物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)踐(項(xiàng)目式)熊茂華 項(xiàng)目2

項(xiàng)目二物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建2.1任務(wù)一：了解物聯(lián)網(wǎng)綜合平臺2.2任務(wù)二：KeilC集成開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建2.3任務(wù)三：ZigBee開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建2.4任務(wù)四：Java開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建2.5任務(wù)五：Android開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建2.1任務(wù)一：了解物聯(lián)網(wǎng)綜合平臺

IOT-L01-05型物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱由廣州飛瑞敖電子科技有限公司生產(chǎn)。該實(shí)驗(yàn)箱依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)體系來架構(gòu)包括感知層的數(shù)據(jù)采信模塊、網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸模塊、應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理模塊。2.2任務(wù)二：KeilC集成開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

2.2.1KeilC開發(fā)環(huán)境的安裝

KeilC開發(fā)環(huán)境可用于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)等，如IOT-L01-05型物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)箱上對傳感器節(jié)點(diǎn)模塊的STC12C5A單片機(jī)進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。2.2.2KeilC的使用

1.新建一個項(xiàng)目文件

打開KeiluVersion4軟件，點(diǎn)擊Project->newuVersionProject，在彈出的窗口內(nèi)為工程建立工程目錄以及取名，如圖2.1所示。

點(diǎn)擊“保存”按鍵后，會彈出如圖2.2所示窗口讓用戶選擇單片機(jī)類型，如選擇“STC12C5A16S2Series”下的“STC12C5A16S2”單片機(jī)。圖2.1創(chuàng)建工程對話框圖2.2選擇單片機(jī)類型對話框點(diǎn)擊“OK”按鈕后會彈出如圖2.3所示窗口，選擇“否(N)”

即可。圖2.3點(diǎn)擊“OK”后彈出的確認(rèn)窗口完成工程建立后，在主窗口的左側(cè)出現(xiàn)工程列表欄，如圖2.4所示，在“Target1”名稱上點(diǎn)擊右鍵，選擇“OptionsforTarget”標(biāo)簽，彈出如圖2.5所示參數(shù)配置窗口。圖2.4工程列表欄圖2.5參數(shù)配置窗口

2.新建一個文件

點(diǎn)擊File->New，此時會在編輯框中自動生成一個名為“Text1”的空文件，點(diǎn)擊File->Save，在彈出的窗口中首先創(chuàng)建一個名為“src”的目錄，并雙擊進(jìn)入該目錄，為新文件命名“Main.c”，點(diǎn)擊保存。2.3任務(wù)三：ZigBee開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

2.3.1IAR集成開發(fā)環(huán)境的安裝

1.?IAR的簡介

IAREmbeddedWorkbench(簡稱EW)的C/C++?交叉編譯器和調(diào)試器是當(dāng)今世界最完整的和最容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具。EW對不同的微處理器提供一樣的直觀用戶界面。EW今天已經(jīng)支持35種以上的8位/16位/32位ARM的微處理器結(jié)構(gòu)。IAREmbeddedWorkbench集成的編譯器主要的產(chǎn)品特征：

?高效PROMable代碼。

?完全標(biāo)準(zhǔn)C兼容。

?內(nèi)建對應(yīng)芯片的程序速度和大小優(yōu)化器。

?目標(biāo)特性擴(kuò)充。

?版本控制和擴(kuò)展工具支持良好。

?便捷的中斷處理和模擬。

?瓶頸性能分析。

?高效浮點(diǎn)支持。

?內(nèi)存模式選擇。

?工程中相對路徑支持。

2.IAR的安裝

本節(jié)將逐步介紹IAREmbeddedWorkbenchfor80518.10Evaluation的安裝以及IAR開發(fā)環(huán)境如何添加文件、新建程序文件、設(shè)置工程選項(xiàng)參數(shù)、編譯和連接、程序下載、仿真調(diào)試等。首先從網(wǎng)址/en/Service-Center/Downloads/進(jìn)入到下載界面，然后下載需要的安裝包，最新版本為8.20或更高版本。IAR的安裝步驟如下：

(1)下載完成后，打開IAR軟件安裝包進(jìn)入安裝界面，進(jìn)入下一步。

(2)接受協(xié)議，進(jìn)入下一步。

(3)輸入名字及公司信息，然后輸入認(rèn)證序列號，進(jìn)入下一步。

(4)輸入序列號的對應(yīng)密鑰，進(jìn)入下一步。

(5)選擇安裝的類型，可選擇為完整版安裝，進(jìn)入下一步。

(6)選擇安裝路徑以下為默認(rèn)，進(jìn)入下一步。

(7)點(diǎn)擊Install開始安裝。

(8)按提示操作直至安裝完成。2.3.2IAR的使用

IAR的具體操作如下：

(1)首先在<開始>的程序中找到安裝好的IAREmbeddedWorkbenchfor80518.10Evaluation?？梢苑胖靡粋€快捷方式到桌面。

(2)打開IAR，點(diǎn)擊File->New->Workspace，建立一個新的工作區(qū)。在一個工作區(qū)中可創(chuàng)建一個或多個工程?？蛇x擇打開最近使用的工作區(qū)或向當(dāng)前工作區(qū)添加新的工程。

(3)單擊Project菜單，選擇GreateNewProject。在出現(xiàn)創(chuàng)建新工程對話框后，確認(rèn)Toolchain欄已經(jīng)選擇8051，點(diǎn)擊“OK”鍵，如圖2.6所示。圖2.6創(chuàng)建新工程對話框(4)為工程選擇一個合適的文件路徑，在文件名中填寫工程的名字。這里的工程名為EXP-LED，如圖2.7所示。圖2.7保存工程文件對話框注意：對工程進(jìn)行保存后，在退出軟件時會提示保存工作區(qū)。也可以選擇菜單File\Save\Workspace，保存工作區(qū)，名為W-LED，如圖2.8所示。圖2.8保存工作區(qū)對話框(5)在建立工程后，就可以為工程添加文件了。點(diǎn)擊菜單Project\AddFile或者菜單File\New\File，新建一個空文本文件。

(6)如給工程添加或新建了一個名為main.c的源程序文件，就可在IAR中編輯程序，如圖2.9所示。圖2.9IAR工作界面(7)以ZigBee模塊的CC2530F256單片機(jī)為例來配置IAR工程。

點(diǎn)擊Project菜單下的Options，可對IAR工程進(jìn)行配置。配置Target時，選擇Codemodel為“Near”和Datamodel為“Large”，Callingconvention為“XDATAstackreentrant”以及其他參數(shù)，如圖2.10所示。圖2.10IAR工程配置對話框(8)在“Targer”選項(xiàng)卡下選用的Device為CC2530F256，其選項(xiàng)詳如圖2.10所示。

(9)在Linker選項(xiàng)中，找到“Config”選項(xiàng)卡，如圖2.11所示。圖2.11Config選項(xiàng)卡(10)改變圖2.11中方框的指向路徑，在所指的路徑中選擇對應(yīng)的?.xcl文件，如圖2.12所示。圖2.12在所指的路徑選擇對應(yīng)的?.xcl文件注意，在配置工程時，若“Targer”選項(xiàng)卡下選用的Device為CC2530F256，當(dāng)GeneralOptions->Target->Codemodel框?yàn)镹ear時，應(yīng)選擇lnk51ew_cc2530.xcl文件；當(dāng)GeneralOptions->Target->Codemodel框?yàn)锽anked時，應(yīng)選擇Bankedlnk51ew_cc2530b.xcl文件。

(11)在“Setup”選項(xiàng)卡中，設(shè)置Driver，軟件仿真選擇Simulator，如圖2.13所示。圖2.13“Setup”選項(xiàng)卡(12)如果是硬件調(diào)試，則需把“Driver”設(shè)置為“TexasInstruments”，點(diǎn)擊“OK”鍵，如圖2.14所示。圖2.14“Driver”的設(shè)置(13)選擇“Project”菜單下的“Make”或直接按下F7快捷鍵，可對程序進(jìn)行編譯、鏈接，如圖2.15所示。圖2.15對程序進(jìn)行編譯、鏈接(14)連接仿真器，安裝驅(qū)動后，在菜單“Project”選項(xiàng)下選擇“DownloadandDebug”或者“DebugwithoutDownloading”，就可以進(jìn)入調(diào)試了，如圖2.16所示。圖2.16設(shè)置進(jìn)入調(diào)試界面(15)調(diào)試界面如圖2.17所示。到此，IAR使用的基本過程就完成了，運(yùn)行程序，觀察現(xiàn)象。圖2.17調(diào)試界面2.3.3ZigBee協(xié)議棧安裝與應(yīng)用

1.?Z-Stack安裝

Z-Stack是TI公司提供的ZigBee協(xié)議棧，用在IEEE802.15.4兼容的設(shè)備和平臺上。這里選擇的是專門為CC2530配置的

Z-Stack源文件——ZStack-CC2530-2.5.1.exe。該軟件包含了ZigBee組網(wǎng)設(shè)計的源文件，軟件安裝步驟如下：

(1)解壓ZStack-CC2530-2.5.1.zip，運(yùn)行ZStack-CC2530-2.5.1.exe，如圖2.18所示。

(2)同意LicenceAgreement，進(jìn)入下一步。

(3)選擇安裝路徑，安裝路徑到不要有中文字符，進(jìn)入下一步，如圖2.19所示。

(4)點(diǎn)擊“Install”，安裝。圖2.18運(yùn)行Z-Stack源文件圖2.19設(shè)置安裝路徑

2.?Z-Stack目錄結(jié)構(gòu)

安裝完成以后，Z-Stack的根目錄結(jié)構(gòu)如圖2.20所示。圖2.20Z-Stack的根目錄其中，Components是Z-Stack的核心所在，里面包含Z-Stack協(xié)議棧所有各層的源文件和實(shí)現(xiàn)庫，如圖2.21所示。圖2.21Components文件夾中的源文件和實(shí)現(xiàn)庫圖2.22HAL文件夾下的CC2530WW文件夾

3.?Z-Stack工程設(shè)置

1)選擇邏輯設(shè)備類型

ZigBee設(shè)備可以配置為下列三種設(shè)備之一：

·ZigBee的協(xié)調(diào)器：

·ZigBee的路由器：

·ZigBee終端設(shè)備：圖2.23設(shè)備類型的選擇2)編譯選項(xiàng)的類型

對于一個具體項(xiàng)目，編譯選項(xiàng)有兩種類型：

(1)針對上述設(shè)備邏輯類型的編譯選項(xiàng)設(shè)置，位于鏈接器的控制文件。

(2)?IAR項(xiàng)目文件里的用戶自定義的功能編譯選項(xiàng)(使能/不使能)。3)鏈接器控制文件中的編譯選項(xiàng)

打開GenericApp工程Workspace下的Tools文件夾(這個文件夾包含不同的配置文件和應(yīng)用于Z-Stack項(xiàng)目的可執(zhí)行工具)，如圖2.24所示。圖2.24打開Tools文件夾4)?IAR項(xiàng)目編譯選項(xiàng)

各種支持的功能配置的編譯選項(xiàng)設(shè)置存儲在GenericApp.ewp文件里，要修改這些編譯選項(xiàng)，需從“Project”下拉菜單中選擇“Options...”項(xiàng)或Workspace中的退出菜單中選擇“Options”項(xiàng)，如圖2.25所示。圖2.25Option對話框關(guān)閉一個功能編譯選項(xiàng)，只需要在這行的左邊放置一個“x”。如圖2.26所示，ZTOOL_P1功能選項(xiàng)已經(jīng)被注釋掉；盡量不要直接刪除，因?yàn)檫@個功能編譯選項(xiàng)有可能以后需要重新打開。圖2.26ZTOOL_P1功能選項(xiàng)的注釋5)配置編譯選項(xiàng)的注意事項(xiàng)

編譯選項(xiàng)被用來配置源程序所提供的多種功能：大多數(shù)編譯選項(xiàng)就只配置相應(yīng)功能程序段的編譯開關(guān)(ON/OFF)；一些編譯選項(xiàng)主要被用來提供一些用戶自定義數(shù)值，像DEFAULT_CHANLIST，通過編譯器編譯為系統(tǒng)默認(rèn)值。6)支持的編譯選項(xiàng)和定義

這里提供一個支持的編譯選項(xiàng)列表，這個列表選項(xiàng)簡單地描述它們使能或不使能的功能特性。被標(biāo)注為“donotchange”的編譯選項(xiàng)是為確保程序正常運(yùn)行而必須保持的基本設(shè)置；被標(biāo)注為“donotuse”的編譯選項(xiàng)表示不適合在CC2530板上使用。7)監(jiān)視測試(Monitor-Test)(MT)編譯選項(xiàng)

若要使用與MT_TASK選項(xiàng)相關(guān)的下列APIs和函數(shù)，必須包含MT_TASK選項(xiàng)。8)?ZigBee設(shè)備對象(ZDO)編譯選項(xiàng)

默認(rèn)情況下，指令性消息(由ZigBee規(guī)范定義)是在ZDO中進(jìn)行設(shè)置啟用的，所有其他的消息處理是通過編譯標(biāo)志進(jìn)行設(shè)置使能與否的。在ZDOConfig.h文件中，可以使能/不使能、注釋/不注釋或包含/不包含這些編譯選項(xiàng)。

4.仿真器的安裝和使用

1)?SmartRFFlashProgrammer軟件的安裝

圖2.27SmartRFFlashProgrammer軟件的操作界面2)?仿真器與電腦的連接

連接CC2530仿真器SmartRF04EB到電腦，選擇自動安裝仿真器驅(qū)動程序。3)?仿真器與目標(biāo)板的連接

連接CC2530仿真器SmartRF04EB與目標(biāo)板，按仿真器上的復(fù)位按鍵。SmartRFFlashProgrammer軟件識別到了目標(biāo)板上的處理器，仿真器安裝連接成功，如圖2.28所示。圖2.28仿真器與目標(biāo)板的連接2.3.4程序仿真與調(diào)試

1.調(diào)試過程

打開任意一個CC2530的工程，選擇菜單Project\Debug或按快捷鍵CTRL+D進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，也可點(diǎn)擊IAREW8051工具欄上的Debug按鍵?，EW8051將開始下載程序并進(jìn)入在線仿真調(diào)試，調(diào)試界面如圖2.29所示。圖2.29在線仿真調(diào)試界面

2.斷點(diǎn)的設(shè)置與刪除

程序斷點(diǎn)是程序被中斷的地方，程序的斷點(diǎn)必須設(shè)置在代碼行，在程序運(yùn)行到該代碼行時就會停下來，如要在HalDriverInit()處設(shè)置一個斷點(diǎn)，在左圖的深灰色區(qū)域雙擊即可在HalDriverInit();處設(shè)置一個斷點(diǎn)，紅點(diǎn)顯示此處有一個斷點(diǎn)。當(dāng)指向紅點(diǎn)再次雙擊，即可取消設(shè)置的斷點(diǎn)，如圖2.30所示。圖2.30斷點(diǎn)設(shè)置圖2.31右鍵菜單設(shè)置斷點(diǎn)圖2.32斷點(diǎn)的條件設(shè)置圖2.33斷點(diǎn)使用窗口

3.查看變量

C-SPY允許用戶在源代碼中查看變量或表達(dá)式，可在程序運(yùn)行時跟蹤其值的變化。使用自動窗口，選擇菜單View\Auto，開啟窗口。自動窗口會顯示當(dāng)前被修改過的表達(dá)式。連續(xù)步進(jìn)觀察j值的變化情況。查看變量如圖2.34所示。圖2.34查看變量

4.設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)

使用Watch窗口來查看變量。選擇菜單View\Watch，打開Watch窗口。點(diǎn)擊Watch窗口中的虛線框，出現(xiàn)輸入?yún)^(qū)域時鍵入變量并回車。也可以先選中一個變量，將其從編輯窗口拖到Watch窗口。設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)如圖2.35所示。圖2.35設(shè)置觀察變量

5.設(shè)置并監(jiān)控斷點(diǎn)

使用斷點(diǎn)最便捷的方式是將其設(shè)置為交互式的，即先將插入點(diǎn)的位置指到一個語句里或靠近一個語句，然后選擇“ToggleBreakpoint”命令。

6.反匯編模式

在反匯編模式，每一步都對應(yīng)一條匯編指令，用戶可對底層進(jìn)行完全控制。

選擇菜單View\Disassembly，打開反匯編調(diào)試窗口，用戶可看到當(dāng)前C語言語句對應(yīng)的匯編語言指令。

7.監(jiān)控寄存器

寄存器窗口允許用戶監(jiān)控并修改寄存器的內(nèi)容。選擇菜單View\Register，打開寄存器窗口，如圖2.36所示。圖2.36查看寄存器內(nèi)容

8.監(jiān)控存儲器

存儲器窗口允許用戶監(jiān)控寄存器的指定區(qū)域。選擇菜單View\Memory，打開存儲器窗口，如圖2.37所示。圖2.37查看存儲器

9.運(yùn)行程序

選擇菜單Debug\Go，或點(diǎn)擊調(diào)試工具欄上??按鈕。如果沒有斷點(diǎn)，程序?qū)⒁恢边\(yùn)行下去?？梢钥吹絃ED1、LED2間隙點(diǎn)亮。如果要停止，選擇菜單Debug\Break或點(diǎn)調(diào)試工具欄上的??按鈕，停止程序運(yùn)行。

10.退出調(diào)試

選擇菜單Debug\StopDebugging或點(diǎn)擊調(diào)試工具欄上的??按鈕，退出調(diào)試模式。2.4任務(wù)四：Java開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

2.4.1Java開發(fā)環(huán)境構(gòu)建

1.?Java、JDK以及Eclipse簡介

Java是一種可以撰寫跨平臺應(yīng)用軟件的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言，是由SunMicrosystems公司于1995年5月推出的Java程序設(shè)計語言和Java平臺(即JavaSE、JavaEE、JavaME)的總稱。Java技術(shù)具有卓越的通用性、高效性、平臺移植性和安全性，廣泛應(yīng)用于個人PC、數(shù)據(jù)中心、游戲控制臺、科學(xué)超級計算機(jī)、移動電話和互聯(lián)網(wǎng)，同時擁有全球最大的開發(fā)者專業(yè)社群。

2.?JDK的安裝和配置

1)安裝JDK開發(fā)包

可在SUN公司官網(wǎng)(/javase/downloads/index.jsp)上下載最新版本的JDK開發(fā)包。本書提供的資源的應(yīng)用程序目錄下也有JDK的安裝開發(fā)包。

JDK的安裝過程非常簡單，只需一直點(diǎn)擊Next按鍵即可，在此不再復(fù)述。

2)配置JDK開發(fā)環(huán)境

右鍵點(diǎn)擊我的電腦->屬性->高級->環(huán)境變量->系統(tǒng)變量，可出現(xiàn)環(huán)境變量窗口，如圖2.38所示。圖2.38環(huán)境變量窗口圖2.39新建變量“JAVA_HOME”圖2.40新建變量“classpath”圖2.41編輯變量“Path”3)測試JDK是否安裝成功

在C:\DocumentsandSettings\Administrator目錄下新建文本文檔，編輯如下代碼并保存為名稱HelloWorld.java。圖2.42運(yùn)行“cmd”命令圖2.43文件的編譯和運(yùn)行結(jié)果2.4.2Java應(yīng)用程序開發(fā)

Eclipese集成開發(fā)工具無需安裝，在運(yùn)行Eclipse.exe文件后，通過菜單file->new->javaProject，進(jìn)入新建工程的界面，命名工程名字為“HelloWorld”，如圖2.44所示。圖2.44新工程的命名圖2.45源文件夾的選擇圖2.46類文件的新建2.5任務(wù)五：Android開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

2.5.1Android開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建和配置

1.相關(guān)文件的下載

Android在WindowsXP操作系統(tǒng)上搭建開發(fā)環(huán)境主要依賴：JDK、Eclipse和AndroidSDK。這些文件都可以從各自的官方網(wǎng)站獲取到。

1)?JavaJDK的下載

進(jìn)入該網(wǎng)頁：/javase/downloads

/index.jsp(或者直接點(diǎn)擊下載)，如圖2.47所示。圖2.47JavaJDK的下載界面2)?Eclipse的下載

進(jìn)入該網(wǎng)頁：/downloads/(或者直接點(diǎn)擊下載)，如圖2.48所示。圖2.48Eclipse下載界面3)?AndoridSDK的下載

說明：AndroidSDK有兩種下載版本，一種是包含具體版本的SDK的，大約70?M(B)；另一種是只有升級工具，而不包含具體的SDK版本，大約20?M(B)。圖2.49AndroidSDK下載界面

2.軟件的安裝

所要求安裝的軟件包如下：

jdk-6u26-windows-i586.exe：JavaJDK安裝軟件。

eclipse-jee-galileo-SR2-win32.zip：Eclipse安裝軟件。

android-sdk_r11-windows.zip:AndroidSDK管理軟件。

android-sdk-windows.rar：已經(jīng)包含了AndroidSDK若干版本的升級包。圖2.50軟件的工作目錄

3.?Eclipse的配置

1)安裝Android開發(fā)插件

注：這一步安裝必須要有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，Eclipse需要連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，自行下載軟件。圖2.51Install對話框1圖2.52AddSite對話框圖2.53Install對話框2圖2.54Install對話框3圖2.55Install對話框4圖2.56Install對話框5圖2.57完成安裝，提示重啟Eclipse2)配置Android