雖然嵌入式系統(tǒng)和通用計算機(jī)系統(tǒng)同源，但由于應(yīng)用領(lǐng)域和研發(fā)人員的不同，嵌入式系統(tǒng)很早就走向了相對獨(dú)立的發(fā)展道路。通用計算機(jī)軟件幫助人們解決了各種繁雜的問題，隨著需求的提升，所面臨的問題越來越復(fù)雜，軟件領(lǐng)域的大師們對這些問題進(jìn)行了深入研究和實(shí)踐，于是誕生了科學(xué)的軟件工程理論，無需多言，通用計算機(jī)軟件的發(fā)展是我們有目共睹的。
再回過頭來看嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，其需求相對來說較為簡單，比如，通過熱電阻傳感器測溫、上下限報警與繼電器的動作，因此嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)似乎沒有必要使用復(fù)雜的軟件工程方法，于是通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)走上了不同的發(fā)展道路。
當(dāng)嵌入式系統(tǒng)發(fā)展到今天，所面對的問題也日益變得復(fù)雜起來，而編程模式卻沒有多大的進(jìn)步，這就是所面臨的困境。相信大家都或多或少地感覺到了，嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的環(huán)境已經(jīng)開始發(fā)生根本的改變，智能硬件和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等都讓人始料不及，危機(jī)感油然而生。
盡管企業(yè)投入巨資不遺余力地組建了龐大的開發(fā)團(tuán)隊，當(dāng)產(chǎn)品開發(fā)完成后，從原材料BOM與制造成本角度來看，毛利還算不錯。當(dāng)扣除研發(fā)投入和合理的營銷成本后，企業(yè)的利潤所剩無幾，即便這樣員工依然還是感到不滿意，這就是傳統(tǒng)企業(yè)管理者的窘境。
雖然ZLG投入了大量的人力資源，但重復(fù)勞動所造成的損耗以億元計。上千種MCU、大量的片上外設(shè)、眾多的外圍器件，操作方式不盡相同。由于缺乏平臺化的技術(shù)，即便相同的外圍器件，幾乎都要重新編寫相應(yīng)的代碼和文檔并進(jìn)行測試，所有的應(yīng)用軟件很難做到完美地復(fù)用。
在開發(fā)同一系列高中低三個層次的產(chǎn)品時，通常會遇到這樣的問題，主芯片可能使用Arm9?、雙核A9和DSP，其操作系統(tǒng)分別為μC/OS-II、Linux和SysBIOS。不僅驅(qū)動代碼不兼容，而且應(yīng)用層代碼也不一樣，如此一來，僅僅維護(hù)這些各不相同的代碼就要消耗大量的人力資源。同時，對于開發(fā)人員，每天處在這繁重的維護(hù)工作中，很難再專注于產(chǎn)品本身，發(fā)現(xiàn)新的創(chuàng)新點(diǎn)。
傳統(tǒng)的嵌入式開發(fā)門檻很高，從硬件到軟件，從底層驅(qū)動到各種協(xié)議棧、中間件，再到應(yīng)用程序，這些都是嵌入式開發(fā)必須要掌握的技能。比如，使用一個新的MCU，需要閱讀上千頁的數(shù)據(jù)手冊；使用OS不得不深入底層，了解原理和移植底層核心代碼；產(chǎn)品需要聯(lián)網(wǎng)，又不得不學(xué)習(xí)豐富的通信技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（NB-IoT、Lora、Bluetooth、WIF、HTTP、MQTT、LWM2M、TLS……）。
相信很多開發(fā)者都有過項目從最底層的寄存器操作開始，一步一步地構(gòu)建整個開發(fā)平臺的慘痛經(jīng)歷。項目投入了大量的人力、物力、財力，結(jié)果往往卻不甚理想。這是因為我們并非是各個方面的專家，不可能每一面都能做得很好，項目自然會為此而付出巨大的成本。
什么都要做，卻什么也做不好，這就是當(dāng)前嵌入式開發(fā)的真實(shí)寫照。同時，對于一個具體產(chǎn)品來講，這些技術(shù)僅僅只是產(chǎn)品的基礎(chǔ)“工具”，并非“核心域”，產(chǎn)品的價值在于產(chǎn)品本身的創(chuàng)新。若在開發(fā)產(chǎn)品前，開發(fā)者需要花大量的時間和精力學(xué)習(xí)這些新技術(shù)、新知識，不僅嚴(yán)重影響產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)度，而且隨著時間的消耗，最初的創(chuàng)意、最初的靈感，很可能就被這些技術(shù)細(xì)節(jié)打敗，消磨殆盡，很難開發(fā)出具有競爭力的產(chǎn)品了。為了解決種種痛點(diǎn)，經(jīng)過十多年的不斷研發(fā)、積累和完善，ZLG推出了AWorksLP平臺。
如圖1所示是AWorksLP的標(biāo)識符。從概念上講，AWorksLP是ZLG經(jīng)過十多年時間積累開發(fā)的IoT物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。AWorksLP平臺的宗旨是“軟件定義一切”，使應(yīng)用與具體硬件平臺徹底分離，實(shí)現(xiàn)“一次編程、終生使用”和“跨平臺”。AWorksLP提供了大量高質(zhì)量、可復(fù)用的組件，行業(yè)合作伙伴可以在該平臺上直接開發(fā)各種應(yīng)用，通過有線接入和無線接入收集、管理和處理數(shù)據(jù)。從而將程序員從“自底層寄存器開始開發(fā)、學(xué)習(xí)各種協(xié)議”的苦海中解放出來，使開發(fā)者可以回歸產(chǎn)品本質(zhì)，以應(yīng)用為中心，將主要精力集中在需求、算法和用戶體驗等業(yè)務(wù)邏輯上。具體來說，可以從兩個方面來理解AWorksLP。
首先，AWorksLP是一個平臺。它提供了一種通用機(jī)制，能夠?qū)⒏鞣N軟件組件有機(jī)的集成在一起，使其可以為用戶提供數(shù)量龐大且高質(zhì)量、高價值的服務(wù)。這些組件經(jīng)過了精心的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，在代碼體積、效率、可靠性和易用性方面下了很多夫。
其次，AWorksLP是跨平臺的，這里的平臺指的是底層硬件平臺或具體軟件的實(shí)現(xiàn)。AWorksLP規(guī)范了各種類型組件的通用接口，這些通用接口是對某一類功能高度抽象的結(jié)果，與具體芯片、外設(shè)、器件及實(shí)現(xiàn)方式均無關(guān)。例如，定義了一組文件系統(tǒng)接口，接口與具體存儲硬件，具體文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法（FAT、YaFFS、UFFS等）均無關(guān)。換言之，存儲硬件、文件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)都可以任意更換，不會影響到通用接口?；诖?，只要應(yīng)用程序基于這些通用接口進(jìn)行開發(fā)。那么，應(yīng)用程序就可以跨平臺使用，更換底層硬件不會影響到應(yīng)用程序。換句話說，無論 MCU 如何改變，則基于AWorksLP平臺的應(yīng)用軟件均可復(fù)用。
下面，首先簡述AWorksLP的基本特點(diǎn)，然后向讀者展示AWorksLP的架構(gòu)圖。
AWorksLP具有以下特點(diǎn)：
? 所有內(nèi)部組件均可靜態(tài)實(shí)例化，避免內(nèi)存泄漏，提高系統(tǒng)運(yùn)行的確定性和實(shí)時性；
? 深度優(yōu)化了組件初始化過程，使系統(tǒng)能以極短的時間（通常小于1s）啟動；
? 所有組件可插拔、可替換、可配置（可通過便捷的圖形配置工具完成）；
? 領(lǐng)先的驅(qū)動管理框架：AWbus-lite，使驅(qū)動程序可以得到最大限度的復(fù)用；
? 先進(jìn)的電源管理模塊，最大限度地降低功耗；
? 提供常用的通用組件：文件系統(tǒng)、TCP/IP議棧、USB協(xié)議棧等；
? 主要目標(biāo)領(lǐng)域：IoT物聯(lián)網(wǎng)，提供WiFi、Bluetooth、Zigbee、GPRS、3G等無線接入方式，以及6LoWPAN、TLS、DTLS、CoAP、MQTT、LWM2M等物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵協(xié)議棧。云端接入方面，支持機(jī)智云、IBM、阿里云等云服務(wù)平臺應(yīng)用程序框架，很快也將推出ZLG自主研發(fā)的云平臺；
? 包含極微小原生內(nèi)核，任務(wù)數(shù)量無限制，高達(dá)1024優(yōu)先級，支持同優(yōu)先級任務(wù)，最小能在1K RAM、2K ROM中運(yùn)行，包含多任務(wù)管理、信號量、互斥量、消息隊列等多種OS服務(wù)；
? 除原生內(nèi)核外，也可使用ucCOS、FreeRTOS等實(shí)時操作系統(tǒng)作為AWorksLP的內(nèi)核；
? 提供第三方組件的適配器，方便用戶跳過移植階段，直接使用第三方組件，比如LWIP、FatFS、SQLite等。
簡單的說AWorksLP平臺提供了標(biāo)準(zhǔn)化的硬件擴(kuò)展接口與硬件無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化API函數(shù)接口，提供了大量高質(zhì)量的組件，這些組件都是可剪裁、可配置的。基于AWorksLP中大量的組件，開發(fā)者無需關(guān)心與MCU、OS有關(guān)的基礎(chǔ)知識，只要會 C語言就能將需求開發(fā)成產(chǎn)品。
為了幫助用戶快速搭建產(chǎn)品原型，ZLG還提供了豐富的硬件模塊供開發(fā)者選擇，如i.MX28x底板及系列核心板、M3352底板及系列核心板、M6748底板及系列核心板和一系列外圍擴(kuò)展配件（傳感器配件、ZigBee配件、WI-FI配件、3G配件等工業(yè)IoT常用配件）。
可以簡單地將AWorksLP看作三層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、中間層和硬件層。
包含用戶編寫的應(yīng)用程序。應(yīng)用程序可以使用C開發(fā)，也可以使用C++開發(fā)。對于部分硬件平臺，AWorksLP還提供了Python（MicroPython）的支持，用戶可以直接使用Python語言開發(fā)應(yīng)用程序。
中間層是AWorksLP的主體部分，其包含了各式各樣的組件，在AWorksLP中，一切軟件都可以視為組件，常見的有：驅(qū)動軟件（比如，PCF85063驅(qū)動）、通用工具軟件（比如，鏈表、環(huán)形緩沖區(qū)）、一些大型的協(xié)議棧（比如，TCP/IP）等。
雖然AWorksLP集成的組件十分繁多，但都是可裁剪的，AWorksLP甚至能夠在只有幾K內(nèi)存的小資源平臺上運(yùn)行。其中，AMetal是一個特殊的組件，其位于外設(shè)和外圍器件之上，本質(zhì)上是一個裸機(jī)支持包，負(fù)責(zé)與底層硬件打交道，完成寄存器級別的操作，封裝底層硬件的功能，并完成基礎(chǔ)功能的抽象，為系統(tǒng)上層提供統(tǒng)一的硬件操作接口。換言之，AMetal處理了底層硬件的差異性，使系統(tǒng)上層專注于硬件功能的使用，無需再處理繁雜器件之間的差異性，為每一類不同器件編寫不同的驅(qū)動。
除AMetal外，其余所有組件可以分為5大類（在架構(gòu)圖中使用黑色的矩形框進(jìn)行了劃分，并在矩形框左上角對該類組件進(jìn)行了命名）：應(yīng)用框架&庫（Application Frameworks & Libs）、基礎(chǔ)服務(wù)（Base Facilities）、實(shí)時內(nèi)核（Real-Time Kernel）、網(wǎng)絡(luò)（Networking）、設(shè)備管理（Device Management）。
應(yīng)用框架是直接為應(yīng)用程序服務(wù)的，主要包含一些大型的系統(tǒng)框架，如：GUI、腳本引擎、數(shù)據(jù)庫、Bootloader等。
AWorksLP兼容Posix，使基于Posix接口的應(yīng)用程序可以無縫移植到AWorksLP平臺中運(yùn)行。為便于用戶使用，AWorksLP還提供了一系列算法庫。
在這里，特別說明一下相對讀者來講比較陌生的一個概念：“AWPI C++框架”，其同樣是由廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司推出的。AWPI提供了一套C++接口，它與操作系統(tǒng)和平臺均無關(guān)，在任何地方都可以使用，類似于Posix接口，只要一個系統(tǒng)兼容AWPI，那么基于AWPI的應(yīng)用就可以在該系統(tǒng)中運(yùn)行。
當(dāng)前，AWPI已經(jīng)支持AWorksLP、Windows和Linux系統(tǒng)。如此一來，習(xí)慣于在Windows或Linux上做開發(fā)的C++程序員，只要其使用AWPI開發(fā)C++應(yīng)用程序，那么這些應(yīng)用程序就可以在AWorksLP中運(yùn)行，而AWorksLP又是定位于IoT物聯(lián)網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)，換句話說，C++程序員無需了解嵌入式底層，就可以直接使用C++開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用。
AWorksLP提供了一系列基礎(chǔ)服務(wù)，這是一些高效、功能完善的組件，主要包括：文件系統(tǒng)、I/O系統(tǒng)、Shell服務(wù)、加密（安全）服務(wù)、電源管理（低功耗）、測試框架、狀態(tài)機(jī)框框架、事件管理框架等。
實(shí)時內(nèi)核可以看作一個OS內(nèi)核，提供OS基礎(chǔ)服務(wù)：時間管理、線程服務(wù)、同步（互斥鎖、信號量、消息郵箱等）、原子操作、數(shù)據(jù)傳遞、內(nèi)存管理等。
通常情況下，AWorksLP默認(rèn)使用的OS內(nèi)核是廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司自主研發(fā)的輕量級RTOS：AWorksLP（RTK）。但實(shí)際上，AWorksLP并不限制使用某一特定的操作系統(tǒng)，操作如同驅(qū)動代碼一樣，僅僅是一個可以根據(jù)需要任意更換的組件。
在AWorksLP中，要使用某一操作系統(tǒng)，僅需提供一個對應(yīng)的適配器即可。操作系統(tǒng)適配器直接駐留在操作系統(tǒng)接口之上，主要用于屏蔽各類操作系統(tǒng)和硬件接口的差異，從而大大地增強(qiáng)了AWorksLP的可移植性和可維護(hù)性。
當(dāng)前，AWorks已經(jīng)為常見的操作系統(tǒng)提供了適配器，比如，SYSBIOS Adaptor、Windows Adaptor、Linux Adaptor等。以支持在AWorks中使用這些操作系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)是AWorksLP非常重要的組成部分，也是其作為IoT生態(tài)系統(tǒng)的必備條件。在萬物互聯(lián)的大趨勢下，網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。AWorksLP緊隨時代潮流，支持眾多常用協(xié)議以及最新的協(xié)議。用戶基于AWorksLP平臺開發(fā)，無需再深入研究網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，直接使用這些協(xié)議即可。
目前，AWorksLP支持常見的通信技術(shù)，主要有：ModBus協(xié)議、CAN協(xié)議（這里的CAN側(cè)重于CAN協(xié)議棧，設(shè)備管理中的CAN側(cè)重于CAN硬件通訊接口）、Cellular（蜂窩）、WIFI、以太網(wǎng)、Lora WAN、NB-IoT、Bluetooth、zigbee等。
同時，AWorksLP具有TCP/IP協(xié)議棧，支持IPv6，支持TLS（使用TLS加密通信）以及大量基于TCP/IP的應(yīng)用協(xié)議，如：FTP、SMTP、HTTP、MQTT、CoAP、LWM2M等。
特別地，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，越來越多的設(shè)備需要接入“云”，AWorksLP已經(jīng)針對第三方云（主要包括阿里云、機(jī)智云等）進(jìn)行了適配，基于AWorks的應(yīng)用可以輕松的接入這些“云”，第三方云的支持可以方便用戶將之前的程序遷移到AWorksLP平臺。除此之外，AWorksLP平臺還將推出自主研發(fā)的云平臺。
設(shè)備管理用于管理一系列硬件設(shè)備，在嵌入式系統(tǒng)中，設(shè)備的種類非常繁多，如GPIO、PWM、ADC、ADC、IIC、SPI、CAN、Serial、USB、PCIe、傳感器、人機(jī)界面、媒體設(shè)備、存儲設(shè)備等。使用一個設(shè)備管理框架可以實(shí)現(xiàn)對這些設(shè)備“有條不紊”的管理。
硬件層表示了當(dāng)前AWorksLP支持的硬件設(shè)備。主要分為兩大類：
當(dāng)前支持的CPU內(nèi)核主要有：Cortex?-M0/3/4/7、Coterx-A7/8/9、Arm7?/Arm9?、DSP等常用內(nèi)核。
外設(shè)主要是指MCU的片上外設(shè)，如ADC、DAC、GPIO、UART、SPI、IIC等；外圍器件主要是指一些IC芯片，常見的有：各類傳感器芯片、存儲器芯片、接口擴(kuò)展芯片（比如，UART轉(zhuǎn)兩路SPI）、專用芯片（如以太網(wǎng)PHY芯片）等。
AWorksLP的發(fā)布形式是SDK（Software Development Kit），SDK中包含了文檔、工具、示例代碼、模版工程等。詳見圖3。
詳盡的文檔旨在幫助用戶快速上手AWorksLP。例如：《快速入門手冊》可以幫助用戶快速搭建好開發(fā)環(huán)境；《用戶手冊》可以使用戶對SDK有更深入的了解，如目錄結(jié)構(gòu)、平臺資源（ADC通道數(shù)目、PWM通道數(shù)目等）等，并掌握硬件平臺相關(guān)資源的定義和配置（如LED0對應(yīng)的I/O口）。
示例代碼展示了一些組件的使用方法，比如，多任務(wù)、文件系統(tǒng)、定時器、內(nèi)存管理等等。當(dāng)用戶使用一個新的組件時，可以參考SDK中提供的示例代碼，快速理解各個接口的使用方法。模版工程用于用戶快速創(chuàng)建自己的應(yīng)用工程，使創(chuàng)建新的工程非常簡單：拷貝一份模版工程并重命名即可。
AWorksLP是不開源的，內(nèi)部核心功能組件都是以庫的形式提供，相關(guān)接口通過頭文件引出。用戶直接使用各個組件提供的接口開發(fā)應(yīng)用程序，專注于應(yīng)用程序開發(fā)，無需關(guān)心底層實(shí)現(xiàn)。需要注意的是，AWorksLP SDK與具體硬件開發(fā)套件相對應(yīng)，不同硬件平臺使用的SDK是不同的。廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司推出了一系列嵌入式硬件開發(fā)套件，供用戶二次開發(fā)，快速搭建產(chǎn)品原型。如EPC-AW280底板可以分別與A280-W64F8AWI（WIFI核心板）、A280-Z64F8AWI（zigbee核心板）和A280-M64F8AWI（無線讀卡核心板）組成3套開發(fā)套件，詳見圖4。
為了便于客戶使用，廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司為每套硬件都提供了對應(yīng)的AWorksLP SDK，即SDK與具體硬件開發(fā)套件一一對應(yīng)。在使用AWorksLP前，需要聯(lián)系廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司，獲取到對應(yīng)硬件的SDK。
不同硬件對應(yīng)的SDK是不同的，不建議混用。不同SDK對底層硬件的不同分別進(jìn)行了處理，屏蔽了底層硬件的差異性，對于用戶來講，無論使用何種硬件，應(yīng)用程序使用的API是完全相同的，也正因為如此，應(yīng)用程序不會與某一硬件平臺捆綁，可以很容易地實(shí)現(xiàn)跨平臺復(fù)用。
對于用戶來講，獲取AWorksLP SDK后，即可基于AWorksLP快速開發(fā)應(yīng)用程序。在開發(fā)某一應(yīng)用程序前，需要先建立一個新的工程，在AWorksLP SDK中，已經(jīng)提供了模板工程，“新建工程”只需簡單拷貝一下即可。
模板工程就是位于projects_keil5\applications目錄下的template文件夾。新建工程即將template文件夾重新復(fù)制一份，并將拷貝得到的文件夾重命名為與具體應(yīng)用相關(guān)的名字，例如：要編寫一個LED閃爍應(yīng)用，則可以命名為：led_blinking。接著打開led_blinking文件夾，將工程文件template.uvprojx也重命名為led_blinking.uvprojx，至此，即完成了工程的建立。若用戶已經(jīng)正確安裝了keil軟件，則雙擊led_blinking.uvprojx工程文件即可打開工程。（更詳細(xì)的操作詳見配套開發(fā)資料中的《快速入門手冊》，其中包含了詳盡的軟件安裝步驟）。打開工程后，即可在user_code分組下的main.c文件中添加具體的應(yīng)用程序代碼。
作為示例，可以編寫一個簡單的LED閃爍程序，詳見程序清單1.1。
將該程序編譯、鏈接后即可生成程序固件，并可以下載到開發(fā)板上運(yùn)行，具體操作方法相見SDK中的《快速入門手冊》。
在AWorksLP中，函數(shù)的命名以“aw_”開頭，其中，aw_led_toggle()在aw_led.h文件中聲明，用于翻轉(zhuǎn)LED；aw_mdelay()在aw_delay.h文件中聲明，用于延時指定的時間（單位：毫秒）。這些接口的詳細(xì)使用方法將在后續(xù)相關(guān)的章節(jié)予以介紹。需要特別注意的是，在AWorksLP平臺中編寫應(yīng)用程序時，所有源文件都應(yīng)該首先包含aworks.h文件。
在這里，初步體會了LED和延時服務(wù)兩類API，實(shí)際中，任何模塊或服務(wù)的使用方法都是類似的。首先，包含該模塊或服務(wù)對應(yīng)的頭文件（“aw_xxx.h”）；然后，使用頭文件中提供的API。后續(xù)章節(jié)將詳細(xì)介紹AWorksLP提供的一些基礎(chǔ)服務(wù)，比如，常用設(shè)備（LED、按鍵、數(shù)碼管等）、常用外設(shè)（GPIO、PWM、SPI等）、時間管理、內(nèi)存管理、OS內(nèi)核、文件系統(tǒng)等。
