Open Source Hardware、Arduino 與 Platformio之碎碎念

1.Open Source Hardware
6,7年前就感覺到嵌入式系統開發陷入了困境，為了擺脫困境就開始網際網路的開發，並從中悟出OSH(open source hardware)是擺脫困境的唯一出路。於是開始測評各種OSH平臺，發現OSH在遭遇了傳統嵌入式應用領域的頑強抵抗後轉戰教育與創客領域，首先是Raspberry Pi讓網際網路控制個燈這樣的物理對象變得非常容量，接著Raspberry Pi搭上了AI的快車；同時以MCU為基礎的的Arduino也在創客中快速發展，當然還有ARM的mbed。然而我認為真正讓OSH騰飛的是將arduino移植到ESP8266的Luca Passarella。我認為Luca Passarella的最大貢獻就是強調軟體框架，讓OHS中的H隱藏起來，這和網際網路的跨平似乎是一致的。
Arduino for esp8266伴隨著esp8266的發展逐漸進入傳統嵌入式開發應用領域，arduino for esp32在樂鑫的支持下迅速推出了穩定版，使嵌入式開發的先行者擺脫了傳統嵌入式開發的種種約束，mbed，ST等CPU廠家的融入又推動了Arduino的發展，同時各種外設廠家不斷拓展了arduino的生態，arduino已成為OSH的主流平臺。
在測評中享受了OSH的便捷，但失落感也非常強，幾十年的功底拉回到與中學生在同一起點，無意識的找茬一個接一個從腦袋中冒出，讓我感覺到了什麼是不忘初心的重要性，能讓我堅持下來的也正是初心，我的初心就是要擺脫嵌入式開發面臨的困境。2.Arduino Lib在用C語言開發嵌入式系統之初，庫的作用更多局限在開發者本人，或者一個小團體內部，當時還沒有生態的概念；後來儘管嵌入式開發工具也支持C++了，但嵌入式系統自身的開發模式決定了用C++是多此一舉，就連激進的我也是為了應用而應用C++，但隨著熱情的漸退，儘管文件後綴是CPP，但內容還是C，掛的是CPP，賣的還是C。
arduino是在C++成熟後才發展起來的，它不需要考慮Linux那樣的歷史原因，沒有考慮兼容C，所以生態的支撐平臺十分簡潔。庫是生態的實例化，arduino庫是標準的C++庫，它不支持C，最基本的庫是一個H文件

#ifndef __LED_H_
#define __LED_H_
#include <Arduino.h>
class LED {
 public:
  void begin(uint8_t ledName);
  void flashLED(uint8_t ledNum);
};
#endif

#include "led.h"
void LED::begin(uint8_t ledNum) {
  pinMode(ledNum, OUTPUT);
}
void LED::flashLED(uint8_t ledNum) {
  static uint8_t ledState;
  if (ledState == 0) {
    digitalWrite(ledNum, HIGH);
    ledState = 1;
  } else {
    digitalWrite(ledNum, LOW);
    ledState = 0;
  }
}

其中begin是必須的，是對這個對象進行初始化，它是放在main.cpp的setup()中，下面是應用實例：

#include <Arduino.h>
#include <Wire.h>
#include "Adafruit_BME280.h"
#include "Adafruit_Sensor.h"
#include "led.h"
#define ledNum 2
LED led;
Adafruit_BME280 bme;  // use I2C interface
Adafruit_Sensor* bme_temp = bme.getTemperatureSensor();
Adafruit_Sensor* bme_pressure = bme.getPressureSensor();
Adafruit_Sensor* bme_humidity = bme.getHumiditySensor();

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  led.begin(ledNum);
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin(4, 5);
  Serial.println(F("BME280 Sensor event test"));
  if (!bme.begin(0x76, &Wire)) {
    Serial.println(F("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!"));
    while (1)
      delay(10);
  }

  bme_temp->printSensorDetails();
  bme_pressure->printSensorDetails();
  bme_humidity->printSensorDetails();
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  sensors_event_t temp_event, pressure_event, humidity_event;
  bme_temp->getEvent(&temp_event);
  bme_pressure->getEvent(&pressure_event);
  bme_humidity->getEvent(&humidity_event);

  Serial.print(F("Temperature = "));
  Serial.print(temp_event.temperature);
  Serial.println(" *C");

  Serial.print(F("Humidity = "));
  Serial.print(humidity_event.relative_humidity);
  Serial.println(" %");

  Serial.print(F("Pressure = "));
  Serial.print(pressure_event.pressure);
  Serial.println(" hPa");

  Serial.println();
  led.flashLED(ledNum);
  delay(1000);
}

3.Platformio FolderVscode是目前網際網路開發中應用最廣泛的IDE，vscode+platformio將網際網路的拓展到了嵌入式系統，是全棧開發人員的利器。platformio的框架目錄結構是框架的實例化。框架目錄結構的詳細內容參考https://docs.platformio.org/en/latest/projectconf/section_platformio.html#directory-options
。
下面是一個platformio工程目錄實例:

├─.pio
│  ├─build
│  │  └─nodemcuv2
│  └─libdeps
│      └─nodemcuv2
│          ├─Adafruit BusIO
│          │  ├─.github
│          │  │  └─workflows
│          │  └─examples
│          │      ├─i2corspi_register
│          │      ├─i2c_address_detect
│          │      ├─i2c_readwrite
│          │      ├─i2c_registers
│          │      ├─spi_modetest
│          │      ├─spi_readwrite
│          │      ├─spi_registers
│          │      └─spi_register_bits
│          └─Adafruit SHT31 Library
│              ├─.github
│              │  └─workflows
│              └─examples
│                  └─SHT31test
├─.vscode
├─include
├─lib
│  ├─BMP280
│  │  └─examples
│  │      ├─advancedsettings
│  │      ├─bme280test
│  │      └─bme280_unified
│  ├─LED
│  └─sensor
│      └─examples
│          └─sensortest
├─src
└─test

platformio有4種方式來放置庫，它們是：
3.1 與arduino core直接相關的庫。這類庫隱藏很深，找起來很費力，乾脆就不找了，反正與您關係不大。
3.2 與arduino core無關，但註冊了的第三方庫，可以在platformio主頁中的庫裡面搜索，安裝後它存放在.pIO子目錄的libdeps中
3.3 自建的庫放在lib子目錄中
3.4放在其它地方的庫,需要在platformio.ini中用

4.platformio.ini每個項目的根目錄下都有一個項目配置文件platform.ini,(https://docs.platformio.org/en/latest/projectconf/index.html)。它涉及到的東西太多，要一下子就能靈活應用還是有一定的難度，在用中學是一個很好的打法，要快速用起來我感覺還是要掌握下面一些內容：
4.1 uploading
Uploading是第一步，它包括:
(1)upload_protocol的內容在https://docs.platformio.org/en/latest/boards/index.html中。upload_protocol很重要，如果沒有它程序upload下去，燈都無法點，所以軟硬體開發都要掌握。
(2)upload_port涉及內容具體，如果在platformio.ini中沒有upload_port則ploatformio就自己找，如果找不到就需要配置，例如：

/dev/ttyUSB0 - Serial port (Unix-based OS)
COM3 - Serial port (Windows OS)
192.168.0.13 - IP address when using OTA
/media/disk - physical path to media disk/flash drive (Mbed enabled boards)
D: - physical path to media disk/flash drive (Windows OS).

4.2 monitor
Arduino開發更象電腦程式開發，經常要用print及其println觀察一些變量。print及println的默認就是串口
monitor_port和upload一樣
monitor_speed，串口波特率
4.3 build_flags
build_flages通常可以不設置，但有USB接口的，還是要考慮。因為除了用USB upload程序外，使用USB的CDC monitor非常方便。build_flages的內容在https://docs.platformio.org/en/latest/boards/index.html。下面是st32f411的platformio.ini

; PlatformIO Project Configuration File
;
;   Build options: build flags, source filter
;   Upload options: custom upload port, speed and extra flags
;   Library options: dependencies, extra library storages
;   Advanced options: extra scripting
;
; Please visit documentation for the other options and examples
; https://docs.platformio.org/page/projectconf.html

[env:genericSTM32F411RE]
platform = ststm32
board = genericSTM32F411RE
framework = arduino
build_flags =
   -D PIO_FRAMEWORK_ARDUINO_ENABLE_CDC
   -D USBCON
   ;-D USBD_VID=0x0483
   ;-D USBD_PID=0x5740
   ;-D USB_MANUFACTURER="GOSIP"
   ;-D USB_PRODUCT="\"PyDuino 411RE\""
   ;-D HAL_PCD_MODULE_ENABLED
;lib_deps = LEDLIB
monitor_port = /dev/tty.wchusbserial1420
monitor_speed = 115200
upload_protocol = stlink
；upload_protocol＝serial
；upload_port＝/dev/tty.wchusbserial1420
;upload_protocol = dfu
;upload_port = anything

5.Platformio Command儘管platformio提供了一些圖標，但這些圖標並不完全，在Terminal中用命令更方便快捷，常用的命令有：
Plaformio run編譯
pio -t upload下載程序
pio -t uploadfs 下載文件系統
pio upgrade --dev更新platformio系統
其它命令在https://docs.platformio.org/en/latest/core/index.html中6.OS優先用Linux和Mac Os吧，原因就不展開了。