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

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。
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：

1. 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
2. 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

5. 板级支持包（BSP）：主要由SoC供应商开发和维护
6. 硬件抽象层（HAL）：比如WiFi和UART、SPI
7. 内核（Kernel）：包括Rhino实时操作系统内核、Yloop, VFS, KV 存储…
8. 协议栈（Protocol Stack）：包括TCP/IP协议栈（LwIP），uMesh网络协议栈，Bluetooth、LoRaWAN…
9. 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）
10. AOS API：提供可供应用软件和中间件使用的API…
11. 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…
12. 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）

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 https://github.com/alibaba/AliOS-Things/tree/rel_2.1.0

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

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 - 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
网络连接	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 - 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/链接脚本等。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… - 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

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）
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=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

1. 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。
2. 转化出的工程默认未开优化选项
3. 工程内存信息，可能与board实际的有所差别，需要完善

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。
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。
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

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
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

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
  • example
    • helloworld
• AOS API文件，应用层或者中间件通过这层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，通过修改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
• 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
• 硬件体系架构所需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。
具体方法是：

1. 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
2. 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？
3. 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
4. github搜索示例：
5. 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。

4.2.1 core文件路径找不到

    ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2019/png/253586/1559173436777-2bdae2ec-6009-4ca7-9dc1-f2a0c4f00c11.png)

错误原因：由于2.1.0删去了core文件夹
解决方式：

\kernel\rhino\core
修改为
\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
\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\helloworld
修改为
\board\stm32l476rg-nucleo\aos\

4.2.3 stm32库路径重命名

    ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2019/png/253586/1559173743846-a9cdf53e-7059-4b51-bbcf-ebff13a6f145.png)

错误原因：stm32库文件重命名
解决方式：

\mcu\stm32l4xx\Drivers\
修改为
\mcu\stm32l4xx_cube\Drivers\

错误原因：stm32库文件重命名
解决方式：

\platform\mcu\stm32l4xx\aos
修改为
\platform\mcu\stm32l4xx_cube\aos\

4.2.4 新增board文件夹

错误原因：新增board文件夹
解决方式：

\platform\mcu\stm32l4xx\src\STM32L476RG-Nucleo\修改为
\board\stm32l476rg-nucleo\

4.2.5 新增arch common文件夹

错误原因：新增arch common
解决方式：

\platform\arch\arm\armv7m\armcc\m4
修改为
\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，重新设定.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).

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：

1. AliOS Things之前版本是放在具体的应用中，rhinorun.c中

• int main(void)

2. 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
   

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).

原因：

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，增加osal\aos的rhino.c文件

解决方式:

增加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：

增加kernel\rhino\core\init\aos_init.c文件

    ![image.png](https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cHM6Ly9jZG4ubmxhcmsuY29tL3l1cXVlLzAvMjAxOS9wbmcvMjUzNTg2LzE1NTkyNTc4NTM5NzgtNzM4Yjg1NTEtYjU1MC00YmJiLWExOGItMzFlM2I1M2ZmMzFlLnBuZw?x-oss-process=image/format,png)

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

增加路径 …\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.

原因:

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文件即可,比如本文使用到的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

原因：

使用GCC可以通过.S后缀识别，来进行预处理，但是armcc默认不行，需要其他参数设定

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 下载链接
https://download.csdn.net/download/nich2009/11823335