国产ARM/RISCV与OpenHarmony物联网项目(一)总体设计说明

本文件讲述采用国产ARM网关国产RISCV采集节点OpenHarmany轻量化操作系统实现一套实时采集温湿度、光照度、气体各类环境数据的的全国产化软硬件物联网管理系统。重点突出物联网项目中硬件的全国产化操作系统的全国产化的实现。项目示例代码仅做为示例参考使用。本实践项目可做为大学相关专业课程的实训与实践项目也可做为相关嵌入式工程师熟悉国产化嵌入式平台的实践项目。本项目通过下述系列文章进行讲述说明(一)总体设计说明(二)网关数据显示(三)网关设备控制(四)网关通信服务(五)IA1节点开发(六)SF1节点开发项目参考源码及可执行文件https://gitee.com/www-91arm/phytiumpi_iot_ia1_sf1一、项目总体概述本项目系统设计按照物联网多层架构进行设计因暂无使用云平台无相关物关网平台层功能设计。感知层各类型传感器光线传感设备、气体传感设备、灯光控制节点、蜂鸣器控制节点。网络层本项目中主要是国产硬件平台控制节点通过WIFI方式连接到主控网关设备网关设备对数据进行汇集与初步处理与展示。应用层应用层通过把节点设备到大数据平台与网关设备的数据进行整合通过运行的WEB服务器对用户提供管理接口与展示。下图是目前国化产物联网软硬件平台架构方案系统运行时通过节点设备实时采集温湿度、光照度、气体各类环境数据通过网络方式传输到国产网关进行汇集网关把汇集的数据通过WEB服务器进行展示与处理。用户通过WEB界面可实时管理与查看多区域环境数据可手动/自动管理联动设备系统可记录分析环境数据。二、系统软硬件说明1、国产化硬件主控模块国产ARM开发板(飞腾派-E2000)国产Linux定制操作系统飞腾派开发板采用国产天津飞腾自主研发的定制四核处理器该处理器兼容 ARM V8 指令集具有模块化、易上手、全开源、低成本的特点大大降低了国产处理器的开发使用门槛解决了国产处理器难以普及推广的问题。飞腾派支持支持 Ubuntu、Debian 等国外主流开源操作系统也支持国内 OpenKylin、 OpenHarmony、SylixOS、RT-Thread 等国产操作系统。采集模块国产RISCV开发板(华为海思Hi3861)OpenHarmany轻量化操作系统BearPi-HM_Nano开发板是一块专门为HarmonyOS设计的HarmonyOS开发板板载高度集成的2.4GHz WLAN SoC芯片Hi3861并板载NFC电路及标准的E53接口标准的E53接口可扩展智能加湿器、智能台灯、智能安防、智能烟感等案例。2、国产化软件网关操作系统飞腾派OS飞腾公司基于板卡定制的Linux操作系统飞腾派OSPhytium Pi OS它是运行在飞腾派开发板上的深度定制的Linux系统基于Debian11。它针对飞腾派开发板的硬件定制了内核配置不同的软件包可以更好的适应不同的场景。节点操作系统OpenHarmony轻量系统OpenHarmony支持如下几种系统类型轻量系统mini system面向MCU类处理器例如Arm Cortex-M、RISC-V 32位的设备硬件资源极其有限支持的设备最小内存为128KiB可以提供多种轻量级网络协议轻量级的图形框架以及丰富的IOT总线读写部件等。可支撑的产品如智能家居领域的连接类模组、传感器设备、穿戴类设备等。小型系统small system面向应用处理器例如Arm Cortex-A的设备支持的设备最小内存为1MiB可以提供更高的安全能力、标准的图形框架、视频编解码的多媒体能力。可支撑的产品如智能家居领域的IP Camera、电子猫眼、路由器以及智慧出行领域的行车记录仪等。标准系统standard system面向应用处理器例如Arm Cortex-A的设备支持的设备最小内存为128MiB可以提供增强的交互能力、3D GPU以及硬件合成能力、更多控件以及动效更丰富的图形能力、完整的应用框架。可支撑的产品如高端的冰箱显示屏。因为节点终端采用的RISC-V 32位设备项目中使用的是OpenHarmony的轻量系统。三、项目架构设计1、硬件总体设计框图2、软件总体设计框图网关上运行的软件功能主要分为2部分一是Web服务器运行的html程序与CGI程序二是通信协议处理程序。二者的数据通过共享内存进行共享访问。网关与节点间通过TCP通信程序进行数据交互。3、web服务器上运行的网页程序架构图四、项目工程开发说明网关代码可在arm开发板上直接编译无需交叉开发环境。节点代码通过Linux主机或虚拟机进行交叉开发下载到节点开发板。开发环境PC机Linux系统或虚拟机网关程序编辑节点程序编辑/编译。网关开发板arm程序编译环境。1、项目源码结构项目参考源码及可执行文件https://gitee.com/www_91arm/phytiumpi_iot_ia1_sf1phytiumPi-iot-src飞腾派网关的项目源码可在网关上独立编译。bearPi-src是bearPi节点的项目源码需要配合Openharmony的liteOS系统工程源码进行编译。www-bin是网关的web服务器及网络通信服务可执行文件直接部署到设备。2、开发板本机编译环境3、cgi程序的编译gcc gas_alarm.c -o gas_alarm.cgi4、网络通信服务程序编译gcc node_ser.c -lpthread -o node_ser五、系统部署说明飞腾派开发板连接网线、HDIM显示器、键鼠插上电源适配器通电开机。通过开发板本机查看其IP地址信息PC机通过SSH登录到开发板进行后续操作。项目硬件连接方式如下飞腾派网关接通电源、网线。节点终端通过type-c线接电脑USB接口。1、网关web程序部署Web服务器部署参考物联网网关Web服务器--lighttpd服务器部署与应用测试项目参考源码及可执行文件https://gitee.com/www_91arm/phytiumpi_iot_ia1_sf1网关上Web服务器设置完成后编译项目源码或gitee上下载可执行代码放入web服务器的配置目录。PC机浏览器中输入WEB服务器IP地址会显示如下界面节点未连接无数据。2、节点程序下载部署下载方式参考OpenHarmony轻量系统--BearPi-Nano开发板网络程序测试节点程序下载后采集节点开发板通过type-c线连接电脑电脑通过软件连接到其串口开发板按reset键重启可查看其调试输出信息中的IP地址。不同节点需要分别查看。3、网关网络通信服务部署SSH到E2000开发板终端在开发目录下运行网关上的网络通信服务程序。通过网络通信服务程序分别连接节点1、节点2。$./node_ser 192.168.199.108 1 $./node_ser 192.168.199.109 2 节点网络连接成功后可以在web管理界面实时显示节点采集的传感器数据。在网关的设备控制界面可以对设备进行控制。