隨著與物聯網 (IoT) 連接的設備越來越普遍，從零開始的開發人員意識到，這些產品的開發并不像他們所期望的那樣簡單，尤其是在時間緊迫和成本有限的情況下。從選擇一個可信的、安全的、支持良好的開發環境到選擇兼容的軟件和硬件，事實證明，設計和構建一個物聯網設備仍然需要廣泛的技能。

開發人員越來越需要隨時獲得安全的解決方案、云連接庫、實時操作系統和兼容的軟硬件開發平臺，提供隨時集成的傳感器，所有這些都在一個可擴展的包中。

本文討論了物聯網設計人員如何使用STMicroelectronicsB-L4S5I-IOT01A物聯網節點 Discovery 套件快速制作產品原型。它討論了板載微控制器的性能，豐富的傳感器和配置選項，以及如何連接到 Amazon Web Services (AWS) 并迅速開始構建原型和最終產品。

B-L4S5I-IOT01A 物聯網節點 Discovery 套件簡介

B-L4S5I-IOT01A Discovery 開發板是一款一站式的開發板，可用于制作幾乎所有嵌入式物聯網設備的原型（圖 1）。該板有足夠的處理能力、傳感器和可擴展性，使任何嵌入式開發人員能夠構建夢寐以求的應用。B-L4S5I-IOT01A 板基于STM32L4S5VIT6低功耗ArmCortex-M4 處理器，運行速度為 120 兆赫 (MHz)，由 2 兆字節(Mbytes) 的程序閃存和 640 千字節 (KB) 的 SRAM 支持。STM32L4S5VIT6 還具有非常適合物聯網應用的特性，如：

• 一個浮點單元 (FPU)

• 一個 14 通道的動態內存訪問 (DMA) 控制器

• 一個 AES 和 HASH 加密的硬件加速器

• 先進的圖形功能

• ULPMark CP 能源基準得分為 233

圖 1：B-L4S5I-IOT01A基于 Arm Cortex-M4 處理器，運行頻率高達 120MHz，擁有 2 Mbytes 的閃存，640 KB 的 RAM，無線連接和多個傳感器。（圖片來源：STMicroelectronics）

僅僅是處理能力和能源效率并不能成為一個優秀的快速原型平臺。該開發板還配備了無線連接，形式為InventekSystems的 802.11b/g/n 兼容 Wi-Fi 模塊 (ISM43362-M3G-L44) 和 STMicroelectronics的 Bluetooth 4.1 模塊，以及一系列傳感器。包括兩個MP34DT01數字全向麥克風、一個HTS221相對濕度和溫度的電容式數字傳感器，以及一個LIS3MDL高性能三軸磁強計。

上面的清單絕不是全面的：更詳細的描述可以在這里找到。接下來，重要的是檢查可用來加速開發的軟件工具和堆棧。

STM32 的生態系統

圍繞任何開發板的生態系統決定了一個團隊是否能快速制作原型。例如，要用B-L4S5I-IOT01A 制作物聯網設備的原型，開發人員需要獲得一個編譯器、一個集成開發環境 (IDE)、驅動程序庫、配置工具和固件更新軟件。B-L4S5I-IOT01A Discovery 板支持所有這些需求。

許多開發人員使用 Eclipse 和 GNUC 編譯器作為他們的開發環境。STMicroelectronics 提供了一個免費的工具STM32CubeIDE（圖 2），允許開發人員編寫和構建他們的軟件項目。STM32CubeIDE 能夠通過不同的視角訪問軟件開發環境、微控制器配置工具和調試環境。

圖 2：STM32CubeIDE 為開發者提供了一個 IDE，用于創建、配置和管理物聯網設備的嵌入式軟件。（圖片來源：Beningo Embedded Group） STM32CubeIDE 不僅提供了一種創建、構建和管理軟件項目的方法，它還擁有一個STM32CubeMx接口。STM32CubeMx 是一款微控制器配置工具，使開發者能夠配置時鐘樹、外設、傳感器和中間件。開發人員配置他們的設置，然后工具鏈生成驅動程序和配置文件，大大減少了開發時間，幫助開發人員專注于他們的應用程序代碼，而不是標準基礎設施代碼。

除了配置和部署代碼庫之外，STM32 生態系統還為在前沿工作的開發人員提供了一些有用的工具。例如，希望在應用中利用機器學習的開發人員可以利用STM32Cube.AI擴展 X-CUBE-AI，它為團隊提供了一個簡化的框架，用于在 STM32 上轉換、驗證和運行推理。例如，開發人員可以使用 TensorFlowLite 訓練一個模型，然后在短短幾分鐘內將該模型轉換為 C 代碼，在微控制器上運行。此外，還有一些擴展包，其中有隨時可以運行的軟件，包括。

• 用于面部識別應用的FP-AI-FACEREC

• 用于狀態監測應用的FP-AI-NANOEDG1

• 用于圖像分類應用的FP-AI-VISION1

• 用于音頻和場景分類應用的FP-AI-SENSING1

每個物聯網設備都應該考慮安全問題，即使是在快速原型設計階段。今天的網絡充斥著不間斷的攻擊、安全漏洞以及對商業和客戶數據的利用。因此，任何快速原型開發平臺都應該有能力有效地擴展到一個生產系統。該開發板可以利用 STMicroelectronics 的安全啟動安全固件更新(Secure Boot Secure Firmware Update, SBSFU) 軟件棧，為開發者提供這種能力。SBSFU 可在X-CUBE-SBSFU 功能包中使用，它提供了：

• 信任根 (RoT) 服務

• 安全鑰匙管理服務

• 加密方案

• 安全的固件更新服務

圍繞 B-L4S5I-IOT01A Discovery 板的生態系統非常豐富，有許多可用的功能包和工具，可以幫助開發者快速入門。許多物聯網開發人員對X-CUBE-AWS軟件包感興趣，該軟件包提供了使用 AWS 時連接到云的一切必要條件。讓我們研究一下開發者如何去做這件事。

連接到云

要開始使用云，開發人員需要下載 X-CUBE-AWS。該軟件包以壓縮文件的形式出現，其中有幾個設計用于在 B-L4S5I-IOT01A 上運行的項目，如：

• Bootloader_KMS

• Bootloader_STSAFE

• Cloud

這些項目位于：

Projects/B-L4S5I-IOT01A/Applications/

AWS 云項目位于：

Cloud/aws_demos

該云項目可用于 STM32Cube IDE、Keil和 IAR。當然，開發者可以將這些東西移植到其他 IDE 上，但這三個是業內常用的。

開發者不需要想辦法讓項目獨立運行起來。有幾個有價值的文件可以幫助他們快速入門。首先，在主項目目錄中，有一個 Release_Notes.html 文件。這個文件包含了關于項目的一般信息以及局限性和有價值的參考資料。

接下來，有一個入門指南，介紹了如何使用該項目連接到 AWS。本文件描述了如何連接到 AWS 以及棧和軟件信息（圖 3）。該文件還詳細描述了軟件棧，這可以幫助開發人員了解它是如何組織的，以及將設備連接到云端所需的變化。

圖 3：X-CUBE-AWS 提供了連接到 AWS 和開發能夠連接到 AWS 的物聯網設備所需的固件和應用實例。（圖片來源：STMicroelectronics）連接到云端的最簡單方法是運行入門文件并按照教程進行操作。除了該教程外，還有幾個額外的參考資料，開發者可以用來加快軟件包的使用，包括：

• FreeRTOS 接下來的步驟

• OTA 更新用戶指南

• 設置物聯網核心賬戶和憑證

在這些文件之間，開發人員可以快速啟動和運行一個云應用程序，作為他們自己物聯網設備應用程序的基礎。

使用B-L4S5I-IOT01A Discovery 板的技巧和竅門

B-L4S5I-IOT01A Discovery 板有許多特性和功能，開發者可以利用這些特性和功能來快速建立其嵌入式產品的原型。以下是開發人員應牢記的幾個“技巧和竅門”，可以簡化和加快他們的開發，例如：

• 充分利用 X-CUBE-AWS 的優勢，輕松連接到 AWS。軟件包中的 FreeRTOS 已經被移植到開發板上；開發人員只需要配置設備以連接到云端。

• 仔細閱讀入門文件。該文件包含執行固件更新和連接到 AWS 的必要步驟。

• 試驗一下例子中的空中 (OTA) 更新能力。為現場的物聯網設備打補丁和更新是一個關鍵的需求。開發人員應了解安全固件更新的能力和任何限制。

• 通過利用 STMicroelectronics 的功能包，避免從頭開始，這些功能包可以幫助開發人員在能力和設備功能方面有一個快速的起步。這些功能包可以極大地加速開發。

• 花點時間通讀 STSAFE 文件，了解安全元素如何提高設備的安全性。安全性必須從一開始就融入于設備中，所以在快速原型開發階段做好安全性是必須的。

遵循這些“技巧和竅門”的開發者會發現，他們在對應用進行原型開發時可以節省不少時間和麻煩。

結語

從零開始開發物聯網連接設備仍有許多障礙和陷阱，可能會拖延時間表并導致成本超支。為了避免這些問題，開發人員可以利用 B-L4S5I-IOT01A Discovery 板來快速建立其物聯網應用的原型。STMicroelectronics的軟件棧、擴展包和生態系統為開發者提供了一站式服務，可以輕松地集成軟件并加速實施。B-L4S5I-IOT01A也完全能夠滿足現代設備的需求，如云連接、通過 OTA 獲得安全啟動固件，甚至運行基本的機器學習應用。

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