如何使用C LinkSDK(4.x)快速接入阿里云物联网平台？

一、背景

Link SDK（原名为Link Kit SDK）是阿里云物联网平台提供的设备端软件开发工具包，可使用尽量少的硬件资源，简化开发过程，实现设备快速接入阿里云物联网平台。目前LinkSDK已经覆盖的开发语言c、node.js、java、python、以及android、ios操作系统。

C LinkSDK 4.x于2020年5月初版上线，作为C LinkSDK的主版本与物联网平台功能同步更新，目前已经迭代近两年。在4.x推出之前，C LinkSDK已经迭代了三个大版本1.x、2.x、3.x，这三版本有一定的继承关系，可实现部分接口兼容。4.x则是完全的新版本，在接口上和之前的版本不再兼容。

       为什么要推出新版本4.x呢？从功能及稳定性角度上看，3.x都可以满足使用需求，推出4.x最主要的原因是改善资源开销及易用性问题。IoT设备不同于互联网设备，碎片化问题很严重，为了LinkSDK应用范围广，在3.x提供了多种场景的接入方法及相关功能，从而导致接入硬件资源消耗大，提高了设备门槛；为了给3.x瘦身，我们提供了配置项、代码抽取工具帮助用户裁剪；最后结果就是，3.x发展成功能丰富、配置项多的一个大型IoT工具库，易用性反而下降了，提高了开发者使用门槛。因此，我们决定研发LinkSDK 4.x，以低消耗、易移植、易使用作为设计目标，帮助设备快速轻便的上云。

二、挑战

3.1 碎片化问题处理

问题是客观存在的，IoT设备的碎片化，部分设备资源有限，应用场景差异大。LinkSDK 4.x设计，既要满足多场景快速适配，又要用尽量少的硬件资源，还要满足能力定制化的需求。

IoT设备碎片化

IoT设备品类多，跨度大，有小型的智能开关、中型的音响、大型的机器人； 软件操作系统有RTOS、linux、windows，有些低端设备都没有操作系统；硬件平台架构和主频跨度都很大；跨平台运行能力是一大挑战。

IoT设备资源受限

资源是设备的成本，有些IoT设备为节约成本，只有几十K的rom，捉襟见肘。在IoT领域，大部分设备上使用的是mqtt协议，流行mqtt开源协议栈资源开销基本已大于100K。如何让资源受限设备上云，也是一大挑战。

实现接口易用

很多时候，开发成本也是设备成本的一个大头，做到接口易用也可以降低开发成本。但对于SDK来说，丰富的应用场景，要求SDK一定具有定制能力，可配置能力，如何解决易用且支持定制，也是一大挑战。

三、设计及实现

3.1 碎片化问题处理

• 功能聚焦

LinkSDK经过多年的发展，我们也明白了少即是多的道理，保留主要的功能才能带给大部分用户好的接入体验。所以4.x在功能设计上聚焦设备与物联网平台交互功能，云端一体的能力建设。不再处理与具体环境或具体业务相关内容，如本地通信，本地存储，业务应用。

• 减少依赖

4.x设计只保留必要的系统及网络接口，降低设备使用门槛。

• 互斥锁(可选)：保证接口的线程安全，无OS或只会单线程调用LinkSDK可以不实现。
• 时钟：用于计算心跳发送间隔及重发逻辑
• 内存：用于动态内存申请，可以节省内存(RAM)使用
• 随机数：用于建连，增加随机数提高传输安全
• TCP：用于连云时的网络操作

3.2 资源受限问题处理

• 能力原子化，支持裁剪

LinkSDK除核心模块，其它功能封装成独立的组件，组件支持裁剪。在下载是基于可视化裁剪工具，零门槛完成裁剪。裁剪后，若只保留核心模块，可降至30K左右的rom消耗；

• 自建简节尺寸小的基础库

自研实现mqtt协议栈、http协议栈、json解析库，实现资源开销方面业内领先。

• 内存遵循使用时申请原则

SDK实现基本不使用静态变量及全局变量，保证模块独立同时避免不要的内存消耗；

• 提供mcu+模组上云方案

对于一些极端资源受限的设备，提供协议栈跑在模组上的方案，进一步降低连云对mcu资源需求。

3.3 易用性问题处理

3.3.1 下载阶段(定制化)：

提供可视化SDK定制下载，用户下载LinkSDK时，可以通过简介快速了解组件功能，仅选择自己需要的功能，避免不必要的资源消耗；

3.3.2 移植阶段：

减少移植接口：

移植抽象目前接口已缩减至15个(4个可选实现)，移植难度大幅降低；

常用系统免移植：

提供posix、linux、freertos等常用环境移植实现，用户可直接使用，免移植；

免mbedtls移植：

已基于移植抽象接口完成mbedtls开源库适配，用户不必关心mbedtls移植；

提供AT驱动框架：

对于MCU+通信模组接入方式，基于AT驱动框架可以快速开发模组驱动，用户只需要定义好AT指令格式，AT驱动框架会完成指令协议栈实现，以及完成模组驱动与LinkSDK移植抽象接口的适配工作，使用参考。

提供移植验证工具：

用户移植后，使用移植验证工具验证是否移植成功，使用参考；

3.3.3 开发阶段：

提升api易用性：

• 清晰的软件框架，只有核心模块和高级组件两层架构，易理解。
• 保持一致的观感和使用体验, 包括文件布局, API风格, 编码风格等
• 完善的配套说明，官网文档介绍使用流程，API详细使用。

提供可视化低代码开发工具：

用户使用物模型进行业务开发时，LinkSDK只提供了基础的属性上报、属性设置、事件上报、服务调用接口。但是具体是什么样的属性、事件、服务处理，需要用户自己处理。可视化低代码开发工具，可以根据不同的产品物模型，自动生成对应物模型的具体代码。

工具入口：控制台-->选择产品-->功能定义-->生成设备端代码。

3.4 LinkSDK 4.x软件主体架构

• 核心组件:最重要的连云部分, 其内容是固定和精简的(因此不存在如何增删), 其接口也是充分丰富和细粒度的
• 上层组件:所有核心之外的能力, 都原子化拆分, 形成相互独立, 相互分离的平级上层组件
• 外部工具: 第三方软件库, 不是SDK的内容, 目前仅有mbedtls

四、使用示例

连接物联网平台需要具备公网连接的能力，根据网络连接的类型，大致可以分为四种接入方式。

直连设备：直连设备自己具备公网IP，直接集成LinkSDK即可完成接入，参考接入说明。

子设备与网关设备：子设备无公网IP，通过局域网与网关通信，由网关代理上云，网关需集成集成LinkSDK，参考接入说明。

MCU+通用模组设备：对于无公网IP的MCU，通过模组的TCP/TLS能力上云，参考接入说明。

MCU+云模组设备：云模组已集成LinkSDK，MCU可通过简单的AT指令完成接入，模组链接。

下面以ubuntu作为虚拟直连设备为例，介绍LinkSDK的使用过程。

• 定制化下载SDK后，解压，进入SDK根目录

├── ChangeLog.md

├── components            /* 高级组件 */

├── core                  /* 核心模块 */

├── demos                 /* demo集合 */

├── external

├── LICENSE

├── Makefile

├── NOTICE

└── portfiles             /* 移植接口实现，linux/posxi下载时已适配好 */

• 选择一个demo，此处以mqtt的基础功能demo为例，演示demo使用。

打开demo源码(./demos/mqtt_basic_demo.c)，修改设备的认证信息及接入点信息，保存。

/* TODO: 替换为自己设备的三元组 */

char *product_key       = "${YourProductKey}";

char *device_name       = "${YourDeviceName}";

char *device_secret     = "${YourDeviceSecret}";

/* TODO: 替换为自己实例的接入点 */

char  *mqtt_host = "${YourInstanceId}.mqtt.iothub.aliyuncs.com";

• 编译make，结束后查看输出文件output/

output/

├── include               /* LinkSDK输出头文件 */

├── lib          /* LinkSDK输出库文件 */

├── mqtt-basic-demo       /* mqtt基础功能demo */

├── ***-***-demo          /* 其它demo */

• 运行demo，./output/mqtt-basic-demo，demo会自动完成建连及消息收发，流程如下。
• 探索体验更多功能，可以先查看功能列表，再从demos都能找到对应的demo体验。

五、功能列表

5.1 核心模块

5.2 高级组件

六、结束语

LinkSDK 4.x设计原则遵循低消耗、易移植、易使用，支持细粒度的功能裁剪，主要满足中小型的嵌入式设备的使用需求。对于一些中大型的设备，如IPC、机器人、网关等，它们对资源不那么敏感，大多也使用linux系统，不需要移植。往往对功能丰富性、易用性、性能有要求。对此，我们也在研发针对中大型设备使用的LinkSDK 5.x，进一步提高接口的易用性，功能的丰富性，以及更高的性能，或将于下半年发布，尽情期待。