1. 嵌入式产品概述
最近做智能语音交互产品，顺便调研、学习了嵌入式产品及相干的常识。
原来对嵌入式产品理解不多，总感觉不好动手。通过学习才晓得，嵌入式产品无处不在，且价格低廉(几元到几十元)、功能强大，开发也不难。
目前支流的嵌入式芯片，次要指单片机SOC（System on a Chip），即零碎级芯片或片上零碎，SoC中蕴含一个或多个处理器、存储器、模仿电路模块、数模混合信号模块以及片上可编程逻辑。单片机芯片个别很小，个别也就1x1厘米左右，价格个别几元到几美元，繁多芯片集成了CPU、存储等，能够将设计好的程序烧录到存储中，开机就能够运行。
个别嵌入式产品，由嵌入式芯片配上相干的模块组成一个残缺的电路版，是产品的外围。比方智能音箱产品，就是由电路板（嵌入芯片、WIFI、蓝牙、功放、模数转换、数模转换、PIO（可编程输入输出））、远场麦克风、喇叭、提醒灯、按钮、外壳等组成。所有的交互都是嵌入芯片中的程序控制的，如声音采集，个别是模数采集芯片进行采样为数字值，存于指定的区域，再由程序进行读取。开关灯管制就是设置对应PIO的值（开/关），环形灯或突变灯成果，就是采纳PMW（脉冲宽度调制）将数字值输入为模仿值给到灯就行。按钮对应一个PIO，也会在嵌入芯片中产生中断，而后由中断处理程序进行相应的解决。
嵌入式产品的硬件开发波及的范围广，更业余一些，如ID设计（工业设计 - Industrial Design，包含场景交互、造型、材质、外表解决）、MD设计（结构设计 - Mechanic Design，拆件解决、构造合理性、元器件匹配度、防护设计）、模具加工等。
嵌入式产品的软件开发绝对就简略一些，目前个别是采纳C或C++语言，也有一些反对Python、Rust或图形组件形式开发。C或C++开发个别集成开发环境用uVision，开发时，要抉择嵌入芯片型号，开发时，不必接入理论设施，能够模仿执行，调试。理论接入硬件调试时，个别采纳USB线连贯硬件与电脑(通过USB-UART电路，将USB模仿为一个串口)，电脑会自动识别该硬件为串口设施如COM3，再采纳串口调试工具如Windows sscom、Mac minicom，关上相应的端口就能够查看到调试信息（个别在代码中采纳prinft函数输入，内容会重定向到串口输入中，从而不便调试），也能够采纳在线串口调试硬件调试。uVision反对8051系列、ARM系列等。
罕用的单片机有8051系列，ARM系列。
- MCS-51单片机
是美国INTEL公司于1980年推出的产品，8051是晚期的最典型的代表作，因为MCS-51单片机影响极深远，许多公司都推出了兼容系列单片机，就是说MCS-51内核实际上曾经成为一个8位单片机的规范。国内比拟有名的有STC公司(宏晶科技)的单片机产品，如反对语音辨认的模组就采纳STC11L56XE单片机、IC Route公司的LD3320A语音辨认芯片、SYN6288语音合成芯片。 - ARM
英国ARM公司是寰球当先的半导体知识产权（IP - Intellectual Property）提供商，全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采纳ARM架构。ARM公司不生产芯片，只做芯片的设计，而后将设计受权给其它公司，收取受权费用，其它公司据此或在此基础上定制批改进行芯片生产、销售。
ARM v7架构后的处理器命名，冠以Contex的代称，如Contex-A系列、
Contex-R系列
、Contex-M系列。
- Contex-A系列
面向高端的利用处理器，个别可装置操作系统，如嵌入式Linux, Android, Windows。 - Contex-R系列
次要面向实时零碎，实用于须要疾速解决的零碎，如汽车油门、刹车管制等。 - Contex-M系列
实用于要求性价比高、能耗低的产品，个别没有操作系统，也可装置free rtos或ucos操作系统。
罕用的开发芯片为Contex-A/M系列，如树莓派采纳的Context A72内核，意法半导体的ARM芯片STM32F103C8T6可采纳裸机零碎或装置free rtos。
ARM芯片中，意法半导体STM的ARM芯片应用较多，如STM32F103C8T6，其命名形式为STM32代表32位芯片，F103代表增强型，C代表引脚数为48，8代表Flash大小为64K，T代表封装为LQFP形式，6代表工作温度范畴为-40 ~ +85 摄氏度。
STM芯片品种很多，能够下载STMCUFinder进行抉择，如抉择反对摄像头接口的芯片，就能够列出许多，抉择STM32F407ZG，则其参数定义及形容如下所示：
2. 本次开发过程概述
本次开发基于机芯智能的开发板XR-51A_EVB，基于ARM Contex-M4F，反对WIFI、声音、摄像头等，该开发板个性为：
◼ IEEE 802.11b/g/n, 1x1 SISO 2.4GHz
◼ 内置 ARM Cortex-M4F 的 32 位微型 MCU，主频高达 384MHZ
◼ 内置 416KB 的 SRAM，160KB 的 ROM 和 4M 的 PSRAM
◼ 内置 1024 bits 的 efuse
◼ 反对 DVP 接口摄像头，最大反对 1920*1088 分辨率，板载闪光灯
◼ 反对 UART/GPIO/PWM/CSI/MIC/Line-in/Speaker 接口
◼ 反对 AES/DES/3DES/SHA/MD5/CRC 加密引擎
◼ 反对 STA/AP/ STA+AP 工作模式
◼ 反对 Smart Config/AirKiss（微信）一键配网
◼ 反对串口本地降级和近程固件降级（FOTA）性能
◼ 反对二次开发，集成了 Windows、Linux 开发环境
◼ 集成音频子系统（Audio Subsystem），包含 1 个带有左右声道语音输入的数字麦克风控制器，1 个 24 位音频数模（DAC）通道，反对 8KHz至 192KHz 的采样率，1 个用于麦克风输出的 24 位音频模数（ADC）通道，反对 8KHz 至 48KHz 的采样率，1 个用于线路输出的 24 位音频数字（ADC）通道，反对 8KHz 至 48KHz 的采样率。
◼ 集成视频子系统（Video Subsystem），反对 JPEG、YUV 编码模式，在离线编码模式下反对 nv12 输出格局，反对可配置的图片分辨率，最低图片分辨率：32x32，最大图片分辨率：1920x1088
SRAM是CPU运行的存储器，用于存储指令或数据，断电后信息失落，ROM（相似于U盘）个别存储编译后烧录的代码或数据，断电不会失落，PSRAM个别用于缓存，如图像、声音缓存等，断电后会失落。
3. 试验过程
3.1 编译示例代码
软件开发的第一步是运行Hello world示例程序，嵌入式开发也不例外，依照开发手册，一步一步来，首先下载源代码
cd xr-50a # 建设开发根目录wget https://github.com/XradioTech/xradio-skylark-sdk # 下载开发板SDKwget https://launchpad.net/gcc-arm-embedded/4.9/4.9-2015-q2-update/+download/gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q2-20150609-linux.tar.bz2 # 下载arm穿插编译工具tar -xvf gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q2-20150609-linux.tar.bz2cd xradio-skylark-sdk # 进入sdk根目录vim gcc.mk # 批改全局gcc编译参数，将arm穿插编译环境退出# -----------------------------------------------------------------# cross compiler# -----------------------------------------------------------------CC_DIR := /home/xr-50a/gcc-arm-none-eabi-4_9-2015q2/binCC_PREFIX := $(CC_DIR)/arm-none-eabi-cd project/demo/hello_demo/gcc # 进入hello工程下的编译目录gccmake config # 配置开发板类型（XR872, 40M）make lib # 编译库文件（包含声音驱动、图像显示、网络等，编译成相应模块的库文件.so） # 具体模块如atcmd,audio,cjson,console,driver,efpg,fs/fatfs,image,jpeg,kernel,libc,net,ota,pm,rom,smartlink,sys,util,xzmake # 编译hello工程，造成执行文件.axfmake image # 将执行文件打包成烧录镜像文件.bin开发板通过Type C连线连贯到Windows电脑，运行烧录程序PhoenixMC.exe，抉择上述镜像文件，烧录，电脑运行sscom串口通信软件，抉择端口个别是Com3，关上端口，按开发板reset按键重启，开发板烧录程序主动运行，电脑端sscom中即可显示出相应的调试信息。
开发编译环境能够是Windows，也能够是Linux，操作方法根本一样。Windows下是装置Cygwin+GCC，装置实现后，在cygwin类Linux环境下操作，操作的命令都是一样的。
3.2 获取物联网接入代码
要开发物联网利用，有很多物联网平台能够接入，也能够抉择开源的物联网平台，商用的平台如腾讯连连IoT Explorer、阿里云IoT、中国移动OneNET、华为云IoT、机智云等，商用平台对小批量产品接入个别均收费，如小于10台。
本开发板自带的镜像能够接入腾讯连连，按reset按键三次，即可进入配网模式，用手机扫描一下厂家提供的二维码，即可关上微信小程序，进行联网（要求手机连贯WIFI），联网胜利后，小程序中即可查看到设施状况，能够开灯、关灯，也可与开发板直接对话，如“小智小智，明天的天气怎么样？”，“小智小智，播放歌曲”，“小智小智，关上台灯”等。
通过比拟，还是机智云的物联网接入比较简单一些，
物联网接入个别流程：注册开发者帐号、定义物联网产品、数据点、虚构设施测试、代码移植、理论设施调试、上线。
- 定义物联网产品
即定义本物联网产品的根本信息，包含名称、类型、通信形式、ProductKey、ProductSecret等，间接在控制面板进行定义即可。 - 数据点
即设施产品的性能的形象，采纳Json格局表白，用于形容产品性能及其参数。比方智能灯，咱们能够定义一个OnOff的布尔型数据，用于管制灯的开关，另外定义一个brightness的整数型数据，范畴0-100，用于定义灯的亮度。创立数据点后，设施与云端通信的数据格式即可确定，设施、机智云能够互相辨认设施与机智云互联互通的数据。 - 虚构设施测试
产品定义及数据点确定后，咱们能够认为零碎曾经为咱们产生了一个虚构的物联网设施了，该设施按咱们的要求进行定义，能够进行虚构测试了。零碎提供了控制台间接测试及手机APP管制测试，在测试界面或手机APP上，即可看到咱们的设施了，也能够不便地对设施进行管制，收回控制指令后，虚构设施的状态会产生相应的扭转，这与咱们最终实现的状况是相似的，通过这个形式，能够对咱们的产品有个间接的理解、意识。控制台操作界面如下：
手机APP管制界面如下：
代码移植
接下来就要实现咱们的代码了，机智云能够主动生成MCU SDK，即根据上述定义的产品属性、数据点主动生成物联网接入代码，将这个代码依据嵌入设施的代码进行相应的批改编译即可。cd xr-50a/xradio-skylark-sdk/project/demo # 进入demo目录cp -r hello_demo gz-iot # 从hello_demo拷贝为物联网工程目录gz-iotrm *.h, *.c, *.d, *.o # 删除其它文件，保留gcc、image目录及prj_config.hmv xxx/Gizwits gz-iot # 将机智云生成的接入代码移动过去，次要包含Gizwits、User、Utils目录cd gz-iot/gcc # 进入工程gcc编译目录vim Makefile # 批改本工程编译参数，次要是退出本工程的蕴含文件门路 INCLUDE_PATHS += -I$(PRJ_ROOT_PATH) INCLUDE_PATHS += -I$(PRJ_ROOT_PATH)/Gizwits INCLUDE_PATHS += -I$(PRJ_ROOT_PATH)/Utilsmake config # 配置开发板类型（XR872, 40M）make lib # 编译库文件（包含声音驱动、图像显示、网络等，编译成相应模块的库文件.so）make # 编译hello工程，造成执行文件.axfmake image # 将执行文件打包成烧录镜像文件.bin，生成文件../image/xr872/xr_system.imgWindows电脑运行烧录软件，烧录到开发板。
机智云的接入代码，包含了残缺的业务逻辑，如PRODUCT_KEY、dataPoint_t、gizwitsProtocol_t等，只须要参考生成的代码目录下的MCU_COMMON_User_Guide _V0.4.pdf文档，移植次要是4个方面的内容，代码量不大。
- 实现串口打印驱动
这个xr50模块曾经实现，故程序中可用GIZWITS_LOG或printf打印调试信息。 - 实现芯片复位函数
这个依据芯片的指令来实现，若不须要从界面管制设施复位，也能够不实现。 - 实现定时器
须要依据xr50实现毫秒定时器，并设置回调函数为TIMER_IRQ_FUN。 - 实现串口A驱动
次要是实现WIFI数据收发的接口，可参考at_demo, wlan_demo示例工程的内容批改。
3.3 其它罕用物联网模组
最简略的物联网管制芯片是乐鑫ESP WiFi芯片/模组，如ESP8266，该模组其实是一个WIFI模块，但集成了Tensilica L106 超低功耗32位微型MCU，该MCU除了用于管制WIFI性能外，对外开放该MCU残余能力，所以反对编程开发，还带外围PIO，这样一个模组就是一个绝对残缺的开发板（个别同时购买带烧录器，整体约10多元），支持物联网开发，且各物联网平台对此模组都反对很好。
其它罕用的物联网模组如下：
4. 瞻望
嵌入式芯片便宜、有不便调试的集成开发环境、可在线烧录，因而嵌入式或物联网开发目前还是很容易上手的。采纳嵌入式开发，能够针对咱们日常生活中情景开发智能设施，如主动浇花器、音乐门童等，充沛开展你的想像力吧 :)
后续可关注RISC-V，是一个基于精简指令集（RISC）准则的开源指令集架构（ISA），但还没有成熟，喜爱DIY的能够多理解一下。近几年内该当都还是ARM的天下，ARM芯片不贵，还好用，材料全。
后续可关注Toit，是由 Google Chrome V8 团队开发的，创建于 2018 年，旨在为物联网
设施构建一个通用固件，以取代传统的开发流程。它们提供了一套全新的性能，甚至是一种专为物联网开发的相似 Python 的新编程语言。
BTW，目前商品化的物联网产品很多，倡议大家能够间接从淘宝搜寻购买应用哈，若切实没有的再思考本人研发。我是米粉，喜爱用小米的产品，比方用小米智能插座(<50元)、小米温度计(<20元)、门窗检测器(<50元)来管制电脑运行，又便宜又好，插上小米插座，再将电脑电源插入，能够用手机APP近程管制电脑开关，也能查看房间温度，若温度高了，能够主动关上电扇降温，房间开门了，近程APP中也能查看到。电脑的用电量也是随时能够APP查看。