———以微信寵物屋為例

微信寵物屋是機智云提供的一套完整的基礎例程，在了解相關通信流程之后，我們可在該程序基礎上開發自己的程序，實現與云服務的對接，進而達到遠程控制的目的，接下來我們就來仔細分析下機智云的“M2M”機制到底是如何“跑起來的”。

第一步：我們打開微信寵物屋程序gokit-mcu-master：看到他的目錄結構如下

其中：MDK_Project即是STM32的程序入口，在分析程序之前我們先來看一下《寵物屋產品設備端開發指南》了解一下該程序實現的功能和串口協議的規定是怎樣的。

首先：我們來看產品信息，該處定義了相關的數據點（如何建立數據點請訪問www.gizwits.com）和寵物屋實現的功能，包括：調節RGB三色燈、電機轉速、紅外探測等。這些大家了解就行。其中需要大家特別注意的是“設備識別碼”這個關鍵詞，可以看到微信寵物屋的識別碼是“6f3074fe43894547a4f1314bd7e3ae0b”，機智云對于每一款產品都會生成唯一的識別碼以作區分，待會我們將在程序中找到定義識別碼的位置。

其次：我們來看產品信息，可以看到流程圖上清楚的介紹了整個協議工作的流程，簡單分析一下，其實可以分為兩部分處理：

第一部分、按鍵事件發生：主要用于MCU處理按鍵事件發生后與WIFI的通訊處理。

第二部分、串口事件發生：機智云是通過WIFI模塊與MCU以串口通信來實現的，所以下面的這些有關WIFI的事件都可以歸類為串口事件的發生，包括：Wifi 發送控制命令、Wifi 發送查詢命令、Wifi 發送心跳命令、Wifi 狀態更新、外設狀態變化。

總體來說，整個系統上電之后的流程如下：

1）MCU 先上電，初始化完成后，給模塊上電；

2) 模塊初始化；

3) 模塊向MCU 詢問必要信息，MCU 返回信息（見協議舉例）；

4) 進入正常工作循環；

a) 模塊給MCU 下發控制命令（見協議舉例）；

b) MCU 返回確認，表示收到命令，正在執行（見協議舉例）；

c) 執行完新控制命令后，無論狀態是否發生變化，MCU 都需要通知模塊最新狀態（見       協議舉例）；

d) 若MCU 檢測到環境屬性變化或者用戶在設備上按鍵引起的狀態變化，MCU 需要       通知模塊最新狀態，但是其發送的頻率不能快于2 秒每次（見協議舉例）；

e) 若環境狀態一直不變化，MCU 需要每隔10 分鐘定期主動上報當前狀態f) 模塊會       向MCU 發送心跳，MCU 收到后按照格式返回即可（見協議舉例）；MCU 連續180 秒       收不到模塊的數據，即可認為模塊異常，可以給模塊重新上電；

最后：我們來了解具體通訊協議的約定，可以看到

命令格式：header(2B)=0xFFFF, len(2B), cmd(1B), sn(1B), flags(2B),DATA(XB)，checksum(1B)

說明：

1) 包頭(header)固定為0xFFFF；

2) 長度(len)是指從cmd 開始到整個數據包結束所占用的字節數；

3) 命令字（cmd）表示具體的命令含義，詳見協議舉例；

4) 消息序號(sn)由發送方給出,接收方響應命令時需把消息序號返回給發送方；

5) 標志位（flag），本產品填寫默認0；

6) p0 數據區（DATA）,詳細參見p0 數據區約定；

7) 檢驗和(checksum)的計算方式為從len～DATA，按字節求和；

8) 所有發送的命令都帶有確認,如在200 毫秒內沒有收到接收方的響應,發送方；應重       發,最多重發3 次；

9) 多于一個字節的整型數字以大端字節序編碼（網絡字節序）；

10) 數字均用16 進制表示；

相信這一部分大家都能看懂，這里不再敘述，接下來看到“p0 數據區約定”，實現如下功能：

1)模塊向MUC 發送控制命令時攜帶p0 命令和命令標志位以及可寫數據區

2)MCU 主動發送狀態時或者回復wifi 模塊的狀態查詢時攜帶p0 命令和完整數據區

3)數據區會自動合并布爾和枚舉變量，且有嚴格的順序，不可任意改變

怎么來理解這三個功能呢？我們知道在機智云上定義數據點完成后，系統會自動生成對應的“串口通訊協議”如下圖所示：

我們下載這份通訊協議文檔打開，可以看到具體有如下命令：

1）WiFi模組請求設備信息

2）WiFi模組與設備MCU的心跳

3）設備MCU通知WiFi模組進入配置模式

4） 設備MCU重置WiFi模組

5）WiFi模組向設備MCU通知WiFi模組工作狀態的變化

6） WiFi模組請求重啟MCU

7）非法消息通知

8）WiFi模組讀取設備的當前狀態

9）設備MCU向WiFi模組主動上報當前狀態

10）WiFi模組控制設備

這些命令中我們只要具體關注8、9、10三條命令即可，我們先來找到第10條命令如下：

4)對應上面“p0 數據區約定”中的功能1來看，模塊向MUC 發送控制命令時攜帶p0 命令、命令標志位、及可寫數據區三部分命令，至此大家應該清楚了，前6位代表p0 命令、attr_flags(1B）代表命令標志位、attr_vals(6B)代表可寫數據區。這就告訴了我們編寫mcu代碼時，應該怎么樣去識別WIFI發來的控制命令。那具體要怎么識別呢，往下看協議的注解：

1. 是否設置標志位(attr_flags)表示相關的數據值是否為有效值，相關的標志位為1表示值有效，為0表示值無效,

從右到左的標志位依次為：

bit0: 設置LED_OnOff

bit1: 設置LED_Color

bit2: 設置LED_R

bit3: 設置LED_G

bit4: 設置LED_B

bit5: 設置Motor_Speed

這里可以清楚的看到attr_flags占1B字節，其中bit0代表設置LED_OnOff......bit5: 設置Motor_Speed，那么對于我們的mcu接收到WIFI發來的控制命令后，我們通過識別attr_flags的每一位即可對應出需要控制的設備，如果還看不懂，一會我們分析mcu程序。

看完標志位之后我們看attr_vals(6B)  即可寫數據區：

5)這里可以清楚的看到，只有相關的設置標志位（attr_flags）為1時，數據值才是有效的，需要特別注意的是“p0 數據區約定”約定第三條，數據區會自動合并布爾和枚舉變量，且有嚴格的順序，不可任意改變。對應上面的“byte0”合并了“bool”和“enum”類型。

至此p0 數據區約定 到此結束，后面在MCU程序中會對應具體代碼講解。

《寵物屋設備端開發指南》通訊寫一部分最后一個包頭排重約定

原則：我們的包頭是兩個連續的FF FF，如果此包中還有某字節出現FF，僅在傳輸和接收的時候處理，其他環節按正常數據處理；

舉例：

1) 某設備上報狀態幀：FF FF 00 15 05 03 00 00 04 01 01 02 03 01 00 00 00 32 FF 20 00 03 7D， 除包頭外，出現了FF；

2) 在程序內部，作為正常的數據去處理；

3) 當需要傳輸時，將除包頭外的FF后，增加一個55字節，其他不變；

4) 將上述數據處理成：FF FF 00 15 05 03 00 00 04 01 01 02 03 01 00 00 00 32 FF 55 20 00 03 7D，長度不變，校驗碼不變；

5) 接收方在接收過程中，如果收到字節是FF，及判斷第二個字節是否也是FF，如果是FF，表示一個新包，按照新包處理；

6) 如果第二個字節是55，直接丟棄，不算接收長度，繼續接收下一個字節；

7) 直到按照長度接收完，或者碰到下一個連續的FF FF；

這部分代碼出現在mcu與WIFI 的串口通訊部分，所以我們一會找到mcu的串口接收程序，簡而分析，即可清楚什么是包頭排重約定。

《寵物屋設備端開發指南》第4部分協議舉例，下節配合mcu程序講解。

第二節：MCU程序詳解（STM32）

注意：此節的分析需要讀者有一定的STM32開發能力，如果不具備，請先學習STM32。

打開MCU程序，在main.c下我們可以看到這樣一段注釋：

意思已經很清楚了，大部分的命令代碼機智云已經為我們實現了，這也是我在講解《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔》命令時說只需要關注8、9、10三條指令的原因了，這三條指令對應在protocol.c下的CmdSendMcuP0和CmdReportModuleStatus這兩個函數下，即我們開發自己的程序時只需關注這兩個函數即可。

首選來看主函數：

可以看到主函數下載完成了一堆初始化之后，在循環值進行了三個函數，第一個和第三個是串口事件處理，第二個是按鍵事件處理（對應之前第一節講的流程圖）。

我們先來看串口事件處理函數MessageHandle()，在這之前，我們需要考慮到串口事件發生的前提是串口已經接收到了數據幀，因此我們需要找到串口再那里接收這些命令的，我們找到串口接收函數，在STM32里串口接收是以串口中斷出現的，而庫函數里所有的中斷都是默認在stm32f10x_it.c下的，所以在c文件下我們可找到void USART1_IRQHandler(void)，這就是串口1的中斷接收函數。這段代碼我已經做了詳細注釋，大家可參考上一節的《寵物屋設備端開發指南》下的命令格式和包頭排重約定仔細對照查看：

void USART1_IRQHandler(void)

{  

   uint8_t    vlue;

   short         i;

  if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)

  {

   USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);

   vlue = USART_ReceiveData(USART1);

   if(get_one_package ==0) //數據包還沒有接收完

      {

         if(cmd_flag1 ==0)   //初始化為0

         {

            if(vlue == 0xff)//接收到第一個0xff

            {   

               uart_Count = 0;                  

               uart_buf[uart_Count]=vlue;    //uart_buf[0]=0xff

                  uart_Count++;   

                  cmd_flag1 = 1;          //第一個0xff收到標志位

            }         

            return ;  //如果沒收到返回

         }

         if(cmd_flag2 ==0)

         {

            if(cmd_flag2)                     //cmd_flag2=1

            {

                  uart_buf[uart_Count]=vlue;

                  uart_Count++;

                  if(uart_buf[1] == 0xff)      

                  {

                     cmd_flag2 = 1;     //已經收到了第二個0xFF            

                  }   

                  else

                  {

                     cmd_flag1 = 0;    //兩個0XFF接收完清標志位

                  }

            }

            cmd_flag2 = 1;

         }

         uart_buf[uart_Count] = vlue;

         if(uart_Count >=4 && uart_buf[uart_Count] == 0x55 && uart_buf[uart_Count-1] == 0xFF){}  //包頭排重

         else uart_Count++;

         if(uart_Count == 0x04)

         {

            cmd_len = uart_buf[2]*256 +  uart_buf[3];                                             

         }

         if(uart_Count ==  (cmd_len + 4))   //接收的數據包是否完整

         {

            get_one_package = 1; //數據包接收完成標志位

            cmd_flag1 = 0;      

         }                                          

看懂串口接收代碼后，我們回到主函數，鼠標右鍵單擊MessageHandle()選擇gotodifinitionMessageHandle找到該處理函數：

可以看到if(get_one_package)這條語句，只有get_one_package=1的時候下面的程序才會執行，而get_one_package=1就是在串口接收函數里賦值的，表示接收到完整的數據幀。繼續往下看到

不信大家可以進入到void       CmdReportModuleStatus(uint8_t *buf) 這個函數下看看都做了哪些工作：

從注釋也可以看出這個函數只是描述WIFI狀態變化的函數，比如我們連接的是AirLink模式還是softap模式，如果你想區分，就在這段代碼下添加狀態指示程序即可，我們不做過多講解，重點用來解釋控制命令函數void       CmdSendMcuP0(uint8_t *buf)

大家拿到開發板之后，應該都知道第一步需要按下按鍵去配置WIFI連接到云端，才能實現遠程控制，所以在講解控制命令函數void       CmdSendMcuP0(uint8_t *buf)之前，我們先來看看通過按鍵配置開發板的這些程序在哪里，既然是按鍵配置，那肯定是在按鍵處理函數里找嘍，我們回到主函數下，找到按鍵處理函數       KeyHandle();         鼠標右鍵單擊 選擇 goto        difinition KeyHandle，可以看到

這里代碼已經很清楚了，就不做過多解釋，這里需要大家思考的地方是，按鍵的長按和短按是怎么實現的呢？這里告訴大家，本mcu程序定義了定時器3中斷，去判斷按鍵的長按與短按，超過2秒即認為是長按，既然是定時器中斷函數，那肯定是在stm32f10x_it.c下面嘍，我們找到它，看看它的函數原型void TIM3_IRQHandler(void) ：（這部分代碼我在原來的基礎上做了更多的注解，相信大家都能看懂的）

這部分代碼大體的工作流程是：如果串口0傳來了數據（buf != NULL），先調用memcpy函數將其拷貝到m_w2m_controlMcu 結構體中去，其中結構體成員m_w2m_controlMcu.sub_cmd 是命令標志位，如果為SUB_CMD_REQUIRE_STATUS（0x02）則表示查詢命令，當即上報當前的狀態到服務器，如果為SUB_CMD_CONTROL_MC（0x01）則表示控制命令，控制部分就是我們需要重點實現的了。既然是控制部分，那肯定要和我們之前講的《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔.pdf》中的4.10節《WIFI模塊控制設備》相聯系起來了，

我們之前講過這部分 最重要的就是attr_flags(1B) 、attr_vals(6B)這兩位；忘記的同學請返回前面看一看。這兩位是怎么對應程序的呢？我們來看

現在是不是已經和《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔.pdf》中的4.10節《WIFI模塊控制設備》對應起來了，哈哈，我們接著往下看程序

前面我們已經知道程序里的cmd_tag就對應《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔.pdf》中的4.10節《WIFI模塊控制設備》中的attr_flags(1B)，是用來選擇控制哪一位的，在文檔中我們可以看到attr_flags的第0位是用來選擇控制LED燈開關的，即只要設置了第0位為1就表示要控制LED等開關了，如下所示：

對應程序中

if((m_w2m_controlMcu.cmd_tag & 0x01) == 0x01)

即標志第0位為1，接下來就可以控制LED燈的開關了，我們接著程序往下看；

這段程序就控制了LED燈的開關，即cmd_byte的第0位為1表示燈開，為0表示燈關。

這對應《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔.pdf》中的4.10節《WIFI模塊控制設備》中的attr_vals(6B)，即設置數據位，如下所示：

可以清楚的看到只要控制byte0（0x07）的第0位就可以控制LED燈了，第一位是用來控制LED顏色的。

這里需要說明的是一般設置數據位的數據包的byte0 是用來控制bool型變量和枚舉類型變量的了，應為機智云默認是把bool變量和枚舉類型合并處理的。

下面的程序基本和上面一樣了，只要大家看懂了《微信寵物屋-機智云接入串口通信協議文檔.pdf》中的4.10節《WIFI模塊控制設備》中的attr_flags(1B) 、attr_vals(6B)這兩位和程序代碼中的cmd_tag、status_w的對應關系就能自己編寫控制程序了。