隨著與物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 連接的設(shè)備越來越普遍，從零開始的開發(fā)人員意識(shí)到，這些產(chǎn)品的開發(fā)并不像他們所期望的那樣簡(jiǎn)單，尤其是在時(shí)間緊迫和成本有限的情況下。從選擇一個(gè)可信的、安全的、支持良好的開發(fā)環(huán)境到選擇兼容的軟件和硬件，事實(shí)證明，設(shè)計(jì)和構(gòu)建一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍然需要廣泛的技能。

開發(fā)人員越來越需要隨時(shí)獲得安全的解決方案、云連接庫、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和兼容的軟硬件開發(fā)平臺(tái)，提供隨時(shí)集成的傳感器，所有這些都在一個(gè)可擴(kuò)展的包中。

本文討論了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員如何使用STMicroelectronicsB-L4S5I-IOT01A物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn) Discovery 套件快速制作產(chǎn)品原型。它討論了板載微控制器的性能，豐富的傳感器和配置選項(xiàng)，以及如何連接到 Amazon Web Services (AWS) 并迅速開始構(gòu)建原型和最終產(chǎn)品。

B-L4S5I-IOT01A 物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn) Discovery 套件簡(jiǎn)介

B-L4S5I-IOT01A Discovery 開發(fā)板是一款一站式的開發(fā)板，可用于制作幾乎所有嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原型（圖 1）。該板有足夠的處理能力、傳感器和可擴(kuò)展性，使任何嵌入式開發(fā)人員能夠構(gòu)建夢(mèng)寐以求的應(yīng)用。B-L4S5I-IOT01A 板基于STM32L4S5VIT6低功耗ArmCortex-M4 處理器，運(yùn)行速度為 120 兆赫 (MHz)，由 2 兆字節(jié)(Mbytes) 的程序閃存和 640 千字節(jié) (KB) 的 SRAM 支持。STM32L4S5VIT6 還具有非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的特性，如：

• 一個(gè)浮點(diǎn)單元 (FPU)

• 一個(gè) 14 通道的動(dòng)態(tài)內(nèi)存訪問 (DMA) 控制器

• 一個(gè) AES 和 HASH 加密的硬件加速器

• 先進(jìn)的圖形功能

• ULPMark CP 能源基準(zhǔn)得分為 233

圖 1：B-L4S5I-IOT01A基于 Arm Cortex-M4 處理器，運(yùn)行頻率高達(dá) 120MHz，擁有 2 Mbytes 的閃存，640 KB 的 RAM，無線連接和多個(gè)傳感器。（圖片來源：STMicroelectronics）

僅僅是處理能力和能源效率并不能成為一個(gè)優(yōu)秀的快速原型平臺(tái)。該開發(fā)板還配備了無線連接，形式為InventekSystems的 802.11b/g/n 兼容 Wi-Fi 模塊 (ISM43362-M3G-L44) 和 STMicroelectronics的 Bluetooth 4.1 模塊，以及一系列傳感器。包括兩個(gè)MP34DT01數(shù)字全向麥克風(fēng)、一個(gè)HTS221相對(duì)濕度和溫度的電容式數(shù)字傳感器，以及一個(gè)LIS3MDL高性能三軸磁強(qiáng)計(jì)。

上面的清單絕不是全面的：更詳細(xì)的描述可以在這里找到。接下來，重要的是檢查可用來加速開發(fā)的軟件工具和堆棧。

STM32 的生態(tài)系統(tǒng)

圍繞任何開發(fā)板的生態(tài)系統(tǒng)決定了一個(gè)團(tuán)隊(duì)是否能快速制作原型。例如，要用B-L4S5I-IOT01A 制作物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的原型，開發(fā)人員需要獲得一個(gè)編譯器、一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)、驅(qū)動(dòng)程序庫、配置工具和固件更新軟件。B-L4S5I-IOT01A Discovery 板支持所有這些需求。

許多開發(fā)人員使用 Eclipse 和 GNUC 編譯器作為他們的開發(fā)環(huán)境。STMicroelectronics 提供了一個(gè)免費(fèi)的工具STM32CubeIDE（圖 2），允許開發(fā)人員編寫和構(gòu)建他們的軟件項(xiàng)目。STM32CubeIDE 能夠通過不同的視角訪問軟件開發(fā)環(huán)境、微控制器配置工具和調(diào)試環(huán)境。

圖 2：STM32CubeIDE 為開發(fā)者提供了一個(gè) IDE，用于創(chuàng)建、配置和管理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的嵌入式軟件。（圖片來源：Beningo Embedded Group） STM32CubeIDE 不僅提供了一種創(chuàng)建、構(gòu)建和管理軟件項(xiàng)目的方法，它還擁有一個(gè)STM32CubeMx接口。STM32CubeMx 是一款微控制器配置工具，使開發(fā)者能夠配置時(shí)鐘樹、外設(shè)、傳感器和中間件。開發(fā)人員配置他們的設(shè)置，然后工具鏈生成驅(qū)動(dòng)程序和配置文件，大大減少了開發(fā)時(shí)間，幫助開發(fā)人員專注于他們的應(yīng)用程序代碼，而不是標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施代碼。

除了配置和部署代碼庫之外，STM32 生態(tài)系統(tǒng)還為在前沿工作的開發(fā)人員提供了一些有用的工具。例如，希望在應(yīng)用中利用機(jī)器學(xué)習(xí)的開發(fā)人員可以利用STM32Cube.AI擴(kuò)展 X-CUBE-AI，它為團(tuán)隊(duì)提供了一個(gè)簡(jiǎn)化的框架，用于在 STM32 上轉(zhuǎn)換、驗(yàn)證和運(yùn)行推理。例如，開發(fā)人員可以使用 TensorFlowLite 訓(xùn)練一個(gè)模型，然后在短短幾分鐘內(nèi)將該模型轉(zhuǎn)換為 C 代碼，在微控制器上運(yùn)行。此外，還有一些擴(kuò)展包，其中有隨時(shí)可以運(yùn)行的軟件，包括。

• 用于面部識(shí)別應(yīng)用的FP-AI-FACEREC

• 用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的FP-AI-NANOEDG1

• 用于圖像分類應(yīng)用的FP-AI-VISION1

• 用于音頻和場(chǎng)景分類應(yīng)用的FP-AI-SENSING1

每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都應(yīng)該考慮安全問題，即使是在快速原型設(shè)計(jì)階段。今天的網(wǎng)絡(luò)充斥著不間斷的攻擊、安全漏洞以及對(duì)商業(yè)和客戶數(shù)據(jù)的利用。因此，任何快速原型開發(fā)平臺(tái)都應(yīng)該有能力有效地?cái)U(kuò)展到一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。該開發(fā)板可以利用 STMicroelectronics 的安全啟動(dòng)安全固件更新(Secure Boot Secure Firmware Update, SBSFU) 軟件棧，為開發(fā)者提供這種能力。SBSFU 可在X-CUBE-SBSFU 功能包中使用，它提供了：

• 信任根 (RoT) 服務(wù)

• 安全鑰匙管理服務(wù)

• 加密方案

• 安全的固件更新服務(wù)

圍繞 B-L4S5I-IOT01A Discovery 板的生態(tài)系統(tǒng)非常豐富，有許多可用的功能包和工具，可以幫助開發(fā)者快速入門。許多物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)人員對(duì)X-CUBE-AWS軟件包感興趣，該軟件包提供了使用 AWS 時(shí)連接到云的一切必要條件。讓我們研究一下開發(fā)者如何去做這件事。

連接到云

要開始使用云，開發(fā)人員需要下載 X-CUBE-AWS。該軟件包以壓縮文件的形式出現(xiàn)，其中有幾個(gè)設(shè)計(jì)用于在 B-L4S5I-IOT01A 上運(yùn)行的項(xiàng)目，如：

• Bootloader_KMS

• Bootloader_STSAFE

• Cloud

這些項(xiàng)目位于：

Projects/B-L4S5I-IOT01A/Applications/

AWS 云項(xiàng)目位于：

Cloud/aws_demos

該云項(xiàng)目可用于 STM32Cube IDE、Keil和 IAR。當(dāng)然，開發(fā)者可以將這些東西移植到其他 IDE 上，但這三個(gè)是業(yè)內(nèi)常用的。

開發(fā)者不需要想辦法讓項(xiàng)目獨(dú)立運(yùn)行起來。有幾個(gè)有價(jià)值的文件可以幫助他們快速入門。首先，在主項(xiàng)目目錄中，有一個(gè) Release_Notes.html 文件。這個(gè)文件包含了關(guān)于項(xiàng)目的一般信息以及局限性和有價(jià)值的參考資料。

接下來，有一個(gè)入門指南，介紹了如何使用該項(xiàng)目連接到 AWS。本文件描述了如何連接到 AWS 以及棧和軟件信息（圖 3）。該文件還詳細(xì)描述了軟件棧，這可以幫助開發(fā)人員了解它是如何組織的，以及將設(shè)備連接到云端所需的變化。

圖 3：X-CUBE-AWS 提供了連接到 AWS 和開發(fā)能夠連接到 AWS 的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所需的固件和應(yīng)用實(shí)例。（圖片來源：STMicroelectronics）連接到云端的最簡(jiǎn)單方法是運(yùn)行入門文件并按照教程進(jìn)行操作。除了該教程外，還有幾個(gè)額外的參考資料，開發(fā)者可以用來加快軟件包的使用，包括：

• FreeRTOS 接下來的步驟

• OTA 更新用戶指南

• 設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)核心賬戶和憑證

在這些文件之間，開發(fā)人員可以快速啟動(dòng)和運(yùn)行一個(gè)云應(yīng)用程序，作為他們自己物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。

使用B-L4S5I-IOT01A Discovery 板的技巧和竅門

B-L4S5I-IOT01A Discovery 板有許多特性和功能，開發(fā)者可以利用這些特性和功能來快速建立其嵌入式產(chǎn)品的原型。以下是開發(fā)人員應(yīng)牢記的幾個(gè)“技巧和竅門”，可以簡(jiǎn)化和加快他們的開發(fā)，例如：

• 充分利用 X-CUBE-AWS 的優(yōu)勢(shì)，輕松連接到 AWS。軟件包中的 FreeRTOS 已經(jīng)被移植到開發(fā)板上；開發(fā)人員只需要配置設(shè)備以連接到云端。

• 仔細(xì)閱讀入門文件。該文件包含執(zhí)行固件更新和連接到 AWS 的必要步驟。

• 試驗(yàn)一下例子中的空中 (OTA) 更新能力。為現(xiàn)場(chǎng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備打補(bǔ)丁和更新是一個(gè)關(guān)鍵的需求。開發(fā)人員應(yīng)了解安全固件更新的能力和任何限制。

• 通過利用 STMicroelectronics 的功能包，避免從頭開始，這些功能包可以幫助開發(fā)人員在能力和設(shè)備功能方面有一個(gè)快速的起步。這些功能包可以極大地加速開發(fā)。

• 花點(diǎn)時(shí)間通讀 STSAFE 文件，了解安全元素如何提高設(shè)備的安全性。安全性必須從一開始就融入于設(shè)備中，所以在快速原型開發(fā)階段做好安全性是必須的。

遵循這些“技巧和竅門”的開發(fā)者會(huì)發(fā)現(xiàn)，他們?cè)趯?duì)應(yīng)用進(jìn)行原型開發(fā)時(shí)可以節(jié)省不少時(shí)間和麻煩。

結(jié)語

從零開始開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備仍有許多障礙和陷阱，可能會(huì)拖延時(shí)間表并導(dǎo)致成本超支。為了避免這些問題，開發(fā)人員可以利用 B-L4S5I-IOT01A Discovery 板來快速建立其物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的原型。STMicroelectronics的軟件棧、擴(kuò)展包和生態(tài)系統(tǒng)為開發(fā)者提供了一站式服務(wù)，可以輕松地集成軟件并加速實(shí)施。B-L4S5I-IOT01A也完全能夠滿足現(xiàn)代設(shè)備的需求，如云連接、通過 OTA 獲得安全啟動(dòng)固件，甚至運(yùn)行基本的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。

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