基于Linux系统的物联网智能终端

背景

        产品研发和项目研发有什么区别？一个令人发指的问题，刚开始工作时项目开发居多，认为项目开发和产品开发区别不大，待后来随着自身能力的提升，逐步感到要开发一个好产品还是比较难的，我认为项目开发的目的是满足项目需求，只要满足了需求就达到了目的。产品开发就不太一样，产品开发更像是终身制的项目，要解决随时在不同项目中使用时出现的问题，也要能满足不同应用场景下的使用。

        嵌入式软件基本分为了两个流派，从技术层面来讲，一个是基于MCU来开发的，一个是基于MPU来开发的，当年我有很多同事都不理解你一个搞MCU的开发个产品有什么难的，还一个团队十来个人搞这么长时间，有这种想法的人一般都是搞项目开发的高手，不管是基于MCU还是基于MPU，只要是开发产品，都不是个很简单的事情。

        早些年都是基于MCU来开发产品，资源有限，处理能力有限，经常会有很多需求无法实现，或者实现起来太麻烦，没法站在开源的巨人肩膀上走的更远。正好在搞项目开发时，公司提出来一个看似不太明确的产品需求，却有明确的项目交期，在这种情况下，只能用最保险的方式，最大的扩展方式来实现产品的开发。

需求

• 宽电压供电，DC9~35V；
• 支持两路百兆以太网；
• 支持4G/5G/Wifi通讯；
• 可外接北斗2/3进行卫星通讯；
• 支持LoRa本地组网；
• 支持继电器控制/数字量采集/CAN总线/RS232总线/RS485总线；
• 支持MQTT标准协议；
• 支持Onenet，阿里云等物联网平台；
• 支持外接TF卡；
• 支持网络摄像头；

技术难点

• 最大的难点是需求不明确，不清楚使用场景；
• 宽电压范围这个还好说，国产电源芯片可以满足；
• 基于新唐的NUC980来实现，内置DDR，减少了硬件工程师的一个风险，官方提供Linux 4.4的内核；
• 基于Linux系统这些外设的驱动实现也是个问题，好在疫情期间跟原厂的工程师建立了微信群，全部协调解决了；
• 软件的扩展性，在这里很重要，用它来应对多变的需求。

        设计时没有急于开工，首先通过分析，来将功能进行了划分，拆分架构时参考了冯·诺依曼架构是现代计算机的基础的理论，对设备采集数据，处理数据，存储数据，上传数据等进行类拆分。再加上一些现在开发软件时微服务的概念，将设备内部分成了多个小程序，然后利用TCP协议，在设备内部进行交互。

       大体功能模块的划分如下：

• Linux系统，为各个小程序的执行提供运行基础；
• 采集程序，负责前端传感器数据采集，支持周期性采集，触发采集；
• 数据处理程序，负责将采集到数据转化为标准数据；
• 协议处理程序，负责将上下行的数据解析处理，并周期性打包数据上传，接收服务的下行指令的解析处理；
• 中心调度程序，负责将各个子任务的数据进行转发，监控各个子任务的执行情况，并负责维护各个子任务的执行状态；
• 数据管理程序，负责启用数据库，将历史数据存入数据库，并对其它程序提供数据查询服务；
• 通讯程序，负责建立对应的通讯链路，并维护链路的链接；
• 配置程序，负责对外提供web页面，用户可通过web页面对系统的参数，应用程序的参数等进行配置，并对运行过程的数据进行查看；

        内部的小程序之间通讯都是基于TCP进行的，设备可以实现集群部署，可以单台设备实现其中的部分功能，来增加整个系统的性能。

        产品对外接口有各种灵活性，具体配置如下：

产品内置web服务器，配置界面如下所示：

        配置界面如下所示：

        内部应用程序如下图所示：

关于架构层面的设计，以后慢慢逐步展开。