

  echo "download sdk tar"

  wget ${url}

  tar -zxf ${sdktar} ${sdkdir}/

  rm -f ${sdktar}

编译成库：

  cd ./iotx-sdk-c

  make distclean

  make

  cd ..

  cp -r ./iotx-sdk-c/output/release/lib ./lib

  cp -r ./iotx-sdk-c/output/release/include ./include

编译并运行：

  make clean -s

  make all PK=${pk} DN=${dn} DS=${ds}

  ./quickstart

2）其中makefile过于简单，主要是用SDK生成的lib来编译应用层代码sample.c，核心代码如下：

sample.o:sample.c

	$(CC) $(CFLAGS) $(INCLUDE) ${DID} -c $^ 

OBJS= sample.o

.PHONY:all

all:$(OBJS) $(LIB)

	$(CC) $(CFLAGS) $(INCLUDE) -o $(TARGET) $(OBJS) $(LIBVAR) $(LIBPATH)

.PHONY:clean

clean:

	rm -f *.o

	rm -f $(TARGET)

2.2 从sample.c分析程序流程

应用层代码总共约400行，下面是main函数：

int main(int argc, char **argv)

{

    app_print_banner();

    IOT_OpenLog("sample");

    APP_TRACE("sample start!\n");

    /*

     * C-SDK quick start sample

     * please check document: https://help.aliyun.com/document_detail/73708.html?spm=a2c4g.11174283.6.560.zfcQ3y

     *         API introduce: https://help.aliyun.com/document_detail/68687.html?spm=a2c4g.11186623.6.627.RJcT3F

     */

    app_setup_info();

    app_linkkit_sample();

    IOT_CloseLog();

    APP_TRACE("sample end!\n");

    return 0;

}

其中最重要的就是app_linkkit_sampl(void), 该函数的前30行主要负责初始化linkkit结构体并启动linkkit：

linkkit_ops_t结构体内的变量是从linkkit底层引出到应用层的函数指针，可见该结构体的作用相当于SDK层和应用层的咽喉；
.on_connect函数指针，用于SDK层通知APP层设备连接上云了；
.on_disconnect函数指针，用于SDK层通知APP层设备与云断开了；
.raw_data_arrived函数指针，用于SDK层将收到的原始数据通知到APP层；
.thing_creat函数指针，用于SDK层通知APP层thing创建了（thing可能就是alithing吧)；
.thing_enable/disable = NULL；
.thing_call_service函数指针，用于自定义服务回调（暂时不太理解）；
.thing_prop_changed函数指针，比较重要，从下图log来看是云端下发数据时设备收数据的回调函数；
.linkit_data_arrived函数指针，暂时不清楚；

下图非常详细的展示了应用层上述函数指针的实现，以及程序运行起来后每部分的作用（建议单独tab打开图片）：

为了方便看，我把其纵向切割成3份：

linkkit_ops_t结构体初始化：
各种函数指针给linkkit_ops_t赋值：
LOG：

2.3 数据下发流程分析

我们创建的aliyun_test只有两个自定义功能：

每次云端有PROPERTY数据变化会出发下面的回调函数，在该函数中我们通过判断PROPERTY_ID，来区分不同功能点：

static int thing_prop_changed(const void *thing_id, const char *property, void *ctx)

{

    int status[1];

    char *data;

    if (memcmp(property, PROPERTY_ID_STATUS, strlen(PROPERTY_ID_STATUS)) == 0) {

        linkkit_get_value(linkkit_method_get_property_value, thing_id, property, status, NULL);

        APP_TRACE("Received a message: {\"%s\":%d}\n", property, status[0]);

        /* do user's data arrived process logical here. */

    }

    else if (memcmp(property, PROPERTY_ID_DATA, strlen(PROPERTY_ID_DATA)) == 0) {

        linkkit_get_value(linkkit_method_get_property_value, thing_id, property, NULL, &data);

        APP_TRACE("Received a message: {\"%s\":\"%s\"}\n", property, data);

        HAL_Free(data);     /* free memery as it was malloc by linkkit api linkkit_get_value() */

    }

    return 0;

}

下面是云端主动推送信息下来后本地打印的LOG：

2.4 数据读取与上报流程分析

本DEMO启动之后会每隔5S将上报所有（2个）property，具体逻辑是：先读取STATUS和DATA，如果DATA没有数据，则发送hello world：

static int app_post_all_property(void)

{

    int res;

    int status[1] = {0};

    char *data = NULL;

    linkkit_get_value(linkkit_method_get_property_value, app_context.thing, PROPERTY_ID_STATUS, status, NULL);

    linkkit_get_value(linkkit_method_get_property_value, app_context.thing, PROPERTY_ID_DATA, NULL, &data);

    /* init data property to "Hello world" if it is value is NULL */

    if (data == NULL) {

        linkkit_set_value(linkkit_method_set_property_value, app_context.thing, PROPERTY_ID_DATA, NULL, PROPERTY_ID_DATA_VALUE);

        linkkit_get_value(linkkit_method_get_property_value, app_context.thing, PROPERTY_ID_DATA, NULL, &data);

    }

    APP_TRACE("{\"%s\":%d, \"%s\":\"%s\"}", PROPERTY_ID_STATUS, status[0], PROPERTY_ID_DATA, data);

    HAL_Free(data);     /* free memery as it was malloc by linkkit api linkkit_get_value() */

    /* demo for post all property */

    res = linkkit_post_property(app_context.thing, NULL, post_property_cb);

    if (res == SUCCESS_RETURN) {

        APP_TRACE("app post all properties every 5 seconds successfully");

    }

    else {

        APP_TRACE("app post all properties every 5 seconds fail");

    }

    return res;

}

下面是本地主动周期性上报的LOG：

3、移植到ESP32上搞IOT —— 二营长，把老子的意大利炮拿上来

如果本文到此为止，老炮们肯定会吐槽这是个骗流量的文章！老炮内心OS中：阿里的linux上的调试工具挺方便的，如果上面不写代码分析，贴这么多图、变着花样的贴图，而且自己服务器上搭的图床带宽还辣么窄，看你写啥（捂脸笑）。

3.1 搭建ESP32全自动命令行开发环境

通过下面两个资料，大家可以自行搭建环境：

SDK介绍：对于ESP32乐鑫官方提供了一个IDF :

official development framework for the ESP32 chip.
环境搭建：如果你想自己搭建开发环境，参见乐鑫官方资料：

ESP-IDF Programming Guide

不过！作为系统洁癖和拒绝重复造轮子的博主，已经写了一个全自动构建环境的脚本、并把该工具在github上开源了：esp32_linux_tool ^[5]

注：nbtool是博主专门放自己造的或收集到的牛逼轮子的github组

博主造的这个轮子比较好用，基于all-in-one思想(所有相关文件在一个文件夹下；所有相关环境变量不需要额外配置）：

用的时候需要git clone到本地，进入tool文件夹，运行bash run.sh tool会自动构建ESP-IDF开发环境：

  git clone git@github.com:nbtool/esp32_linux_tool.git

  cd esp32_linux_tool

  cd tool

  bash run.sh help

  bash run.sh tool

当需要创建hello world时，只需要调用下面命令，即可从SDK中的DEMO复制到app文件夹下，并自动在app/hello_world下创建run.sh脚本：
```
  bash run.sh create ../sdk/esp-idf/examples/get-started/hello_world hello_world

  cd ../app/hello_world

  ./run.sh help
```
当需要编译并烧写固件到ESP32中的时，只需要调用./run.sh flash即可：
```
  ./run.sh flash
```
当需要观察LOG的时候，只需要：
```
  ./run.sh monitor
```

是不是很好用？（哈哈），想要了解其机制，只需要参考下tool下的run.sh即可～

3.2 基于ESP32移植并编译阿里iotkit-embedded成lib

设备厂商在设备上集成 Link Kit C-SDK 后, 可以将设备安全的接入到阿里云IoT物联网平台, 从而让设备可以被阿里云IoT物联网平台进行管理。

设备需要支持TCP/IP协议栈才能集成SDK, zigbee/433/KNX这样的非IP设备需要通过网关设备接入到阿里云IoT物联网平台, 网关设备需要集成Link Kit SDK ^[6]。

基于我们的esp_32_linux_tool环境来编译iotkit-embedded：

cd esp32_linux_tool

cd app

git clone https://github.com/aliyun/iotkit-embedded.git

cd iotkit-embedded

在iot-embedded文件夹下创建一个run.sh文件：

➜  iotkit-embedded git:(master) ✗ cat run.sh

#!/bin/bash

#I don't like to set environment variables in the system,

#so I put the environment variables in run.sh.

#Every time I use run.sh, the enviroment variables will be set, after use that will be unsetted.

PROJECT_ROOT=../..

TOOLS_PATH=$PROJECT_ROOT/tool

SDK_PATH=$PROJECT_ROOT/sdk

APP_PATH=$PROJECT_ROOT/app

XTENSA_ESP32_ELF_PATH=$TOOLS_PATH/xtensa-esp32-elf

ESP_IDF_PATH=$SDK_PATH/esp-idf

the_sdk_path=`cd $ESP_IDF_PATH; pwd`

the_tool_chain_path=`cd $XTENSA_ESP32_ELF_PATH/bin; pwd`

export PATH="$PATH:$the_tool_chain_path"

export IDF_PATH="$the_sdk_path"

if [ "$1" == "reconfig" ]; then

    make reconfig

elif [ "$1" == "make" ]; then

    make

elif [ "$1" == "clean" ]; then

    make clean

else

    echo "error, try bash run.sh help"

fi

将config.esp8266.aos, 复制一份保存为config.esp32.aos，做一些细微调整，最终如下：

➜  iotkit-embedded git:(master) ✗ cat src/board/config.esp32.aos

CONFIG_ENV_CFLAGS   += \

    -DBOARD_ESP32 -u call_user_start \

    -fno-inline-functions \

    -ffunction-sections \

    -fdata-sections \

    -mlongcalls \

    -DESPOS_FOR_ESP32 -Wl,-static \

    -DXT_USE_THREAD_SAFE_CLIB=0 \

CONFIG_ENV_CFLAGS   += \

    -Os \

    -DCONFIG_HTTP_AUTH_TIMEOUT=500 \

    -DCONFIG_MID_HTTP_TIMEOUT=500 \

    -DCONFIG_GUIDER_AUTH_TIMEOUT=500 \

    -DCONFIG_MQTT_TX_MAXLEN=640 \

    -DCONFIG_MQTT_RX_MAXLEN=1200 \

CONFIG_src/ref-impl/tls         :=

CONFIG_src/ref-impl/hal         :=

CONFIG_examples                 :=

CONFIG_tests                    :=

CONFIG_src/tools/linkkit_tsl_convert :=

CROSS_PREFIX        := xtensa-esp32-elf-

最后，运行下面语句进行选择平台并编译生成lib库：

./run.sh reconfig

./run.sh make

最终生成libiot_sdk.a如下：

3.3 基于esp-aliyun和iotkit-embedded实现ESP32 DEMO —— 上下求索、坑外有坑

esp-aliyun ^[7] 是乐鑫官网提供的一个通过MQTT访问aliyun iot服务器的开源项目。该项目不仅依赖于3.2节介绍的iotkit-embedded ^[6] 生成的lib，而且尴尬的是辛辛苦苦编译成功后，还不能和我们第一章创建的产品通信（成功操作会连接到云端保持online，但是update\get数据都有误）。

楼主依次做了如下操作，均失败（阿里云IOT更新太快（资料不全）呀！）：

对比linux SDK和esp-aliyun项目的区别，发现两个实现方法不一样：linux SDK用了linkkit（比较方便能和云通信，代码架构也清晰）；esp-aliyun仅仅实现了MQTT的DEMO，只有没有封装太多的MQTT发布订阅函数（因此两个代码有区别）
发现linkkit_ops_t项目本身也有DEMO：这个在项目的examples下，其中包含mqtt/mqtt_example.c（和esp-aliyun一模一样！！！）和linkkit/linkkit_example_solo.c（和linux SDK相似，用 IOT_Linkkit_xx实现高级玩法）
直接将linkkit/linkkit_example_solo.c覆盖掉esp-aliyun下的mqtt_example.c，做合理修改，发现总是编译不通过（尝试各种iotkit-embedded参数配置，生成lib）
分析iotkit-embedded工程，发现编译平台为linux的时候能够自动编译example下面的demo，同样的操作选择esp32的时候不能。
发现AliOS Thing似乎实现了上面我想要在esp-32上编译运行基于IOT_Linkkit_xx的linkkit_example_solo.c demo！（捂脸笑）

但是楼主在前面已经立下flag，要基于我做的esp32_linux_tool实现一个能够与第一章创建的aliyun_test交互的DEMO，那是绝对不能拿AliOS Thing来糊弄大家的（AliOS Thing之后讲，哈哈）！

3.4 基于esp-aliyun和iotkit-embedded实现ESP32 DEMO —— 方法突破、绝处逢生

利用下班的一点点时间，将3.3的问题趟了两天、阿里资料看了多遍，最终又找到了一个奇巧淫技！我将linux版的DEMO开一段时间，在aliyun后台看所有交互的log的数据包，然后我参考这个数据包用mqtt_example.c里的原始MQTT函数进行合成高级命令，然后实现和阿里云通信。

采用上述方法，我发现原来mqtt_example.c中TOPIC和上报json数据格式是有问题的：

其中TOPIC要按照创建产品的topic列表中来（其中发布用来上报数据、订阅用来收取数据）：

  /* These are pre-defined topics */

  #define TOPIC_UPDATE                    "/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/user/update"

  #define TOPIC_ERROR                     "/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/user/update/error"

  #define TOPIC_GET                       "/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/user/get"

  #define DEVICE_PROPERTY_POST            "/sys/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/thing/event/property/post"//设备属性上报

  #define DEVICE_PROPERTY_POST_REPLY      "/sys/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/thing/event/property/post_reply"//设备属性上报变化订阅（这个topic列表中没有，我自己抓出来的）

  #define DEVICE_PROPERTY_SET             "/sys/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/thing/service/property/set"//设备属性设置订阅

  #define DEVICE_INFO_UPDATE              "/sys/"PRODUCT_KEY"/"DEVICE_NAME"/thing/deviceinfo/update"//设备标签上报

其中json数据格式有一定的规范，不能直接组一个{"Status":1}就上报，要带一部分参数：

  {

  	"method":"thing.event.property.post",

  	"id":"7",

  	"version":"1.0",

  	"params":{

  		"Status":1,

  		"Data":"Hello, World!"

  	}

  }

注：其实最后通过仔细阅读Link Kit SDK用户手册 ^[8] ，也印证了我上面的尝试～

3.5 基于esp-aliyun和iotkit-embedded实现ESP32 DEMO —— 发布订阅、全部实现

采用上述json格式，成功将数据上报到DEVICE_PROPERTY_POST的TOPIC下，通过进一步查后台LOG发现一个隐藏的TOPIC：DEVICE_PROPERTY_POST_REPLY，通过订阅该TOPIC每次上报导致数据变化就能被监听到了！（和linux SDK版本一样了，舒服）

一不做二不休，直接实现所有订阅：

/* Subscribe the specific topic */

rc = IOT_MQTT_Subscribe(pclient, DEVICE_PROPERTY_SET, IOTX_MQTT_QOS1, _demo_message_arrive, NULL);

if (rc < 0) {

	IOT_MQTT_Destroy(&pclient);

	EXAMPLE_TRACE("IOT_MQTT_Subscribe() failed, rc = %d", rc);

	return -1;

}

rc = IOT_MQTT_Subscribe(pclient, DEVICE_INFO_UPDATE, IOTX_MQTT_QOS1, _demo_message_arrive, NULL);

if (rc < 0) {

	IOT_MQTT_Destroy(&pclient);

	EXAMPLE_TRACE("IOT_MQTT_Subscribe() failed, rc = %d", rc);

	return -1;

}

rc = IOT_MQTT_Subscribe(pclient, TOPIC_GET, IOTX_MQTT_QOS1, _demo_message_arrive, NULL);

if (rc < 0) {

	IOT_MQTT_Destroy(&pclient);

	EXAMPLE_TRACE("IOT_MQTT_Subscribe() failed, rc = %d", rc);

	return -1;

}

rc = IOT_MQTT_Subscribe(pclient, DEVICE_PROPERTY_POST_REPLY, IOTX_MQTT_QOS1, _demo_message_arrive, NULL);

if (rc < 0) {

	IOT_MQTT_Destroy(&pclient);

	EXAMPLE_TRACE("IOT_MQTT_Subscribe() failed, rc = %d", rc);

	return -1;

}

实现数据周期性上报：

 do {

	/* Generate topic message */

	cnt++;

	msg_len = snprintf(msg_pub, sizeof(msg_pub), "{\"method\":\"thing.event.property.post\",\"id\":\"7\",\"version\":\"1.0\",\"params\":{\"Status\":%d,\"Data\":\"Hello, World!-%d\"}}",cnt%2 == 0,cnt);

	if (msg_len < 0) {

	    EXAMPLE_TRACE("Error occur! Exit program");

	    return -1;

	}

	topic_msg.payload = (void *)msg_pub;

	topic_msg.payload_len = msg_len;

	rc = IOT_MQTT_Publish(pclient, DEVICE_PROPERTY_POST, &topic_msg);

	...

}

最终周期性上报数据并收到订阅的回调LOG截图如下：

3.6 基于esp-aliyun和iotkit-embedded实现ESP32 DEMO —— 全自动脚本、免费送

最后，为了感谢2018年来新老访客的点赞（疯狂暗示中），我编写了一个超级轻量级全自动构建、编译、烧写、DEBUG的脚本，助你一键体验，爽翻。

GIT 地址： https://github.com/nbtool/esp32_linux_tool

体验方法：

#克隆项目到本地

> git clone git@github.com:nbtool/esp32_linux_tool.git

#构建esp32开发环境

> cd ./esp32_linux_tool/tool

> ./run.sh help

> ./run.sh tool

#进入aliyun_demo应用文件夹，查看帮助

> cd ../app/aliyun_demo

> ./run.sh help

|----------------------------------------------------

| ./run.sh op param

| op:

|   create : downloads iotkit and aliyun-esp32 from github and make some change

|   sdk : param = reconfig/config/make/clean

|   app : param = deconfig/config/make/erase/flash/monitor/clean

| examples:

|   first create sdk lib : create -> sdk reconfig -> sdk config -> sdk make

|   second create app : config -> make -> flash -> monitor

|----------------------------------------------------

#编译iotkit-embedded成lib

> ./run.sh create

> ./run.sh sdk reconfig

> ./run.sh sdk make

#编译应用层代码，并烧写查看LOG

> ./run.sh app config

> ./run.sh app make

> ./run.sh app flash

> ./run.sh app monitor

注：可以从aliyun_demo/run.sh中了解如何实现自动化的～: 完～; 大家觉得不错，可以点推荐给更多人～; 明天年会，再干一周，放假，用这篇超长文做个年终总结吧（笑）～

@beautifulzzzz

以蓝牙技术为基础的的末梢无线网络系统架构及创新型应用探索！

领域：智能硬件、物联网、自动化、前沿软硬件

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