AliOS Things入门(1) 基于STM32L4与MDK搭建AliOS Things2.1.0开发环境
文章目录
1 前言
随着2016年NB-IoT技术标准的冻结，物联网（IoT）整个领域迎来新一轮的快速发展，行业机构预测物联网技术（IoT）在2017~2021期间将持续火爆。同时随着大数据、云计算、IoT技术等进一步发展与成熟、芯片存储成本的下降、IoT应用的快速普及等等，物联网RTOS做为IoT设备的基础软件，在必定程度上能够破解物联网下游的碎片化困局，加快下游物联网应用的开发进程，所以再次焕发新生。
物联网RTOS相比嵌入式RTOS（linux、安卓…）面向的应用范畴更为普遍，可是目前阶段，物联网终端应用不少都是基于MCU的裸机开发（Bare-metal）模式，而基于MCU开发，国内开发者更可能是基于Window系统，习惯使用的开发工具是IDE（KEIL\IAR等），而不是linux的命令行方式。基于两种平台的开发方式各有千秋，主要仍是看我的技术积累与使用习惯。
本文主要描述了基于Window系统，使用STM32L476与MDK5来搭建Alios Things(如下简称为 AOS )系统的基础软件开发环境。主要内容涉及：linux
- AliOS Things 2.1.0代码仓库的组织架构说明
a. AliOS Things MDK开发调试方式 - 基于STM32L与MDK搭建AliOS Things的软硬件开发环境搭建
a. AliOS Things MDK工程生成方式
b. STM32L476RG-Nucleo的hello world MDK工程搭建实例
2 AliOS Things入门知识
2.1 AliOS Things代码仓库的组织架构
AliOS Things源代码组织架构符合分层架构与组件化架构。
AliOS Things架构至下（层）而上（层），分别是ios
- 板级支持包（BSP）：主要由SoC供应商开发和维护
- 硬件抽象层（HAL）：好比WiFi和UART、SPI
- 内核（Kernel）：包括Rhino实时操做系统内核、Yloop, VFS, KV 存储…
- 协议栈（Protocol Stack）：包括TCP/IP协议栈（LwIP），uMesh网络协议栈，Bluetooth、LoRaWAN…
- 安全（Security）：安全传输层协议（TLS），可信服务框架（TFS）、可信运行环境（TEE）
- AOS API：提供可供应用软件和中间件使用的API…
- 中间件（Middleware）：包括常见的物联网组件和阿里巴巴增值服务中间件，好比AT组件、Alink、MQTT、Udata…
- 示例应用(App)：阿里自主开发的示例代码，以及经过了完备测试的应用程序（好比helloworld、Alinkapp）
2.2 AliOS Things文件夹目录树
AliOS Things源代码主要托管在Github上，能够从github下载的源码 AliOS Things latest version，截止2019年6月份，当前最新release版本为2.1.0 https://github.com/alibaba/AliOS-Things/tree/rel_2.1.0git
git clone https://github.com/alibaba/AliOS-Things.gitgithub
AOS源代码目录树 - AliOS Things 2.1.0文件夹架构
web
| 分层 | 所属文件夹 | 说明 |
|---|---|---|
| APP | app | 该目录下包含了example 代码示例，经过了完备测试的应用程序（好比Alink） |
| APP | project | IDE工程目录。好比KEIL、IAR、GCC、e2studio |
| APP | test | UT测试用例 |
| APP | utility | IoT通用软件库，好比 cJSON |
| APP | include | 该目录下包含了AliOS Things内核、各组件的头文件 |
| 中间件 | middleware | IoT 通用组件，主要有 - linkkit - udata - ulocation - uagent |
| AOS API | osal | AOS API,提供可供应用软件和中间件使用的API |
| 安全组件 | security | 包括TLS，TFS， TEE在内的安全组件 |
| 应用驱动 | drivers | 该目录下包含了应用驱动代码,主要有 - sensor - sal - gprs - wifi |
| 网络链接 | network | 该目录下包含了当前支持的网络协议栈 - bluetooth - breeze - bt_host - bt_mesh - canopen - lwip - lorawan - umesh - nal - atparse - athost - netmgr - yloop - … |
| AOS内核 | kernel | 该目录下包含了Rhino、命令行（CLI） |
| HAL | board | 实际硬件开发平台，包括评估板、用户本身的硬件平台等（如STM32L496G-Discovery） |
| BSP | platform | 该目录下包含了mcu与arch文件夹 - mcu - 该目录主要存放厂商提供的芯片底层软件库代码（如STM32L4xx_cube库），主要由SoC供应商开发和维护，以及二进制文件，如系统启动、驱动、编译/连接脚本等。mcu下的目录结构按“厂商/芯片系列”进行区分 - arch - 主要存放硬件体系架构所须要的移植接口实现文件，如任务切换、启动、开关中断等（即arch/include/port.h中所定义的接口），硬件体系架构如arm、risc-v、linux、misp… - 示例(armv7m)：- 头文件：arch/arm/armv7m/gcc/m4/port*.h，代码示例。 - 源代码：arch/arm/armv7m/gcc/m4/下的.c文件和汇编文件，代码示例。 - 注：arch下的目录结构按CPU架构区分，请参照已有目录。 |
| Tool | build | 编译框架，包含了ucube.py、makefile、编译规则、编译py脚本等文件 |
| Tool | tools | 用于创建远程设备中心的testbed工具、doxygen生成文件 |
2.3 AliOS Things开发与调试方式
AliOS Things支持多种调试手段，针对不一样的功能模块，不一样的使用场景，开发者能够根据须要本身选择：api
- linux host模拟环境：适合于硬件无关的模块或者代码，可使用gdb，valgrind等流行的工具
- CLI环境：适合板上轻度调试，使用系统的各类内存调试工具
- JTAG环境：适合板上调试，利用硬件调试能力与IDE功能（MDK\IAR\AOS Studio）自己提供的在线调试功能
具体可参看《AliOS-Things调试概述 Debugging-Overview》安全
3 AliOS Things MDK环境搭建
AliOS Things MDK环境搭建目前能够有两种方式，一种是经过aos-cube工具(aos-cube 是 AliOS Things 在 Python 下面开发的项目管理工具包)经过aos make等构建命令自动生成MDK工程，另一种是使用MDK本身新建工程，添加项目文件。网络
AliOS Things uCube ≈ RT-Thread ENV （都是基于命令行的项目管理工具包）
目前这块RT-Thread支持的比较成熟,经过ENV工具的Scons快速编译生成KEIL工程，同时对于新的平台，也能够经过现有的文件，快速修改获得。架构
3.1 aos-cube自动生成MDK
Alios-things 支持将特定的目标转化成keil和iar来进行开发。自动生成keil或iar工程的命令就是在原有构建命令的基础上加上 IDE=keil 或 IDE=iar 的选项,会自动生成一个keil工程或者iar工程。构建命令：
app
aos make mqttapp@b_l475e IDE=keil
aos make mqttapp@b_l475e IDE=iar
当前使用aos-cube工具自动生成MDK的板子还比较少，具体能够参看《AliOS-Things自动生成KEIL\IAR工程 Auto-generate-keil-iar-project》这篇文章
支持状况
- 目前支持 b_l475e 和 startkit 两个board工程自动生成。其余stm32系列的自动生成的工程可能须要人为作一些修改。
- 转化出的工程默认未开优化选项
- 工程内存信息，可能与board实际的有所差异，须要完善
3.1.1 AliOS Things 2.1版本KEIL工程
从2.1.0版本，keil目录下已经再也不包含示例工程，是经过aos-cube工具自动生成。
3.2 手动新建MDK工程
虽然说是手动搭建新工程，但最好仍是找到源代码版本一致状况下的KEIL模板工程或者类似平台（好比采用上述提到的“aos-cube自动生成MDK”工程），直接复制，重命名，而后再根据实际修改。
由于AliOS Things最新发布2.1.0代码库中，KEIL默认采用自动生成方式，project目录下里面没有包含KEIL工程，当前采用的办法是参考以前版本（包含了KEIL示例工程）（能够到develop等分支下载），因为AliOS Things 2.1.0版本与以前版本对文件目录结构等作了很多调整，所以不能直接使用，须要适当修改。
相比于以前版本,2.1版本的变化如：
- 从直接mcu文件夹中分离出board相关文件，放在新增长了board文件夹内，这样有利于共用mcu中的文件
- kernel文件夹删去子文件夹core分类
- arch增长了common文件夹，用来存放port_c.c
- 新增了osal文件夹，用于存放aos api文件
接下来第4部份内容，将详细说明MDK工程的搭建过程与可能遇到的问题。
4 搭建AliOS Things第一个MDK工程
以手动搭建AliOS Things 2.1.0版本中 STM32L476RG-Nucleo的hello world MDK工程为例
首先直接拷贝以前版本的AliOS-Things\project\STM32L476RG-Nucleo\helloworld到2.1.0相同路径下面
4.1 AliOS Things系统所需基础依赖文件
基于MDK与STM32L4，AliOS Things 2.1.0系统所需的基础依赖文件主要包括以下内容，下面具体展开的是移植中比较容易出错的部分文件：
- 具体应用文件
- example
- helloworld
- AOS API文件，应用层或者中间件经过这层API接口访问内核
- osal\aos
- rhino.c
- aos_init初始化入口
- aos_start 内核启动入口
- aos_msleep 系统延时
- *aos_malloc、aos_free…
- 具体硬件平台文件
- board\STM32L476RG-Nucleo
- 启动文件startup_stm32l476xx_keil.s
- 分散加载文件STM32L476RGTx_FLASH.sct
- board\STM32L476RG-Nucleo\aos
- 内核特性移植与裁剪文件k_config.h，经过修改k_config.h来使能kernel的功能模块
- 堆分配等文件
- utility\libc\compilers\armlibc\armcc_lib.c
- 内核特性移植相关文件.soc_impl.c、aos.c
- platform\mcu\stm32l4xx\aos
- soc_impl.c里面必需要实现的是内存分配这块的配置g_mm_region
- aos.c包含了main入口函数
- 内核文件
- kenerl\rhino
- 内核初始化文件
- kernel\rhino\core\init\aos_init.c
- 面向板级的HAL驱动文件
- platform\mcu\stm32l4xx_cube\hal
- STM32L4 cube库文件
- platform\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\STM32L4xx_HAL_Driver\Src
- 硬件体系架构所须要的移植接口实现文件
- platform\arch\arm\armv7m\armcc\m4\port_s.S
- platform\arch\arm\armv7m\common\port_c.c
4.2 可能遇到的问题
打开STM32L476RGTx.uvprojx工程，会发现有左边的工程文件不少感叹，主要是由于文件路径发生变化，能够对STM32L476RGTx.uvprojx使用文本编辑器打开（好比Sublime Text3…）,将相关出现感叹号的文件替换为新版本的对应路径。
具体方法是：
- 点击出现感叹号的文件，会弹出提示框，根据对应当前老版本的文件路径调整，而后修改成新版本AliOS Things 2.1.0下的对应路径
- 若是刚上手不熟悉AliOS Things，如何找到AliOS Things 2.1.0下的对应.c、.h文件路径？
- 一种方式是在AliOS Things的github代码仓库搜索，github提供了很是强大搜索功能
- github搜索示例：
- 在文本编辑器中修改了STM32L476RGTx.uvprojx，保存后，切换会MDK工程，MDK会自动重载STM32L476RGTx.uvprojx中修改的文件。若是修改顺利，则能够看到文件的感叹号已有消失了。
4.2.1 core文件路径找不到
错误缘由：因为2.1.0删去了core文件夹
解决方式：
\kernel\rhino\core
修改成
\kernel\rhino
4.2.2 soc_init.c路径找不到
错误缘由：2.1.0文件结构调整
解决方式：
原始
\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\helloworld
修改成
\board\stm32l476rg-nucleo\aos\
4.2.3 stm32库路径重命名
错误缘由：stm32库文件重命名
解决方式：
\mcu\stm32l4xx\Drivers\
修改成
\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\
错误缘由：stm32库文件重命名
解决方式：
\platform\mcu\stm32l4xx\aos
修改成
\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\
4.2.4 新增board文件夹
错误缘由：新增board文件夹
解决方式：
\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\修改成
\board\stm32l476rg-nucleo\
4.2.5 新增arch common文件夹
错误缘由：新增arch common
解决方式：
\platform\arch\arm\armv7m\armcc\m4
修改成
\platform\arch\arm\armv7m\common
4.2.6 头文件找不到
问题：
…\platform\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\STM32L4xx_HAL_Driver\Inc\stm32l4xx_hal.h(46): error: #5: cannot open source input file “stm32l4xx_hal_conf.h”: No such file or directory
解决方式：
添加board子路径
…\board\stm32l476rg-nucleo\Inc
问题：
…\kernel\rhino\include\k_api.h(16): error: #5: cannot open source input file “k_config.h”: No such file or directory
解决方式:
添加board子路径
…\board\stm32l476rg-nucleo\aos
问题：
…\kernel\rhino\include\k_api.h(19): error: #5: cannot open source input file “k_types.h”: No such file or directory
解决方式：
添加common子路径
…\platform\arch\arm\armv7m\common
问题：
…\kernel\rhino\k_err.c(5): error: #5: cannot open source input file “debug_api.h”: No such file or directory
解决方式：
添加路径
…\kernel\debug\include
问题：
…\kernel\debug\include\debug_api.h(16): error: #5: cannot open source input file “debug_dft_config.h”: No such file or directory
解决方式:
添加路径
…\kernel\debug
问题:
…\board\stm32l476rg-nucleo\aos\soc_init.c(15): error: #5: cannot open source input file “hal_uart_stm32l4.h”: No such file or directory
解决方式:
…\board\stm32l476rg-nucleo\hal
问题:
…\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\aos.c(5): error: #5: cannot open source input file “aos/kernel.h”: No such file or directory
解决方式:
…\include\aos
问题:
…\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\aos.c(5): error: #5: cannot open source input file “aos/init.h”: No such file or directory
解决方式:
…\kernel\init\include
4.2.7 sct文件未定义
问题：
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: error: L6031U: Could not open scatter description file …\board\stm32l476rg-nucleo\STM32L476.sct: No such file or directory
解决方式:
>在工程的Options选项中，从新设定.sct路径
4.2.8 SysTick_Handler重定义
问题:
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6200E: Symbol SysTick_Handler multiply defined (by stm32l4xx_it.o and soc_init.o).
缘由：
soc_init.c定义了SysTick_Handler实现OS系统心跳，上下文切换
解决方式：
工程中删去stm32l4xx_it.c文件
4.2.9 PendSV_Handler重定义
问题：
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6200E: Symbol PendSV_Handler multiply defined (by port_s.o and stm32l4xx_it.o).
缘由：
port_s中定义了PendSV_Handler实现上下文切换
解决方式：
工程中删去stm32l4xx_it.c文件
4.2.10 main入口在哪里
问题:
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol main (referred from entry9a.o).
缘由分析：
- AliOS Things以前版本是放在具体的应用中，rhinorun.c中
- int main(void)
- 2.1.0 开始放在AliOS-Things\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\aos.c，放在通用库中，所以应用层代码能够统在application_start()处理
4.2.11未定义aos api接口文件
问题:
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_free (referred from armcc_libc.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_malloc (referred from armcc_libc.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_realloc (referred from armcc_libc.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_init (referred from aos.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_start (referred from aos.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_msleep (referred from helloworld.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_free (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_is_valid (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_lock (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_new (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_unlock (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_free (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_is_valid (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_new (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_signal (referred from hal_uart_stm32l4.o).
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_wait (referred from hal_uart_stm32l4.o).
缘由：
AliOS Things 2.1.0版本封装了一层AOS API接口，方便上层调用内核相关功能，增长osal\aos的rhino.c文件
解决方式:
增长osal\aos\rhino.c文件
4.2.12 内核初始化文件未定义
问题:
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_components_init (referred from aos.o).
解决方式：
增长kernel\rhino\core\init\aos_init.c文件
4.2.13 wifi.h文件未定义
问题:
…\kernel\init\aos_init.c(13): error: #5: cannot open source input file “hal/wifi.h”: No such file or directory
解决方式
增长路径 …\include\network
4.2.14 启动文件.s文件未定义
问题:
…\board\LR-Assistant-L476\STM32L476RGTx_FLASH.sct(7): error: L6236E: No section matches selector - no section to be FIRST/LAST.
缘由:
工程中没有添加xx_startup.s启动文件
解决方式:
双击左边工程框的文件夹，添加Startup开头的.s文件便可,好比本文使用到的startup_stm32l476xx_keil
4.2.15 port_s.S汇编代码嵌入C代码异常
问题:
port_s.S中引入了宏语言
缘由：
使用GCC能够经过.S后缀识别，来进行预处理，可是armcc默认不行，须要其余参数设定
解决方式：
简单的一种处理方式是在MDK工程中，根据实际宏定义功能需求，屏蔽相应的C代码（宏定义、投入）
5 参考
- AliOS-Things技术架构 AliOS Things Technical Overview
- AliOS Things内核驱动移植指导V2.1 Kernel and driver porting guide
- AliOS Things Rhino内核移植指导 AliOS-Things-Rhino-Porting-Guide
- AliOS Things与FreeRTOS移植指导 AliOS Things FreeRTOS Porting Guide.zh
- AliOS-Things 2.1版本板级支持目录规范
- AliOS-Things调试概述 Debugging-Overview
- AliOS-Things自动生成KEIL\IAR工程 Auto-generate-keil-iar-project
- AliOS Things 2.1构建与配置 AliOS Things Build Configuration
- AliOS Things Windows开发环境设置 AliOS Things Windows Environment Setup
附件
AliOS Things + MDK + STM32L4 + Hello world工程 下载连接
https://download.csdn.net/download/nich2009/11823335