《考取HCIA证书看我就够了》第五篇：[HCIA-IoT]物联 技术之感知层技术概览

系列文章目录

《考取HCIA证书，看我就够了》
1.华为职业认证体系及HCIA介绍
2.[HCIA-IoT]物联 起源与发展
3.[HCIA-IoT]物联 技术之 络层技术概览
4.[HCIA-IoT]物联 技术之平台层技术概览
5.[HCIA-IoT]物联 技术之感知层技术概览
6.[HCIA-IoT]华为物联 解决方案及安全技术
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• 系列文章目录
• 前言
• 一、感知层硬件技术
• • 1.1单片机技术
  • • 1.1.1微型计算机技术概述
    • 1.1.2指令集
    • 1.1.3处理单元分类
    • 1.1.4单片机架构
  • 1.2传感器技术
  • • 1.2.1 ADC/DAC
    • 1.2.2传感技术
    • 1.2.3传感器分类
• 二、感知层软件技术
• • 2.1操作系统概述
  • • 2.1.1操作系统是什么
    • 2.1.2操作系统发展史
  • 2.2为什么需要物联 操作系统
  • • 2.2.1物联 终端开发面临的挑战
    • 2.2.2终端智能化
  • 2.3物联 操作系统Huawei LiteOS概述
  • 2.4 Huawei LiteOS的内核
  • • 2.4.1 Huawei LiteOS任务管理
    • 2.4.2 Huawei LiteOS内存管理
    • 2.4.3 Huawei LiteOS中断管理
    • 2.4.4 Huawei LiteOS任务间通信
    • 2.4.5 Huawei LiteOS时间管理
    • 2.4.6 Huawei LiteOS定时器
  • 2.5 Huawei LiteOS的中间件
  • • 2.5.1 Huawei LiteOS SDK
    • 2.5.2 Huawei LiteOS端云互通组件
    • 2.5.3 Huawei LiteOS互联框架
    • 2.5.4 Huawei LiteOS互联框架
    • 2.5.5 Huawei LiteOS安全框架
  • 2.6 Huawei LiteOS API
• 三、通信模组开发介绍
• • 3.1什么是AT指令
  • 3.2AT指令分类
  • • 3.1.1 NB-IoT指令集
    • 3.1.2 Wi-Fi指令集
    • 3.1.3 华为认证模组AT指令
  • 3.2通信模组对接流程
  • • 3.2.1 NB-loT终端对接流程
    • 3.2.2 Wi-Fi终端对接流程
• 总结

前言

在 [HCIA-IoT]篇物联 起源与发展中我们知道物联 可分为四层，分别是感知层、 络层、平台层和应用层四层。

一、感知层硬件技术

1.1单片机技术

1.1.1微型计算机技术概述

当要讲这部分时，我脑海中瞬间就出现了这段我非常喜欢的小说情节

• 或门

选择器用来选择想要实现的功能。(例如︰两数相加或相减)
寄存器可以对之前的结果和之后运行的指令进行记录

然后利用单晶硅晶圆作为基底，敷设不同的材料层，在再上面刻蚀出一个个门电路，数以亿计的门电路就形成了我们的芯片

之后现代计算机（无论大型或微型）在此基础上又设计了成百上千个不同的指令，来实现数学、逻辑或存储的功能。

其实，所有的程序都是用不同的指令的集合，来完成对于计算机数据的处理。

1.1.2指令集

计算机指令就是指挥机器工作的指示和命令，软件就是为了使用计算机进行计算而编写的用户或系统程序，而程序就是一系列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的工作过程。

指令集，就是CPU中用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。

从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分

1.1.3处理单元分类

现代可编程设备可以被分为两个不同的类别:微处理器(Microprocessor，MPU)和微控制器(Microcontroller,MCU)

微处理器通常就是一块CPU(Certral Processing Unit)，通常被放在电脑、服务器或游戏设备等当中用来处理高功耗、高复杂度的任务。其特点在于微处理器只能用来处理数据，所有必要的存储器和外设都必须分别外接

1.1.4单片机架构

4.总线（BUS）
总线如同城市的主干道一样，可以连接单片机的各个部分，并进行数据的通信，通常情况下微控制器中的总线可以被分为三类:数据总线、地址总线和控制总线

数据总线:用于在处理器、存储器和/o之间传递数据的双向总线。
地址总线∶用于选择处理器需要读取/写入到特定存储器位置的总线。地址总线的数据流动方向是单向的，从处理器到内存和I/O。
控制总线∶由许多单独的控制/信令线路组成。典型的信 包括读/写线路，用于随数据总线指示数据行进的方向。

1.2传感器技术

我们人体能够感应到周围的环境状态，主要是因为我们有各种感觉器官

单片机想要获取周围的环境状态，就要依靠各类传感器

一个ADC接口通常可以作为输入接口将外界的模拟信 转换为数字信 在单片机内进行使用，例如接口的额定电压为3.3v，则该接口可接受的电压范围为0~3.3V。若此ADC为2bit，则可以表示4个不同的电压等级。

1.2.3传感器分类

传感器的功能常与人类5大感觉器官相比拟:
光敏传感器——视觉
声敏传感器——听觉。
气敏传感器——嗅觉。
化学传感器――味觉
压敏、温敏、流体传感器——触觉
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

1.光敏传感器

3.加速度传感器
加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。

压电效应:对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应。

4.脉搏传感器

2.1.2操作系统发展史

1.最早的“操作系统”
穿孔纸带/卡片——人工操作方式
程序员将事先已穿孔的纸带（或卡片）装入纸带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将纸带（或卡片)上的程序和数据输入计算机，最后启动计算机运行。

2.2为什么需要物联 操作系统

2.2.1物联 终端开发面临的挑战

1.超大连接数量

不同的时代对操作系统的要求也不同，物联 时代超大的连接数量与过去全然不同，这意味着需要新的物联 操作系统。

开发人员需要为不同的设备分别进行适配，让发量本就不多程序员更加忧愁。

4.视频场景下性能、功耗要求高

华为提供完整、标准化物联 操作系统Liteos，加速终端智能化进程

2.3物联 操作系统Huawei LiteOS概述

Tickless低功耗机制是当前小型RTOS所采用的通用低功耗方法。
RTOS:实时操作系统，常见的实时操作系统有uc/os-ii、FreeRTOS、RT-Thread

2.4.1 Huawei LiteOS任务管理

任务是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源，并独立于其它任务运行。

Huawei LiteOs的任务模块提供任务的创建、删除、延迟、挂起、恢复等功能，以及锁定和解锁任务调度。任务的调度机制是基于优先级抢占式的调度机制，同时支持同优先级的任务基于时间片轮转调度方式。

Huawei LiteOs的任务一共有32个优先级(0-31)，最高优先级为0，最低优先级为31;高优先级的任务可打断低优先级任务，低优先级任务必须在高优先级任务阻塞或结束后才能得到调度。

时间片轮转调度是一种最古老，最简单，最公平且使用最广的算法。每个进程被分配一时间段，称作它的时间片，即该进程允许运行的时间。

任务管理接口

2.4.3 Huawei LiteOS中断管理

什么是中断呢记得老师举过一个很形象的例子。
假如你正在烧水，这时你听到有人敲门（中断请求），这时你转身去开门（中断响应），开门后发现是刚买的快递到了，你签收快递（中断处理），签收完后你又继续回去烧水（中断返回）。

中断是指出现需要时，CPU暂停执行当前程序，转而执行新程序的过程。

Huawei LiteoS支持对中断不接管与中断接管两种方式。

Huawei LiteOS中断模块支持中断初始化、中断创建、开/关中断、恢复中断、中断使能、中断屏蔽等功能。

当中断产生时，处理机将按如下的顺序执行:

1. 保存当前处理机状态信息
2. 载入异常或中断处理函数到PC寄存器
3. 把控制权转交给处理函数并开始执行
4. 当处理函数执行完成时，恢复处理器状态信息
5. 从异常或中断中返回到前一个程序执行点

2.4.4 Huawei LiteOS任务间通信

系统运行时往往会存在多个任务，这些任务之间进行协调就需要任务间通信。

Huawei LiteOs的多任务同步、互斥及通信主要包括:

• 队列
  队列又称消息队列，是一种常用于任务间通信的数据结构，实现了接收来自任务或中断的不固定长度的消息，并根据不同的接口选择传递消息是否存放在自己空间。
  Huawei LiteOs的消息队列支持队列的创建、删除、发送和接收功能。

• 事件
  事件是一种实现任务间通信的机制，可用于实现任务间的同步，但事件通信只能是事件类型的通信，无数据传输。

事件不与任务相关联，事件相互独立，一个32位的变量，用于标识该任务发生的事件类型，其中每一位表示一种事件类型（0表示该事件类型未发生、1表示该事件类型已经发生)，一共31种事件类型（第25位保留）。
一个任务可以等待多个事件的发生:
1.可以是任意一个事件发生时唤醒任务进行事件处理
2.也可以是几个事件都发生后才唤醒任务进行事件处理
3.也可以是多次向任务发送同一事件类型，等效于只发送一次。

• 互斥锁
  互斥锁又称互斥型信 量，是一种特殊的二值性信 量，用于实现对共享资源的独占式处理。任意时刻互斥锁的状态只有两种，开锁或闭锁。

当有任务持有时，互斥锁处于闭锁状态，这个任务获得该互斥锁的所有权。
当该任务释放它时，该互斥锁被开锁，任务失去该互斥锁的所有权。当一个任务持有互斥锁时，其他任务将不能再对该互斥锁进行开锁或持有。

2.5 Huawei LiteOS的中间件

2.5.1 Huawei LiteOS SDK

Liteos SDK是Huawei LiteOs软件开发工具包( Software Development Kit)，其包括端云互通组件，FOTA升级，JS引擎、传感器框架等内容。

2.5.4 Huawei LiteOS互联框架

2.6 Huawei LiteOS API

开放的API屏蔽底层差异，让应用开发者只需关注上层应用开发。友好的兼容性使得已熟悉在 Linux系统上开发应用的开发者，能够非常平滑的切换到Huawei LiteOS 系统上开发，同时由于Huawei LiteOS 系统的精简内核特性，使得开发者更容易理解内核。

例如基于端云互通组件提供的API，开发者通过简单几个步骤就能快速地实现与华为loT平台OceanConnect安全可靠连接。

三、通信模组开发介绍

在物联 中，对通信模组的调测、控制等主要依赖AT指令。
AT指令就像你和其他人之间约定好的暗 一样，发送特定的暗 ，对方会回应对应的动作。

3.1什么是AT指令

AT命令是用来控制TE ( Terminal Equipment，终端设备）和MT( Mobile Terminal,移动终端)之间交互的规则。

3.1.1 NB-IoT指令集

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