物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)原理與實(shí)戰(zhàn)

第一部分 原理篇

第1章 物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式 3

1.1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程 3

1.2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 5

1.3 物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù) 6

1.4 嵌入式系統(tǒng) 10

1.4.1 嵌入式系統(tǒng)概念 10

1.4.2 嵌入式系統(tǒng)體系 10

1.5 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS) 12

1.5.1 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)介紹 12

1.5.2 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的重要性能指標(biāo) 12

1.5.3 幾種常用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 13

1.6 RT Thread概述 14

1.6.1 RT Thread簡(jiǎn)介 14

1.6.2 RT Thread架構(gòu)體系 15

第2章 仿真環(huán)境搭建 17

2.1 RT Thread源碼獲取 17

2.2 MDK5安裝 18

2.3 仿真工程 20

2.3.1 獲取Nano版本源碼 20

2.3.2 RT Thread Pack包安裝 21

2.4 MDK5仿真環(huán)境配置 23

第3章 線程管理 26

3.1 線程與進(jìn)程 26

3.1.1 線程與進(jìn)程的概念 26

3.1.2 線程與進(jìn)程的關(guān)系與區(qū)別 27

3.1.3 線程與進(jìn)程的優(yōu)缺點(diǎn) 27

3.1.4 線程與進(jìn)程的案例 28

3.1.5 線程與進(jìn)程的管理模型 29

3.2 裸機(jī)系統(tǒng)與多線程系統(tǒng) 31

3.2.1 裸機(jī)系統(tǒng) 31

3.2.2 多線程系統(tǒng) 33

3.2.3 祼機(jī)系統(tǒng)與多線程系統(tǒng)的區(qū)別與應(yīng)用 34

3.3 線程的工作機(jī)制 35

3.3.1 多線程并行與并發(fā)機(jī)制 35

3.3.2 內(nèi)核對(duì)象與對(duì)象容器 35

3.3.3 系統(tǒng)啟動(dòng)過程 37

3.3.4 線程分類 39

3.3.5 線程狀態(tài) 42

3.4 線程管理 44

3.4.1 線程的結(jié)構(gòu) 44

3.4.2 線程的創(chuàng)建 47

3.4.3 線程的刪除 49

3.4.4 線程的啟動(dòng) 50

3.4.5 線程的掛起和恢復(fù) 50

3.4.6 延時(shí)處理 51

3.4.7 其他處理 52

3.4.8 鉤子函數(shù)的設(shè)置與刪除 53

3.5 線程的調(diào)度機(jī)制 54

3.5.1 優(yōu)先級(jí)調(diào)度 54

3.5.2 時(shí)間片調(diào)度 54

3.5.3 調(diào)度器 55

3.5.4 就緒表 55

3.6 線程的應(yīng)用示例 56

3.6.1 示例要求 56

3.6.2 示例實(shí)現(xiàn) 56

第4章 線程同步 59

4.1 信號(hào)量 60

4.1.1 信號(hào)量概念 60

4.1.2 信號(hào)量組成 61

4.1.3 信號(hào)量分類 61

4.1.4 計(jì)數(shù)信號(hào)量工作機(jī)制 61

4.1.5 二值信號(hào)量工作機(jī)制 62

4.1.6 信號(hào)量接口函數(shù) 63

4.1.7 信號(hào)量應(yīng)用示例 67

4.2 互斥量 71

4.2.1 互斥量的組成 71

4.2.2 互斥量的工作機(jī)制 71

4.2.3 優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn) 72

4.2.4 互斥量的接口函數(shù) 78

4.2.5 互斥量的應(yīng)用示例 80

4.3 事件集 84

4.3.1 事件集的特點(diǎn) 85

4.3.2 事件集的組成 85

4.3.3 事件集的工作機(jī)制 85

4.3.4 事件集的接口函數(shù) 86

4.3.5 事件集的應(yīng)用示例 89

第5章 線程通信 93

5.1 消息郵箱 93

5.1.1 消息郵箱的特性 94

5.1.2 消息郵箱的組成 94

5.1.3 消息郵箱的工作機(jī)制 95

5.1.4 消息郵箱的接口函數(shù) 96

5.1.5 消息郵箱的應(yīng)用示例 99

5.2 消息隊(duì)列 103

5.2.1 消息隊(duì)列的特性 103

5.2.2 消息隊(duì)列的組成 103

5.2.3 消息隊(duì)列的工作機(jī)制 104

5.2.4 消息隊(duì)列的接口函數(shù) 105

5.2.5 消息隊(duì)列的應(yīng)用示例 110

5.3 信 號(hào) 114

5.3.1 信號(hào)的背景知識(shí) 114

5.3.2 信號(hào)的工作機(jī)制 115

5.3.3 信號(hào)與中斷、事件的對(duì)比 116

5.3.4 信號(hào)的接口函數(shù) 116

5.3.5 信號(hào)的應(yīng)用示例 118

第6章 中斷與時(shí)鐘 122

6.1 中斷概述 122

6.2 中斷術(shù)語及性能 123

6.3 中斷分類 126

6.3.1 按概念范疇劃分 126

6.3.2 按能否屏蔽劃分 126

6.3.3 按中斷源劃分 127

6.3.4 按中斷信號(hào)的產(chǎn)生方式劃分 127

6.4 中斷處理過程 127

6.4.1 中斷處理的一般流程 127

6.4.2 RT Thread中斷處理流程 130

6.4.3 中斷服務(wù)程序的編寫 132

6.5 系統(tǒng)時(shí)鐘 132

6.6 時(shí)鐘管理 133

6.6.1 時(shí)鐘節(jié)拍的概念 133

6.6.2 時(shí)鐘節(jié)拍的實(shí)現(xiàn) 134

6.6.3 時(shí)鐘節(jié)拍的獲取 134

6.7 定時(shí)器管理 134

6.7.1 定時(shí)器分類 134

6.7.2 軟件定時(shí)器分類 135

6.7.3 定時(shí)器的工作機(jī)制 135

6.7.4 定時(shí)器的操作接口 136

6.8 定時(shí)器應(yīng)用示例 140

第7章 內(nèi)存管理 143

7.1 內(nèi)存管理基本概念 143

7.2 內(nèi)存管理工作機(jī)制 144

7.2.1 靜態(tài)內(nèi)存管理 145

7.2.2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理 146

7.3 內(nèi)存管理接口函數(shù) 149

7.3.1 靜態(tài)內(nèi)存管理接口函數(shù) 149

7.3.2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理接口函數(shù) 152

7.4 內(nèi)存管理應(yīng)用示例 155

第8章 組件應(yīng)用 160

8.1 組件概述 30 ?160

8.2 ENV輔助工具 161

8.2.1 ENV輔助工具的獲取 161

8.2.2 ENV輔助工具的注冊(cè) 163

8.2.3 ENV輔助工具的功能介紹 164

8.3 FinSH控制臺(tái) 167

8.3.1 FinSH 控制臺(tái)輸入模式 167

8.3.2 FinSH 控制臺(tái)內(nèi)置命令 168

8.3.3 FinSH 控制臺(tái)自定義命令 171

8.4 文件系統(tǒng) 172

8.4.1 常用文件系統(tǒng) 172

8.4.2 DFS簡(jiǎn)介 173

8.4.3 DFS架構(gòu) 173

8.4.4 DFS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 174

8.4.5 DFS使用步驟 175

8.4.6 DFS管理接口 176

8.4.7 文件系統(tǒng)應(yīng)用示例 177

8.5 網(wǎng)絡(luò)通信 181

8.5.1 Socket(套接字)模型 181

8.5.2 SAL組件簡(jiǎn)介 182

8.5.3 AT設(shè)備通信 183

8.5.4 網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用示例 185

第二部分 實(shí)戰(zhàn)篇

第9章 開發(fā)環(huán)境介紹 191

9.1 硬件資源介紹 191

9.1.1 開發(fā)板配件 191

9.1.2 上電檢測(cè) 191

9.1.3 板載資源 192

9.1.4 調(diào)試工具 193

9.2 軟件工具介紹 198

9.2.1 MDK開發(fā)工具 198

9.2.2 STM32CubeMX配置工具 202

9.3 RT Thread系統(tǒng)移植 206

9.3.1 Nano版本移植 206

9.3.2 標(biāo)準(zhǔn)版本移植 215

第10章 多線程郵箱通信 224

10.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 224

10.2 線程管理 224

10.3 線程創(chuàng)建 225

10.3.1 創(chuàng)建靜態(tài)線程 225

10.3.2 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)線程 226

10.4 消息郵箱通信 226

10.4.1 功能設(shè)計(jì) 227__

10.4.3 消息郵箱的使用 227

10.5 消息郵箱通信測(cè)試 229

10.5.1 硬件連接 229

10.5.2 驅(qū)動(dòng)安裝 229

10.5.3 程序燒寫 230

10.5.4 串口調(diào)試 231

第11章 多線程隊(duì)列通信 234

11.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 234

11.2 消息隊(duì)列工作機(jī)制 234

11.3 串口DMA接收原理 235

11.4 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn) 236

11.4.1 串口選擇 236

11.4.2 串口配置 236

11.4.3 ENV串口配置 237

11.4.4 程序?qū)崿F(xiàn) 238

11.5 項(xiàng)目測(cè)試 242

11.5.1 硬件接線 242

11.5.2 串口測(cè)試 243

第12章 GUI移植 245

12.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 245

12.2 初識(shí)LVGL 245

12.3 LVGL移植 246

12.3.1 文件準(zhǔn)備 246

12.3.2 文件導(dǎo)入 247

12.3.3 配置腳本 247

12.3.4 使用ENV工具配置LVGL 248

12.3.5 生成 MDK工程 249

12.4 GUI開發(fā) 250

12.4.1 添加LVGL示例文件 250

12.4.2 添加LCD驅(qū)動(dòng) 251

12.4.3 SRAM 配置 255

12.4.4 使能CRC校驗(yàn) 256

12.4.5 使能內(nèi)存分配算法 257

12.4.6 SRAM 功能使能 257

12.4.7 編寫程序 258

12.4.8 錯(cuò)誤處理 260

12.5 GUI測(cè)試 260__

第13章 環(huán)境光強(qiáng)采集系統(tǒng) 262

13.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 262

13.2 ADC傳感器 262

13.2.1 ADC簡(jiǎn)介 263

13.2.2 傳感器電路原理 263

13.2.3 ADC時(shí)鐘 264

13.2.4 ADC配置 265

13.3 項(xiàng)目開發(fā) 268

13.3.1 ADC外設(shè)初始化 269

13.3.2 獲取光敏傳感器數(shù)值 270

13.3.3 LVGL界面顯示 273

13.4 測(cè)試效果 279

13.4.1 串口顯示光照強(qiáng)度 279

13.4.2 LCD屏幕顯示光照強(qiáng)度 280

第14章 環(huán)境溫濕度采集系統(tǒng) 281

14.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 281

14.2 DHT11傳感器介紹 281

14.2.1 引腳封裝 282

14.2.2 工作原理 283

14.3 項(xiàng)目開發(fā) 285

14.3.1 硬件連接與配置 285

14.3.2 ENV配置軟件包 285

14.3.3 溫濕度采集線程開發(fā) 287

14.3.4 溫濕度顯示線程開發(fā) 289

14.4 項(xiàng)目測(cè)試 294

14.4.1 串口顯示溫濕度數(shù)據(jù) 294

14.4.2 LCD屏幕顯示溫濕度 294

第15章 文件存儲(chǔ)系統(tǒng) 296

15.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 296

15.2 文件系統(tǒng)介紹 296

15.3 文件系統(tǒng)端口配置 297

15.4 文件系統(tǒng)軟件包配置 298

15.4.1 FatFs組件配置 298

15.4.2 SDIO端口配置 298

15.5 項(xiàng)目開發(fā) 299

15.5.1 文件掛載線程 299

15.5.2 文件讀寫操作的實(shí)現(xiàn) 301

15.5.3 溫濕度采集線程實(shí)現(xiàn) 303

15.6 項(xiàng)目測(cè)試 307

第16章 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái) 309

16.1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的概念 309

16.2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu) 310

16.3 國(guó)內(nèi)外主流的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái) 311

16.4 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)簡(jiǎn)介 311

16.4.1 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu) 312

16.4.2 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通信 313

16.4.3 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的主要功能 313

16.4.4 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì) 314

16.5 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用 315

16.5.1 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)配置 315

16.5.2 MQTT.fx工具配置 317

16.5.3 設(shè)備接入云平臺(tái)測(cè)試 322

16.6 OneNET云平臺(tái)簡(jiǎn)介 324

16.6.1 OneNET云平臺(tái)架構(gòu) 324

16.6.2 OneNET云平臺(tái)通信 325

16.6.3 OneNET云平臺(tái)的主要功能 325

16.6.4 OneNET云平臺(tái)的資源模型 327

16.7 OneNET云平臺(tái)應(yīng)用 328

16.7.1 OneNET云平臺(tái)配置 328

16.7.2 MQTT.fx工具配置 330

16.7.3 設(shè)備接入云平臺(tái)測(cè)試 332

第17章 智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 334

17.1 項(xiàng)目準(zhǔn)備 334

17.2 項(xiàng)目架構(gòu) 334

17.3 項(xiàng)目實(shí)現(xiàn) 335

17.3.1 嵌入式部分的實(shí)現(xiàn) 335

17.3.2 云平臺(tái)部分的實(shí)現(xiàn) 368

17.4 項(xiàng)目測(cè)試 386

17.4.1 串口信息測(cè)試 386

17.4.2 LCD界面測(cè)試 387

17.4.3 云平臺(tái)測(cè)試 387

17.5 項(xiàng)目總結(jié) 388