AliOS Things入门(1) 基于STM32L4与MDK搭建AliOS Things2.1.0开发环境

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X-JING 发布时间：2019-9-26 06:10

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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。同时随着十几年互联网技术、大数据、云计算、IoT技术等进一步发展与成熟、芯片存储成本的降低、IoT应用的快速普及等等，物联网RTOS作为IoT设备的基础软件，在一定程度上可以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，因此RTOS插上物联网的翅膀再次焕发新生。
% Z. J" B2 l9 t: ~- o7 f0 n    物联网RTOS相比嵌入式RTOS（linux、安卓…）面向物联网的应用范畴更为广泛，但是目前阶段，物联网终端应用很多都是基于MCU的裸机开发（Bare-metal）模式，而基于MCU开发，国内开发者更多是基于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，主要还是看个人技术积累与使用习惯。5 C9 r$ ^& f  I
   本文主要描述了基于Window系统，使用STM32L476与MDK5来搭建Alios Things(以下简称为 AOS )系统的基础软件开发环境。主要内容涉及：

AliOS Things 2.1.0代码仓库的组织架构说明$ e9 Q/ o' h& ]- ~
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- m2 M6 H& R3 q/ W+ I9 O* U+ }* x/ ^
a. AliOS Things MDK工程生成方式
" R! r5 N1 T# I, b' [( ]b. STM32L476RG-Nucleo的hello world MDK工程搭建实例0 \7 m& ?3 ^0 T- Z7 I$ h

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。/ m6 d( E" G' v* }# Y

AliOS Things架构至下（层）而上（层），分别是

板级支持包（BSP）：主要由SoC供应商开发和维护
硬件抽象层（HAL）：比如WiFi和UART、SPI
内核（Kernel）：包括Rhino实时操作系统内核、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，比如AT组件、Alink、MQTT、Udata…
示例应用(App)：阿里自主开发的示例代码，以及通过了完备测试的应用程序（比如helloworld、Alinkapp）
4 f: f/ f A5 k; [

2.2 AliOS Things文件夹目录树

AliOS Things源代码主要托管在Github上，可以从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 http://github.com/alibaba/AliOS-Things/tree/rel_2.1.0

git clone http://github.com/alibaba/AliOS-Things.git

" I& L/ ]* B; ]

AOS源代码目录树 - AliOS Things 2.1.0文件夹架构

分层	所属文件夹	说明
APP	app	该目录下包含了example 代码示例，通过了完备测试的应用程序（比如Alink）
APP	project	IDE工程目录。比如KEIL、IAR、GCC、e2studio
APP	test	UT测试用例
APP	utility	IoT通用软件库，比如 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2 w, Z- d" n2 w" t! N2 \3 A - linkkit( Y- U$ l- d) X9 P - udata/ W6 k% U& ^ n/ M4 ` - ulocation( e- s8 Q2 F% [& h2 O9 a - 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 2 ?( F; [6 o1 i) h- sensor \|( H) `: V% H- P- sal7 c- ] v6 [9 r. @0 ^$ y - gprs' V/ m9 V0 l; I: V" a - wifi
网络连接	network	该目录下包含了当前支持的网络协议栈 ! b5 v1 G8 \: l- M( d u- bluetooth* ~, v. x6 {) Z% z0 x8 a - breeze! r- V" K1 q5 _" w1 P+ Z' V - bt_host) g! E9 b' F0 D# i* g& }5 D - bt_mesh + r3 ^7 c; U! Z. i- canopen s+ l- o- t' d; m4 _" g - lwip; T( e `( {/ L- x3 g) R - lorawan$ T! F# l: w Z9 g- j, q3 O9 l - umesh6 h6 J1 w0 J$ c' Y5 a( g - nal8 S o) A- c! F& \|: O# }: }# j! t - atparse) T% `0 \|/ A7 [8 Y - athost2 M# O: } C& {& }, D$ R - netmgr& ?9 ]! K- ~& u- x" K6 D( q - yloop 2 A2 m( `1 f z4 x7 f- …
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、用户自己的硬件平台等（如STM32L496G-Discovery）
BSP	platform	该目录下包含了mcu与arch文件夹 d, v+ }6 d7 r8 r+ ~. `7 O I; i- mcu & [' Q* l) G( B; X6 n' d- 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/链接脚本等。mcu下的目录结构按“厂商/芯片系列”进行区分9 C1 t, l) W' y; K2 O L - arch0 i( s4 t. q+ Y6 r7 g& f - 主要存放硬件体系架构所需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… $ e0 Z+ p. s$ J3 u$ [- 示例(armv7m)：- 头文件：arch/arm/armv7m/gcc/m4/port.h，代码示例。1 Y5 W8 N6 X5 P q( G+ T8 C - 源代码：arch/arm/armv7m/gcc/m4/下的.c文件和汇编文件，代码示例。 5 H) [. _$ b) }8 R i, ]' _- 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	用于建立远程设备中心的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，针对不同的功能模块，不同的使用场景，开发者可以根据需要自己选择：

linux host模拟环境：适合于硬件无关的模块或者代码，可以使用gdb，valgrind等流行的工具
CLI环境：适合板上轻度调试，使用系统的各种内存调试工具
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）本身提供的在线调试功能3 O v* [, Y# N5 o! Y

具体可参看《AliOS-Things调试概述 Debugging-Overview》

3 AliOS Things MDK环境搭建

AliOS Things MDK环境搭建目前可以有两种方式，一种是通过aos-cube工具(aos-cube 是 AliOS Things 在 Python 下面开发的项目管理工具包)通过aos make等构建命令自动生成MDK工程，另外一种是使用MDK自己新建工程，添加项目文件。

AliOS Things uCube ≈ RT-Thread ENV （都是基于命令行的项目管理工具包）$ ~3 L% H0 _% S3 t
目前这块RT-Thread支持的比较成熟,通过ENV工具的Scons快速编译生成KEIL工程，同时对于新的平台，也可以通过现有的文件，快速修改得到。

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：

aos make mqttapp@b_l475e IDE=keil0 q2 Z3 f2 m; j* g. i

aos make mqttapp@b_l475e IDE=iar
复制代码

当前使用aos-cube工具自动生成MDK的板子还比较少，具体可以参看《AliOS-Things自动生成KEIL\IAR工程 Auto-generate-keil-iar-project》这篇文章

支持情况

目前支持 b_l475e 和 startkit 两个board工程自动生成。其他stm32系列的自动生成的工程可能需要人为做一些修改。
转化出的工程默认未开优化选项
工程内存信息，可能与board实际的有所差别，需要完善0 T* |; S' ]- V) n

3.1.1 AliOS Things 2.1版本KEIL工程

从2.1.0版本，keil目录下已经不再包含示例工程，是通过aos-cube工具自动生成。

3.2 手动新建MDK工程

虽说是手动搭建新工程，但最好还是找到源代码版本一致情况下的KEIL模板工程或者相似平台（比如采用上述提到的“aos-cube自动生成MDK”工程），直接复制，重命名，然后再根据实际修改。
' f1 N' Z2 ~( _# K( v0 X9 s因为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之前版本（包含了KEIL示例工程）（可以到develop等分支下载），由于AliOS Things 2.1.0版本与之前版本对文件目录结构等做了不少调整，因此不能直接使用，需要适当修改。
+ i" R' s- j$ p# w相比于之前版本,2.1版本的变化如：

从直接mcu文件夹中分离出board相关文件，放在新增加了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增加了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0 u7 V. |! H5 k7 V+ G' ^

接下来第4部分内容，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
6 c4 ]0 ]6 H$ v首先直接拷贝之前版本的AliOS-Things\project\STM32L476RG-Nucleo\helloworld到2.1.0相同路径下面+ S+ @) j* w- ?0 e& a- W1 R" f

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如下内容，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0 G& I) g! z, b5 I; F& |) B# B. ^0 C

example" W# k6 k" A$ X% \4 l: d6 y

helloworld1 x1 {" q6 j, r( _

AOS API文件，应用层或者中间件通过这层API接口访问内核! W; v- A2 B4 A- D4 c2 ~

osal\aos8 q2 p2 B2 |7 ?' Z8 Y) O0 k3 }6 \4 S

rhino.c
( y6 O+ h4 S/ ~* `" u& j
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…
1 ?4 ]- A7 k' Z/ d* ?6 d8 |
具体硬件平台文件% ^" g2 V/ R% S' G2 n

board\STM32L476RG-Nucleo/ H, t6 }: }! l( i3 e% t; m

启动文件startup_stm32l476xx_keil.s
分散加载文件STM32L476RGTx_FLASH.sct
$ ]/ \9 W* F: N
board\STM32L476RG-Nucleo\aos9 m; P0 e( w1 z+ C. F& b6 \

内核特性移植与裁剪文件k_config.h，通过修改k_config.h来使能kernel的功能模块6 z0 g" m* ~4 e* D

堆分配等文件
1 b- i% H9 N! V
utility\libc\compilers\armlibc\armcc_lib.c4 b; a$ N+ n6 l7 N1 e  C

内核特性移植相关文件.soc_impl.c、aos.c
3 O. l3 K# B: O* O" o' b+ R; H
platform\mcu\stm32l4xx\aos5 o( n7 ~2 e% I

soc_impl.c里面必须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+ X; d3 _) E$ @

内核文件+ R4 F9 ^. ?$ e, f; m; x9 \3 l# v

kenerl\rhino
1 r) `- r9 C0 D+ |5 c5 v
内核初始化文件
! {, @2 Z' ^* E1 O
kernel\rhino\core\init\aos_init.c4 Z% p7 r: M1 e  A1 Q$ @

面向板级的HAL驱动文件
' f# c0 @& o9 u/ [% h! N
platform\mcu\stm32l4xx_cube\hal
5 L# X' }8 C" t2 }9 x  q! ^6 t
STM32L4 cube库文件1 s. B; a- [" `4 f9 N& M  y: D

platform\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\STM32L4xx_HAL_Driver\Src; w  e  _% y4 `/ s* f

硬件体系架构所需要的移植接口实现文件
7 Q. m+ o+ ~4 `- G$ q) |- a3 n
platform\arch\arm\armv7m\armcc\m4\port_s.S
platform\arch\arm\armv7m\common\port_c.c
9 l3 n0 Y4 e" |6 }! ?

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很多感叹，主要是因为文件路径发生变化，可以对STM32L476RGTx.uvprojx使用文本编辑器打开（比如Sublime Text3…）,将相关出现感叹号的文件替换为新版本的对应路径。
- _. p" J7 F2 H6 @! V8 @* m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，然后修改为新版本AliOS Things 2.1.0下的对应路径
如果刚上手不熟悉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提供了非常强大搜索功能
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。如果修改顺利，则可以看到文件的感叹号已有消失了。
2 a0 ^% O5 t. b- i1 G

+ W1 D& C L, ~

4.2.1 core文件路径找不到

错误原因：由于2.1.0删去了core文件夹 . v' ]! Q. R5 R8 J
解决方式：

\kernel\rhino\core
; i& s- n/ E3 Z% [1 X, i8 j3 [
修改为
& I6 S3 O, Z$ ]: E\kernel\rhino

4.2.2 soc_init.c路径找不到

错误原因：2.1.0文件结构调整

解决方式：

原始
; P1 u- N) H" Z% |6 N- m0 ^\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\helloworld
; L# S+ N2 Z+ p# S' l% g修改为5 \6 x& ]* T2 C
\board\stm32l476rg-nucleo\aos\

4.2.3 stm32库路径重命名

错误原因：stm32库文件重命名
# D$ c3 }. A# T h8 _3 k3 f0 v解决方式：

\mcu\stm32l4xx\Drivers\) V/ Q, E, |9 |* X/ U$ g& j
修改为. |% Q; Q) N( t9 a! q+ b
\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\

) _; m/ R4 w. L: m Z

错误原因：stm32库文件重命名

$ j' u: f0 {4 O% g解决方式：

\platform\mcu\stm32l4xx\aos
7 _% q. X: n h% G( c& ?修改为" e5 |" Z, R# l) @3 ?' h5 E, V
\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\

4.2.4 新增board文件夹

9 C/ Q+ p4 V) @" ~
错误原因：新增board文件夹
9 _8 C% I' Q( h5 ?解决方式：

\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\修改为
$ E. g6 X& i4 b: X$ y* X% e8 }: p% M\board\stm32l476rg-nucleo\

1 G% Q2 V- B S# b; g6 \# L4.2.5 新增arch common文件夹

4 c' [0 v2 T8 K( w& p
错误原因：新增arch common( S4 S% q6 `( N1 X2 S
解决方式：

\platform\arch\arm\armv7m\armcc\m4' `4 y: @7 ~$ F# I V! Z
修改为3 f' d& X& y' S! ~2 E
\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
& a* Y1 q3 ?- p- i9 e+ F" k…\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
) b! |2 y3 v+ l6 _9 F( E…\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
1 T/ P. f! U7 \) y/ R; ^: D0 g…\platform\arch\arm\armv7m\common
8 o( _7 i. x( \' `' v" ~- V% f

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, I. q0 q. A" l5 F
…\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9 L' V, L j/ \0 j
…\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:
( f3 k/ d! b* s, E( ~8 l, u>在工程的Options选项中，重新设定.sct路径
, o8 i# X% M8 h' W/ `( c3 s

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).

原因：

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).

原因：

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).

原因分析：

AliOS Things之前版本是放在具体的应用中，rhinorun.c中
) t6 j2 p$ I" h5 m2 ?
int main(void)
: B, y% V/ d! D, M
2.1.0 开始放在AliOS-Things\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\aos.c，放在通用库中，因此应用层代码可以统在application_start()处理& \6 p# W) h, r* [# Z9 _( d, |

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).
" d' z" o" b0 S# HSTM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_malloc (referred from armcc_libc.o).+ b- {  M; n1 E7 C6 w# U
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_realloc (referred from armcc_libc.o).7 b$ r: y- Y( I/ F: f
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_init (referred from aos.o).
7 ?( o( `, Y, ?  V" a. l  }* q! `STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_start (referred from aos.o).
. U* H- }2 m+ H: z" ]4 p' _STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_msleep (referred from helloworld.o).
5 \! Z  o. Q' _' }STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_free (referred from hal_uart_stm32l4.o).
- N% o  h9 w% ]STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_is_valid (referred from hal_uart_stm32l4.o).+ t2 T# d4 _/ |" c) i
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_lock (referred from hal_uart_stm32l4.o).# f0 v1 Z2 C' D% `1 C
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_new (referred from hal_uart_stm32l4.o).% i& Z: F. p! k, o$ D; `  X
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_mutex_unlock (referred from hal_uart_stm32l4.o).
, ^1 U% _/ K/ H2 q3 {& QSTM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_free (referred from hal_uart_stm32l4.o).
5 ~# _; }) d) |) ^4 F! \/ aSTM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_is_valid (referred from hal_uart_stm32l4.o).+ @$ z) T  K1 _  {& b) ]
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_new (referred from hal_uart_stm32l4.o).
: u8 Z. }, H0 F$ bSTM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_signal (referred from hal_uart_stm32l4.o).- A- A; P9 D1 r  f& k
STM32L476RGTx\STM32L476RGTx.axf: Error: L6218E: Undefined symbol aos_sem_wait (referred from hal_uart_stm32l4.o).