为 Azure Sphere 开发应用程序，第 2 部分：构建高级应用程序

介绍

如上一篇文章所述，唯一经认证可运行 Azure Sphere OS 的设备是 MT3620。它包含三个处理内核：一个通用 Cortex-A7 内核和两个实时 Cortex-M4 微控制器内核。Azure Sphere OS 在 Cortex-A7 内核上运行。

因为有两种类型的内核，开发人员可以编写两种类型的应用程序。高级应用程序以Cortex-A7 为目标，而实时应用程序或RTApp以其中一个 Cortex-M4 内核为目标。高级应用程序在 Azure Sphere OS 上运行，实时应用程序在裸机或实时操作系统 (RTOS) 上运行。

您可以在没有任何实时代码的情况下编写高级应用程序，但所有实时代码都必须打包在高级应用程序中。准确地说，构建过程会生成一个名为image package的文件，该文件部署到 MT3620。

为了演示这一点，本文的第一部分将介绍一个打开和关闭 LED 的项目的编译和部署。本文的第二部分更深入，并解释了如何编写和配置使用按钮按下来控制 LED 的高级应用程序。

1.眨眼项目

为 Azure Sphere 构建映像包是一个复杂的过程，因此最好先处理现有项目，然后再创建自己的项目。为此，Visual Studio Code 提供了 Blink 项目，本节介绍构建和部署该项目所需的任务，首要任务是准备开发板。

1.1 准备开发板

默认情况下，您无法在 MT3620 上调试应用程序。要将板子配置为运行/调试代码，您需要在命令行中输入以下命令：

<span style="color:#000000"><span style="background-color:#fbedbb">azsphere device enable-development</span></span>

这允许为设备部署高级应用程序。正如我将在后面的文章中解释的那样，您需要添加一个配置标志来启用实时应用程序的部署。

1.2 创建项目

要在 Visual Studio Code 中创建 Blink 项目，需要六个步骤：

1. 按Ctrl-Shift-P打开命令面板。
2. 在搜索框中键入Azure Sphere 。
3. 选择Azure Sphere：生成新项目选项。
4. 另一个框将显示三个模板。选择闪烁。
5. 选择应存储项目文件的文件夹。
6. 按 Enter 将Blink设置为项目名称。

此时，Visual Studio 代码会将文件和文件夹添加到项目中。其中包括：

• HardwareDefinitions - 包含描述开发板的文件
• out/ARM-Debug - 包含构建文件
• app_manifest.json - 包含有关项目的元数据
• applibs_versions.h - 标识项目所需库的版本
• CMakeLists.txt - 定义构建过程
• main.c - 包含导致 LED 闪烁的代码

CMakeLists.txt尤其重要，因为它定义了构建项目所需的步骤。它标识了项目的名称 (Blink)、编程语言 (C)、可执行文件的名称 (Blink) 以及构建可执行文件所需的库（libapplibs.so、libpthread.so和libgcc_s.so）。它还使用以下行标识目标硬件：

<span style="color:#000000"><span style="background-color:#fbedbb">azsphere_target_hardware_definition(${PROJECT_NAME} 
  TARGET_DIRECTORY "HardwareDefinitions/mt3620_rdb"
  TARGET_DEFINITION "template_appliance.json")</span></span>

这表明硬件定义可以在HardwareDefinitions/mt3620_rdb文件夹中找到。如果您使用的是参考开发板，这很好，但如果您不是，则需要更改它。如果您使用的是 Avnet 的 MT3620 入门套件，您需要将mt3620_rdb更改为avnet_mt3620_sk。如果您使用的是 Seeed Studio 的迷你开发板，您需要将mt3620_rdb更改为seeed_mt3620_mdb。

1.3 构建项目

确定目标硬件后，您可以通过打开命令面板 ( Ctrl - Shift-P ) 并执行CMake: Build来构建 Blink 项目。构建操作包括四个步骤：

1. 为 Cortex-A7编译main.c以获得目标文件main.c.obj。
2. 链接main.c.obj及其所需的库以获取Blink.out。
3. 将Blink.out复制到项目的out/ARM-Debug/bin文件夹中名为 app 的文件中。
4. 使用azsphere image-package pack-application命令创建镜像包。

最后一步很重要，要理解。要创建映像包，该azsphere image-package pack-application命令接受多个标志，包括：

• input- 包含已编译源文件的目录 ( *.o )
• output-要创建的图像包 ( *.imagepackage ) 的名称和位置
• application-manifest- 提供项目信息的文件
• hardware-definitions- 将板的外围设备映射到值的文件

在这个项目中，output标志设置为out/ARM-Debug/Blink.imagepackage。因此，构建过程会在项目的out/ARM-Debug文件夹中生成一个名为Blink.imagepackage的文件。

1.4 部署镜像包

要将映像包部署到开发板，请通过按F5或在主菜单中选择Run > Start Debugging来启动调试会话。这将删除板上运行的应用程序并使用所需的库部署映像包。部署完成后，板上的 LED 将开始闪烁。

此过程还将 gdbserver 部署到开发板上。这允许您设置断点并单步执行项目代码，就好像它在您的计算机上运行一样。

2. ButtonPress 项目

现在您可以让 LED 闪烁，是时候查看一个自定义编码的应用程序了，该应用程序会在用户按下按钮时切换 LED。本文随附的buttonpress.zip文件包含该ButtonPress项目。这不是很令人兴奋，但很容易理解和测试。

本节介绍ButtonPress项目的工作原理。但在展示源代码之前，我需要解释一下Applibs库提供的功能。特别是，我需要解释如何访问开发板的通用输入/输出 (GPIO) 引脚。

2.1 应用程序库和 GPIO

链接过程将编译后的代码与称为库的预构建代码文件相结合。在版本 11 中，SDK 在Sysroots\11\usr\lib文件夹中提供了用于高级应用程序的库。最重要的库是libapplibs.so，它提供了访问 MT3620 和开发板功能的函数。

要访问这些函数，源文件需要在Sysroots\11\usr\include\applibs目录中包含一个或多个头文件。总共有 34 个头文件，它们的名称标识了它们声明的函数的类型。例如，log.h包含用于记录的函数，wificonfig.h包含配置 WiFi 的函数，adc.h包含访问模数转换器 (ADC) 的函数。

每个开发板都提供可配置为读取输入和/或写入输出的引脚。这些被称为通用输入/输出 (GPIO) 引脚。板上的所有 LED 和按钮都连接到 GPIO 引脚，要访问它们，我们需要调用gpio.h中的函数。表 1 列出了这些函数中的每一个。

表 1：gpio.h 中的 GPIO 函数

函数名称	描述
GPIO_OpenAsInput(GPIO_Id, gpioId)	配置 GPIO 引脚以接收输入
GPIO_OpenAsOutput(GPIO_Id, gpioId, GPIO_OutputMode_Type outputMode, GPIO_Value_Type initialValue)	配置 GPIO 引脚以提供输出
GPIO_GetValue(int gpioFd, GPIO_Value_Type *outValue)	读取输入引脚的值
GPIO_SetValue(int gpioFd, GPIO_Value_Type value)	设置输出引脚的值

ButtonPress应用程序读取按钮的状态并使用它来设置 LED 的状态。因此，按钮的 GPIO 引脚应配置为输入，LED 的 GPIO 引脚应配置为输出。配置引脚后，应用程序应调用GPIO_GetValue以访问按钮的状态并GPIO_SetValue设置 LED 的状态。

您可以通过查看Blink 项目中的main.c文件来了解其工作原理。以下代码将 LED 引脚配置为输出引脚：

C++

<span style="color:#000000"><span style="background-color:#fbedbb">GPIO_OpenAsOutput(TEMPLATE_LED, GPIO_OutputMode_PushPull, GPIO_Value_High);</span></span>

GPIO_OpenAsInput和的第一个参数GPIO_OpenAsOutput标识要配置的引脚。在此代码中，引脚用 标识TEMPLATE_LED，在template_appliance.h头文件中声明。此标头是从template_appliance.json生成的，它是项目的硬件定义文件。

2.2 硬件定义文件

每个项目都需要一个硬件定义文件，以便源代码可以访问开发板的功能。文件的名称和位置必须在CMakeLists.txtazsphere_target_hardware_definition的命令中设置。在 Blink 项目中，这个命令给出如下：

C++

TARGET_DIRECTORY设置包含硬件定义文件的目录并TARGET_DEFINITION设置其名称。每个硬件定义文件都使用 JSON 进行格式化，并定义了四个属性：

• Metadata- 文件的类型和版本
• Description- 董事会名称和标题评论
• Imports- 开发板的SDK定义文件
• Peripherals- 可在代码中访问的开发板功能

前两个属性很简单，但第三个和第四个值得解释。SDK 的安装目录包含一个名为HardwareDefinitions的文件夹，其中包含每个支持的开发板的 JSON 文件。这些文件与项目的硬件定义文件具有相同的结构，因此我将它们称为低级定义文件。

该Imports属性标识目标开发板的低级定义文件。例如，Avnet 的 MT3620 Starter Kit 的文件是avnet_mt3620_sk.json，所以该Imports属性必须设置如下：

C++

<span style="color:#000000"><span style="background-color:#fbedbb"><span style="color:#800080">"</span><span style="color:#800080">Imports"</span> : [ {<span style="color:#800080">"</span><span style="color:#800080">Path"</span>: <span style="color:#800080">"</span><span style="color:#800080">avnet_mt3620_sk.json"</span>} ]</span></span>

该Peripherals属性标识需要访问开发板的哪些功能。这被分配给一个元素数组，每个元素都有四个字段：

• Name- 在源代码中使用的用户定义 ID
• Type- 外围设备的类型（Gpio、PWM、Adc等）
• Mapping- 在低级定义文件中定义的特征 ID
• Comments- 要作为注释插入代码中的文本

和字段在低级定义文件中给出Type。Mapping例如，avnet_mt3620_sk.json文件通过以下方式定义蓝色 LED：

C++

低级定义文件avnet_mt3620_sk.json表示蓝色 LED 引脚的类型Gpio和名称为AVNET_MT3620_SK_USER_LED_BLUE. 要在代码中访问此引脚，项目的硬件定义文件必须包含将 LED 映射到用户定义 ID 的条目。以下条目显示了如何做到这一点：

C++

如图所示，Mapping硬件定义文件中的Name字段与低级定义文件的字段相匹配。此外，两个条目都将 设置Type为Gpio。因此，可以通过名称在源代码中访问蓝色 LED BLUE_LED。