hekr-esp8266-sdk-ra: 嵌入式4.x固件开发SDK

#氦氪4.x嵌入式SDK应用手册 v1.1.4 by zejun.zhao@hekr.me 2016/3/30 11:03:38

##总体描述

编写目的：该文档旨在指导开发者快速上手氦氪4.x嵌入式SDK，进行对WIFI模块ESP8266的二次开发，熟悉目录结构、了解api接口各模块功能，以及编程中需注意的事项。
SDK开发者：基于esp8266硬件平台，采用Hekr配网模式、连接氦氪云进行开发的开发者群体。同时，开发者也无需关注网络重连及服务器重连机制，便于开发者进行二次应用开发。
api接口使用说明，请参考文档document\ra_embedded_api.chm

1. SDK目录

目录结构

├── app
| 	 └─ user
├── bin
|	 └─ upgrade
├── document
├── examples 
├── include
|	  └─ ra
├── ld
├── lib
└── tools

目录结构说明

app：用户工作区。用户在此目录下执行make编译操作，用户级代码及头文件均放在此目录下
- user：用户级代码目录，SDK入口函数为ra_user_main(),在user_main.c中
bin：二进制文件目录。该目录存放了编译生成的bin文件
- upgrade：该子目录存放编译生成的支持云端升级（FOTA）的固件（如user1.bin或user2.bin）
document：文档目录
include：头文件目录，包含了用户可使用的API函数声明以及相关宏定义
- ra：RA库头文件目录，开发者进行二次开发所需API函数、宏定义、类型定义均在此目录头文件中
examples：实例项目代码
- Smart Plug : 智能插座项目
ld：SDK编译链接时所需文件，用户无需修改
lib：SDK编译链接时所需的库文件。
- libra.a
tools：包含编译工具和烧录工具等，用户无需修改

2. 固件编译

在app目录下，执行编译命令make，在bin\upgrade目录下生成用户固件1.bin。

注：make编译前，可以根据flash大小来进行配置，配置文件为app\Makefile。默认为BOOT=new、APP=1、SPI_SPEED=40、SPI_MODE=QIO、SPI_SIZE_MAP=3，即flash map默认为3 = 2048KB(512K+512K)。

固件编译时SPI_SIZE_MAP仅支持2/3/4,flash map对应表如下:

SPI_SIZE_MAP	flash map
2	1024KB( 512KB+ 512KB)
3	2048KB( 512KB+ 512KB)
4	4096KB( 512KB+ 512KB)

3. 固件烧录

params_section_blank.bin用于擦除flash中的配置参数（如prodKey等）以及ra_set_parameter_string/ra_set_parameter_integer接口存入的参数。
固件烧录地址取决于flash map，即SPI_SIZE_MAP。

固件烧录时需要烧录下表中5个bin文件，烧录地址与SPI_SIZE_MAP对应表如下：

bin文件	2	3	4
boot_v1.5.bin	0x0	0x0	0x0
1.bin	0x1000	0x1000	0x1000
params_section_blank.bin	0x7D000	0x7D000	0x7D000
esp_init_data_default.bin	0xFC000	0x1FC000	0x3FC000
blank.bin	0xFE000	0x1FE000	0x3FE000

4. 用户代码入口

用户代码入口函数为ra_user_main(),在app/user/user_main.c中。
在进入函数ra_user_main()前，系统已经做了部分初始化，具体有：CPU频率为80MHz、wifi mode为STATION_MODE、设定uart0和uart1波特率为9600且打印终端为uart0。

此外，在ra_user_main()中，需要执行一些函数完成对配置初始化，请参考以下代码：

#include <ra_parameter.h>
#include <ra_utils.h>
#include <ra_uart.h>

void ra_user_main(void)
{
	//必选
	ra_set_parameter_string("prodKey", "XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX");	//prodKey设置
	ra_set_current_firmware_version("4.1.1.1");	//固件版本号设置，格式必须是"xx.xx.xx.xx"

	//可选
	ra_uart_set_terminal(RA_UART1); //设置打印终端，可将SDK内部调试信息输出
}

5. 功能模块

###5.1 打印终端配置

esp8266有两个串口（uart0和uart1），均可作为打印终端，调用ra_uart_set_terminal()。os_printf的打印终端默认为uart0。

示例代码：(设置uart1为打印终端)

#include <ra_uart.h>

ra_uart_set_terminal(RA_UART1);
os_printf("hello world\n");

uart1输出：

hello world

注：ra_uart_set_terminal()设置后，SDK内部调试信息也会打印出来，如云端登陆流程的信息，方便开发者调试

串口相关属性配置可参考：5.5.1 UART操作接口

###5.2 用户参数存取接口

SDK提供K/V格式的存参接口。开发者可自定义Key，并可选择两种Value类型（int和string）。此外还提供了K/V的读取和删除接口。接口说明请参考ra_parameter.h。

Key最大长度为32Byte，string类型的Value最大长度为64Byte。
开发者请勿使用这三个Key，分别是ctrlKey、bindKey和token，Hekr云端登录机制有使用到它们。
此接口旨在用于存储用户参数，不建议用于存放用户数据。用户数据请使用底层spi_flash_write()接口。

示例代码：

#include <ra_parameter.h>

int ret = -1;
char *key_1 = "key_1";
char *key_2 = "key_2";
ra_int32_t value_1 = 1000, value_int = 0;
char *value_2 = "12345678123456781234567812345678";
char value_str[64];

//store params
ra_set_parameter_integer(key_1, value_1);
ra_set_parameter_string(key_2, value_2);

//load params
ra_get_parameter_integer(key_1, &value_int);
ret = ra_get_parameter_string(key_2, value_str, 64);

os_printf("value_int = %d\n", value_int);
os_printf("ret = %d, value_str = %s\n", ret, value_str);

//delete key_2
ra_delete_parameter(key_2);
os_memset(value_str, 0, 64);
ret = ra_get_parameter_string(key_2, value_str, 64);
os_printf("ret = %d, value_str = %s\n", ret, value_str);

uart1输出：

value_int = 1000
ret = 32, value_str = 12345678123456781234567812345678
[log]ra_parameter.c:173: key_2 isn't exist //此为SDK内部打印

ret = -1, value_str =

###5.2 GPIO接口

#####5.2.1 逻辑引脚和物理引脚映射

SDK中gpio逻辑序号与esp8266的gpio物理序号一致。如gpio逻辑序号为12对应GPIO12，而它的引脚名称为MTDI_U

#####5.2.2 配置GPIO为输出

配置GPIO14引脚为输出，且输出高电平：

示例代码：

#include <ra_gpio.h>

ra_gpio_set_direction(14, RA_GPIO_DIRECTION_OUTPUT);
ra_gpio_output(14, 1);

#####5.2.3 配置GPIO为输入

配置GPIO13引脚为输入，且输出高电平：

示例代码：

#include <ra_gpio.h>

ra_gpio_set_direction(13, RA_GPIO_DIRECTION_INPUT);
ra_gpio_state_t state = ra_gpio_input(13);
os_printf("gpio13 = %d\n", state);

###5.3 按键接口

SDK中基于gpio封装了注册按键中断处理回调接口，输入参数包括gpio序号、gpio中断类型、长按时间阈值、短按处理函数指针以及长按处理函数指针。

示例代码：

按键管脚为序号为13的管脚，下降沿触发，长按阈值为3000ms，短按处理函数指针指向short_press_handler()，长按处理函数指针指向long_press_handler()。

#include <ra_button.h>

void short_press_handler(void)
{
	os_printf("short press\n");
}

void long_press_handler(void)
{
	os_printf("long press\n");
}

void ra_user_main(void)
{
	ra_register_button_irq_handler(13, RA_GPIO_IRQ_TYPE_NEGEDGE, 3000, short_press_handler, long_press_handler);
}

gpio13电平拉低3s，则进入长按处理回调函数，打印long press;gpio13电平拉低短于3s，则进入短按处理回调函数，打印short press。

注：中断类型推荐使用下降沿触发RA_GPIO_IRQ_TYPE_NEGEDGE

###5.4 定时任务接口

SDK中定时接口是对底层api进行的二次封装，且增加了一些新特性，如查询定时任务剩余时间、查询定时任务是否可重复。

#####5.4.1 定时任务新建和启动

示例代码：

注册一个每隔2s重复执行的定时任务，每次执行打印输出hello world

#include <ra_timer.h>

void timer_callback(ra_timer_t timer, void *arg)
{
	os_printf("hello world\n");
}

void ra_user_main(void)
{
	ra_timer_t timer; 
	ra_timer_new(&timer);
	ra_timer_set_callback(timer, timer_callback, NULL);
	ra_timer_start(timer, 2000, ra_true);
}

注：ra_timer_start()第三个参数值为ra_false时，定时任务不可重复

#####5.4.2 定时任务的停止与注销

ra_timer_stop()：定时器停止工作，但不释放定时器timer。无需调用ra_timer_new()来新建定时器

ra_timer_delete()：定时器停止工作，且释放定时器timer。

###5.5 UART接口

SDK可以设置UART0或者UART1作为串口输出，UART0的TXD、RXD管脚分别对应ESP8266的TXD、RXD引脚，UART1对应的TXD管脚为GPIO2。

注：esp8266的串口接收中断仅对UART0有效，即ra_uart_recv_enable()只支持RA_UART0。

#####5.5.1 UART属性设置

UART可设置的属性包括波特率、数据位、奇偶校验位、停止位。（注：底层esp8266暂不支持奇偶校验）。默认属性为9600、8、无、1。

示例代码：

设置UART0波特率115200、数据位7，并从UART0重复输出hello world，同时注册串口接收回调函数。

#include <ra_timer.h>
#include <ra_uart.h>

void timer_callback(ra_timer_t timer, void *arg)
{
	char *string = "hello world";
	ra_uart_send_data(RA_UART0, string, os_strlen(string));
}

void uart_recv_cb(char *buf, ra_size_t len)
{
	os_printf("%s, len = %d\n", buf, len);
}

void ra_user_main(void)
{
	//设置UART0属性
	ra_uart_set_rate(RA_UART0, RA_UART_RATE_115200);
	ra_uart_set_data_bits(RA_UART0, RA_UART_DATA_BITS_7);

	//定时从UART0发送
	ra_timer_t timer;
	ra_timer_new(&timer);
	ra_timer_set_callback(timer, timer_callback, NULL);
	ra_timer_start(timer, 3000, 1);

	//设置UART0的数据接收回调函数
	ra_uart_register_recv_callback(RA_UART0, uart_recv_cb);
	//UART0接收中断使能
	ra_uart_recv_enable(RA_UART0);
}

#####5.5.2 UART通信配置

UART发送配置：

ra_uart_set_sending_queue_interval()：用于设置串口数据发送队列间隔，默认为100ms。当发送数据帧太快，数据帧会缓存在队列中，然后以一定的间隔时间依次发送出去。

UART接收配置：

ra_uart_set_recv_timeout()：设置串口接收中断超时时间，默认为100ms。UART中断接收数据，如果超时时间内没有再接收到数据，则进入串口接收回调函数。

ra_uart_set_recv_buffer_size_limit()：设置串口接收回调触发长度，默认为256Byte。UART中断接收数据，当buffer长度达到设定值，则进入串口接收回调函数。

进入串口回调函数的触发条件由上面两个函数设置的参数决定，满足其中一个条件即进入回调函数。

###5.6 设备状态接口

#####5.6.1 设备状态的读写操作

为了方便开发者对设备状态进行监控及控制，SDK中使用了设备状态机制。开发者可以根据设备当前实际状态，将对应的设备状态项item的值置为ra_true，待实际状态发生改变时，将该item置为ra_false。同时，开发者可在任意时候通过读取某item的值来判断设备是否处于该状态下。

typedef enum
{
	RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECTED = 0, //路由器连接成功
	RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECT_FAILED, //路由器连接失败
	RA_DEVICE_STATE_CLOUD_CONNECTED, //服务器连接成功
	RA_DEVICE_STATE_HEKR_CONFIG_RUNNING, //Hekr config模式下
	RA_DEVICE_STATE_AIRKISS_CONFIG_RUNNING, //airkiss config模式下
} ra_device_state_type_t;

ra_device_state_type_t枚举定义中包含了开发者可能用到的设备状态项，可以对它们进行store（设置）和load（读取）操作。

ra_device_state_store()：设置某个设备状态项item的值。开发者须根据设备实际状态来设置对应item值。

ra_device_state_store(RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECTED, ra_true); 
//设备连接路由器成功，设置item "RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECTED"为ra_true。

ra_device_state_load()：读取某个设备状态项item的值。根据该item值来判断设备当前状态，以便进行逻辑处理。

ra_device_state_load(RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECTED); 
//根据返回值判断设备是否连接成功路由器，ra_true表示成功，ra_false表示失败。

开发者在实际应用中，ra_device_state_type_t中已有的设备状态项的store操作已经在SDK实现，开发者只需通过load操作来获取设备状态。
开发者可在ra_device_state_type_t枚举定义中添加其他设备状态项，它的store和load操作则自行实现。注：设备状态项请添加在已有项的后面。
所有设备状态项的初始值都是ra_false。

#####5.6.2 设备状态改变时的回调函数

为方便开发者快速接入氦氪云端，SDK中提供了wifi连接及服务器登陆的接口，在此过程中，设备状态会出现多种变化（如路由器连接成功、路由器连接失败、服务器登陆成功、服务器登陆失败等）。SDK中提供了设备状态改变的回调函数，当设备状态改变时（如连接上路由器）开发者可以根据item的值来判断设备当前状态，进行分支操作。

示例代码：可参考5.8节的相关示例

为了不影响当前设备状态项，在ra_device_state_type_t枚举定义中后面添加一条设备状态 RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION

#include <ra_device_state.h>
#include <ra_utils.h>

void device_state_changed_callback(ra_device_state_type_t item, ra_bool current_state)
{
	if (item == RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION)
	{
		os_printf("RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION. state = %d\n", current_state);
	}
}

void ra_user_main(void)
{
	ra_register_device_state_changed_callback(device_state_changed_callback);//注册设备状态改变时的回调函数

	if (ra_device_state_load(RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION) == ra_false)
	{
		ra_device_state_store(RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION, ra_true);
	}
}

uart1输出：

RA_DEVICE_STATE_DO_ACTION. state = 1

###5.7 wifi配网接口

配网方式有：Hekr config和airkiss config（暂不支持）

调用配网接口ra_start_wifi_config(RA_WIFI_CONFIG_TYPE_HEKR)即进入Hekr config模式，此时使用Hekr APP对设备进行一键配网，设备获取到ssid和password即进入配网处理回调函数中。

示例代码：

#include <ra_wifi.h>

void wifi_config_finish_callback(char *ssid, char *password)
{
	if ((ssid != NULL) && (password != NULL))
	{
		os_printf("wifi_config successed\n");
		os_printf("ssid = %s, password = %s\n", ssid, password);
		//配网成功，获取到ssid及password，接着连接路由器
	}
	else
	{
		os_printf("wifi_config failed\n");
		//配网失败
	}
}

void ra_user_main()
{
	os_printf("wifi_config start\n");
	ra_register_wifi_config_callback(wifi_config_finish_callback);//注册wifi config配网回调函数
	ra_start_wifi_config(RA_WIFI_CONFIG_TYPE_HEKR);//启动wifi config
}

串口打印********hekr_config run********即表示进入配网模式。
配网超时时间为5min，超时后也进入配网回调函数，此时ssid和password均为NULL。
配网获取到的ssid和password未保存，用户可自行调用wifi_station_set_config()进行存储，避免重复配网。
进行配网前，用户可以通过wifi_station_get_config(struct station_config *config)接口的config参数来判断是否需要进入配网模式。

###5.8 设备连接wifi及登陆服务器

设备须先连接上wifi路由器，然后进行登陆服务器操作。开发者可以使用hekr config一键配网获取ssid，也连接一个固定的ssid。以下示例配置固定的ssid。

示例代码：

#include <ra_wifi.h>
#include <ra_device_state.h>
#include <ra_utils.h>

void recv_cloud_msg_callback(char *buf, ra_uint16_t len)
{
	os_printf("buf = %s, len = %d\n", buf, len);
	//接收到云端数据
}

void device_state_changed_callback(ra_device_state_type_t item, ra_bool current_state)
{
	if (item == RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECTED&&
		current_state == ra_true)
	{
		//路由器连接成功，接着登录服务器
		os_printf("wifi connect successed\n");
		ra_register_cloud_recv_callback(recv_cloud_msg_callback);//注册登录云端后，数据接收的回调函数
		ra_connect_to_cloud();//登录云端服务器
	}
	else if (item == RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECT_FAILED&&
		current_state == ra_true)
	{
		os_printf("wifi connect failed\n");
	}
}

void ra_user_main(void)
{
	ra_register_device_state_changed_callback(device_state_changed_callback);//注册设备状态改变时的回调函数
	ra_connect_wifi("WDD_TEST", "56781234", NULL, 30 * 1000);
}

ra_connect_wifi()中第四个参数为wifi连接的超时时间，超时后设备停止wifi连接，并进入到设备状态改变的回调函数中，此时的item == RA_DEVICE_STATE_WLAN_CONNECT_FAILED && current_state == ra_true。
设备登陆服务器后就可以进行开发者自己的业务实现，同时，wifi连接异常及服务器连接异常处理开发者无需自行实现，SDK中集成了wifi重连及服务器重连机制。
设备登陆服务器时需要prodKey（在HEKR console平台创建产品时生成，长度为32 Bytes），请在ra_user_main()中调用ra_set_parameter_string()来设置，如ra_set_parameter_string("prodKey", "12345678123456781234567812345678");。

###5.9 UDP局域网接口

SDK局域网通信采用UDP协议，wifi模块端作为Server，监听固定端口，端口号为10000，APP端作为Client。

Client端的ip和port存在于UDP接收回调函数的参数ra_remote_info_t *中。

示例代码：

#include <ra_lan_comm.h>

//UDP数据接收回调函数中，ra_remote_info_t *remote是client端的ip和port
void lan_recv_cb(ra_remote_info_t *remote, char *data, ra_uint16_t size)
{
	os_printf("remote ip:%u:%u:%u:%u port:%u\n",
		remote->remote_ip[0],
		remote->remote_ip[1],
		remote->remote_ip[2],
		remote->remote_ip[3],
		remote->remote_port);

	os_printf("data = %s\n", data);
	ra_lan_comm_send(remote, data, size); //send data to remote
}

void ra_user_main()
{
	ra_lan_comm_register_recv_callback(lan_recv_cb); //注册UDP数据接收回调函数
	ra_lan_comm_server_start(); //启动UDP server，监听10000端口

	//连接wifi
	ra_connect_wifi("WDD_TEST", "56781234", NULL, 30 * 1000);
}

###5.10 OTA升级

esp8266的OTA升级方式将flash map分为A/B两个区，固件默认烧录到A区，OTA升级将新固件下载到B区，升级完成后系统重启从B区启动。再次升级时则固件下载至A分区，并从A分区启动，依次更替。

OTA升级指令（action为devUpgrade）是由云端主动下发，用户需要将指令中参数URL、MD5和固件类型提取出来，然后调用ra_start_dev_upgrade()启动OTA升级。用户在解析devUpgrade指令时可以不校验参数，ra_start_dev_upgrade()内部会进行校验，如果参数无误，则返回值为0，向云端回应devUpgradeResp时code为200；如果参数有误，则返回值为非0，向云端回应devUpgradeResp时code为非200（自行定义）。

注：如果代码中调用了ra_enable_cloud_data_parse()函数，则SDK内部集成了OTA升级，开发者无需调用OTA相关API来实现OTA升级。

示例代码：

void OTA_successful_callback(void)
{
	os_printf("OTA_successful!\n");

	//升级成功后,要执行ra_system_upgrade_reboot()重启完成升级
	ra_timer_t timer; 
	ra_timer_new(&timer);
	ra_timer_set_callback(timer, ra_system_upgrade_reboot, NULL);
	ra_timer_start(timer, 2*1000, ra_false);
}

void OTA_fail_callback(int error_code)
{
	os_printf("OTA_fail!\n");
}

void ra_user_main()
{
	int ret; 
	ra_register_dev_upgrade_success_callback(OTA_successful_callback); //注册OTA成功回调函数
	ra_register_dev_upgrade_failed_callback(OTA_fail_callback); //注册OTA失败回调函数
	ret = ra_start_dev_upgrade(dev_TID, URL, MD5, B); //启动模块OTA升级，OTA的固件类型为B
	if(ret == 0)
	{
		//上报devUpgradeResp，code为200
	}
	else
	{
		//上报devUpgradeResp，code为非200
	}
}

OTA升级成功后进入升级成功回调函数需调用ra_system_upgrade_reboot()，此时系统会重启，方可正常运行新版本固件。
OTA进度上报在SDK中集成了，无需用户单独编程。

###5.11 浮点打印的解决方案

由于esp8266 SDK并不支持浮点打印（包括printf及sprintf），氦氪在此基础上移植了一种变通解决方案来支持浮点打印。为了区分原生api，支持浮点的api命名为c_printf和c_sprintf，在#include <c_sprintf.h>中。

SDK中的cJSON也支持浮点。

6. 编码注意事项

include/ra目录下提供的api函数均是以ra_为前缀命名，是该SDK主推供开发者调用的API接口。由于该SDK本身是基于原生ESP8266 NON_RTOS SDK深度开发而来，故ESP8266底层API也对开发者开放可供调用，但我们不推荐开发者使用底层API，以免造成RA接口的失效。ra_前缀api使用说明请参考ra_embedded_api.chm文档。
占用CPU时间超过500ms的函数不要在ra_user_main()直接调用，推荐在系统初始化完成后。可在入口函数中调用ra_register_system_init_done_callback()来注册系统初始化完成的回调函数。然后在回调函数中调用敏感api。
敏感API均为网络相关API，有ra_disconnect_wifi()。
设备接收到云端的数据都是操作指令（如appSend、devUpgrade、devSendResp等）对应的JSON字符串，用户需要自行解析成JSON格式，SDK中已经集成了cJSON接口，请参考头文件cJSON.h。

修饰符说明

FUN_ATTRIBUTE：函数修饰符。函数前不加它，则上电启动时将函数代码从flash加载到iram；在函数前加上它，则在上电启动后函数被调用时才被加载到iram中。由于芯片iram空间有限，编码时请在函数前加上此修饰符，但不能给中断回调函数添加（定时器回调函数除外）。
RODATA_ATTRIBUTE：变量修饰符。在变量（包括数组）定义前添加它，它将被写入flash中，减少系统运行期间堆的占用，只在变量使用时从flash中读取到ram中。

Change Log

V1.0.2: SDK更新至v1.5.4.1 ,优化心跳机制

simonliu009 / hekr-esp8266-sdk-ra

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2. 固件编译

3. 固件烧录

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