物理网课程实验，需要提前下载RIOT， 将这个仓库里面的代码替换加入RIOT的example里面
本实验最好是在Ubuntu20.04系统下进行，建议准备一个虚拟机，虚拟机安装和搭建Ubuntu20.04系统的具体教程可以参考这篇文章。使用MAC系统电脑的同学们，Ubuntu Arm版本也支持后续RIOT实验，可以参考这篇文章.
需要去github上下载RIOT开源项目，由于我们后续使用的开发板是ESP32系列，需要安装ESP32编译工具。
cd ~
sudo apt update
sudo apt install -y git
git clone https://github.com/RIOT-OS/RIOT -b 2024.10-devel
# 可用国内镜像源，如 git clone https://githubfast.com/RIOT-OS/RIOT如果有什么问题，可以先去浏览下官网文档。
RIOT系统需要额外安装以下工具：
- Essential system development tools (GNU Make GCC, standard C library headers)
- git
- GDB in the multiarch variant (alternatively: install for each architecture you target the corresponding GDB package)
- unzip or p7zip
- wget or curl
- python3
- pyserial (linux distro package often named python3-serial or py3-serial)
- Doxygen for building the documentation
以Ubuntu为类，执行以下一个指令即可完成以上工具的安装。
sudo apt install -y git gcc-arm-none-eabi make gcc-multilib \
libstdc++-arm-none-eabi-newlib openocd gdb-multiarch doxygen \
wget unzip python3-serial vim如果是ARM版本的Ubuntu，则执行以下指令完成工具安装。
sudo apt install -y git gcc-arm-none-eabi make \
libstdc++-arm-none-eabi-newlib openocd gdb-multiarch doxygen \
wget unzip python3-serial vim
这里提供两种方法，一种是esp32工具链直接下载在主机环境，另外一种方法是下载已编译好的容器环境，这两种方法都可行，二选一即可，后续编译项目需要记住对应的编译方法。
要编译ESP32能使用的代码需要安装ESP32的工具链， RIOT代码里面提供了下载ESP32工具链的脚本，并且加入工具链的环境变量，执行以下四个命令即可完成。如遇到问题，可先浏览官网RIOT esp32工具链安装文档。
cd ~/RIOT
# 国内镜像
# export IDF_GITHUB_ASSETS="dl.espressif.cn/github_assets"
dist/tools/esptools/install.sh esp32
echo 'alias esp_idf=". ~/RIOT/dist/tools/esptools/export.sh"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc注意:, 如果上面因github代理问题，无法安装成功，请修改dist/tools/esptools/install.sh内容，将里面所有github.com替换成githubfast.com。手动修改或者使用按下面指令进行替换字符串。
cp dist/tools/esptools/install.sh dist/tools/esptools/install.sh.git
vim dist/tools/esptools/install.sh
# 下面不要复制粘贴，手动输入,后回车
:%s/github.com/githubfast.com/g
# 手动输入，保存退出
:wq经测试，如何无法访问github或者提示elf-gcc编译错误，那么请按下面指令，完成ESP32的编译环境安装。
cd ~
mkdir -p .espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-12.2.0_20230208/
cd .espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-12.2.0_20230208/
rm *.xz
sudo apt install -y xz-utils
# x86_64 正常ubuntu版本，请执行下面两行代码
wget https://gitee.com/emnets/emnets_experiment/releases/download/esp_tools/xtensa-esp32-elf-12.2.0_20230208-x86_64-linux-gnu.tar.xz
tar -xf xtensa-esp32-elf-12.2.0_20230208-x86_64-linux-gnu.tar.xz
# arm ubuntu版本， MAC 安装的虚拟机,请执行下面两行代码
wget https://gitee.com/emnets/emnets_experiment/releases/download/esp_tools/xtensa-esp32-elf-12.2.0_20230208-aarch64-linux-gnu.tar.xz
tar -xf xtensa-esp32-elf-12.2.0_20230208-aarch64-linux-gnu.tar.xz
# 都需要执行
cd ~/RIOT/
echo 'alias esp_idf=". ~/RIOT/dist/tools/esptools/export.sh"' >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
sudo apt install python3-pip
python3 -m pip install Twisted之后，去安装好的环境进行测试，这里使用最简单的hello-word的案例。使用板子为esp32-wroom-32，通过USB连接到电脑，并给用户提供读写设备端口的权限（每次重新连接USB都要执行）。
在Linux系统中，ESP32连接到计算机时，通常会被识别为/dev/ttyUSB0或类似的串口设备。如果用户没有权限访问/dev/ttyUSB0，通常是因为缺少相应的权限。将用户添加到dialout组：在Linux系统中，通常/dev/ttyUSB0的权限属于dialout组。你可以将用户添加到dialout组中，以获得访问权限。
# 运行以下命令，将当前用户添加到dialout组：
sudo usermod -a -G dialout $USER
# 重新加载用户组
newgrp dialout
# 设备重启下
reboot
# chmod 只能临时更改权限
# sudo chmod 777 /dev/ttyUSB*
# 每次带开命令行都要执行
esp_idf all
cd ~/RIOT/
# 第一次或许需要下载一些东西，可能比较慢
make BOARD=esp32-wroom-32 flash -C examples/hello-world/
# 访问ESP32, 访问成功后，需要点击板子的左侧重启Reset按钮。
make BOARD=esp32-wroom-32 term -C examples/hello-world/ 2024-04-01 10:57:40,738 # main(): This is RIOT! (Version: 2024.04-devel-586-g48a8e6)
2024-04-01 10:57:40,740 # Hello World!
2024-04-01 10:57:40,744 # You are running RIOT on a(n) esp32-wroom-32 board.
2024-04-01 10:57:40,749 # This board features a(n) esp32 CPU.
如果flash的时候，出现以下内容，请在flash的时候，按住boot按钮。
A fatal error occurred: Failed to connect to ESP32: Wrong boot mode detected (0x13)! The chip needs to be in download mode.
注意: 如果VMWARE虚拟机上面烧写指令提示，找不到/dev/ttyUSB0端口，需要重新插拔一次ESP32(最好每次虚拟机重启后，再重新插拔一次ESP32设备，然后在虚拟机弹出页面，选择设备连接到对应的Ubuntu虚拟机。)
推荐: 在Ubuntu系统安装openssh-server, 开启ssh 服务器，外面安装vscode, 通过vscode ssh连接到Ubuntu系统，方便修改代码。
# ubuntu
sudo apt update
sudo apt install openssh-server net-tools
sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start sshd
ifconfig
# 记住 eth0之类的 172.开头的ip，后续ssh连接服务器，可参考网上教程。注意: 如果出现github.com/xx/xx下载失败，可使用以下方法，替换代理。
git config --global url."https://githubfast.com".insteadOf https://github.com
# 如果要取消git代理
git config --global --unset url."https://githubfast.com".insteadOf注意: 如果出现/usr/bin/env: ‘python3\r’: No such file or directory 问题，用以下方法，解决问题，然后重新执行编译指令。（Windows换行规则和linux不一样，多了\r）
sudo apt install dos2unix
find ~/RIOT/ -type f -name "*.py" -exec dos2unix {} +
dos2unix ~/RIOT/dist/tools/pyterm/pyterm注意: 使用wsl2+ubuntu22.04的同学， (1) esp32设备绑定问题，结合esp-wsl和通过WSL2连接USB串口调试ESP32这两篇文章，解决问题。
(2) 如果lsusb出现了esp32设备的信息，如Bus 001 Device 005: ID 10c4:ea60 Silicon Labs CP210x UART Bridge，但是ls /dev/tty*没有 /dev/ttyUSB开头的端口,执行下面指令。
sudo modprobe cp210x(3) 出现问题Attach request failed - device in error state, 查看下github issues
首先什么是容器呢？可以参考GPT4的解释： 容器是一种轻量级的、可移植的、自足的软件封装技术，它能够在几乎任何环境中一致地运行应用程序。容器化应用程序包括应用程序本身以及其所有依赖项，但与传统虚拟化方法相比，容器共享主机系统的内核，因此更为高效。 下面是容器的主要特点：
- 轻量级：容器使用主机操作系统，与其他容器共享其内核，而不需要自己的操作系统。这使得它们比虚拟机更轻，启动更快，占用的资源更少。
- 可移植性：由于容器包含了应用程序及其所有依赖项，因此它们可以在任何支持容器技术的系统中运行，无论这些系统在哪里部署（本地服务器、公有云、私有云、个人电脑等）。
- 一致性：容器提供了一致的运行环境，开发者可以在本地构建和测试容器，然后在任何地方部署，无需担心依赖问题。
- 隔离性：每个容器都在自己的进程空间中运行，互不干扰。这提供了额外的安全层，并允许每个容器有自己的网络和文件系统接口。
- 可扩展性和可复制性：容器可以快速和自动地扩展、部署和复制。
- 微服务架构：容器适合微服务架构，因为它们允许开发者将复杂应用程序分解为一组独立的、可独立部署和扩展的小服务。 最著名的容器技术是 Docker，但还有其他许多选项，如 rkt、LXC 和 LXD 等。Kubernetes 是一种常用的容器编排工具，它可以自动化部署、扩展和管理容器化应用程序。
想进一步了解容器，可看这篇文章以及官网文档。 容器安装有很多方法，这篇文章提供了几种比较可行的方法，这里提供最简单的安装方法，执行以下代码即可。
curl -fsSL https://test.docker.com -o test-docker.sh
sudo sh test-docker.sh # sudo 需要注意，可能输入密码
dockerd-rootless-setuptool.sh install
# 测试容器安装是否成功
sudo docker run --name hello hello-world
# 测试完，即可删除测试的容器和镜像
sudo docker rm -vf hello
sudo docker rmi hello-world如果终端出现以下信息，容器即安装成功，可正常运行。
Hello from Docker!
This message shows that your installation appears to be working correctly.
To generate this message, Docker took the following steps:
The Docker client contacted the Docker daemon.
The Docker daemon pulled the "hello-world" image from the Docker Hub.
The Docker daemon created a new container from that image which runs the
The Docker daemon streamed that output to the Docker client, which sent it
To try something more ambitious, you can run an Ubuntu container with:2024
$ docker run -it ubuntu bash
Share images, automate workflows, and more with a free Docker ID:
https://hub.docker.com/
For more examples and ideas, visit:
https://docs.docker.com/get-started/
容器安装完成后，拉取官方提供的镜像, 并进行编译测试，这里使用最简单的hello-word的案例。具体如下：
sudo docker pull schorcht/riotbuild_esp32_espressif_gcc_8.4.0
# sudo chmod 777 /dev/ttyUSB*
cd ~/RIOT/
BUILD_IN_DOCKER=1 DOCKER="sudo docker" \
DOCKER_IMAGE=schorcht/riotbuild_esp32_espressif_gcc_8.4.0 \
make BOARD=esp32-wroom-32 flash -C examples/hello-world/
# 编译成功后，访问端口，并点击开发板左侧的重启Reset按钮
make BOARD=esp32-wroom-32 term -C examples/hello-world/ 终端会出现以下编译信息包含以下部分：
......
Compressed 17184 bytes to 11719...
Wrote 17184 bytes (11719 compressed) at 0x00001000 in 0.5 seconds (effective 279.6 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 85...
Wrote 3072 bytes (85 compressed) at 0x00008000 in 0.1 seconds (effective 473.8 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 102096 bytes to 44068...
Wrote 102096 bytes (44068 compressed) at 0x00010000 in 1.3 seconds (effective 616.2 kbit/s)...
Hash of data verified.
Leaving...
Hard resetting via RTS pin...
make: Leaving directory ...
访问端口并重启，会打印包括以下内容:
...
2024-04-01 11:04:00,497 # main(): This is RIOT! (Version: 2024.04-devel-480-gd76fc)
2024-04-01 11:04:00,500 # Hello World!
2024-04-01 11:04:00,503 # You are running RIOT on a(n) esp32-wroom-32 board.
2024-04-01 11:04:00,507 # This board features a(n) esp32 CPU.
官网提供比较详细的安装教程，如遇到问题，可先浏览官方 RIOT Docker Toolchain文档。 至此，RIOT系统及编译环境已全部完成，需要记住对应方法的编译烧写方式，后续都要用到，可多试试"RIOT/examples/" 和 "RIOT/tests/"下的案例，尝试去修改这些案例，学会去用RIOT系统。
后续实验都是需要在实验项目的框架下进行,需要在RIOT/examples/路径下下载实验项目。
cd ~/RIOT/examples
git clone https://gitee.com/emnets/emnets_experiment.git
# 这一步很重要，新版RIOT-OS LWIP库发生较大变化，官方LWIP案例没有及时更新，所以需要暂时用旧版LWIP库
cp emnets_experiment/lwip_netif.c ../sys/shell/cmds/lwip_netif.c
cd emnets_experiment
esp_idf all
make BOARD=esp32-wroom-32 flash term -C 00_threads/终端串口会打印以下内容:
2024-05-23 15:30:23,696 # main(): This is RIOT! (Version: 2024.04-devel-480-gd76fc)
2024-05-23 15:30:27,692 # Worker 1: Executing Task 1
2024-05-23 15:30:27,695 # Worker 2: Executing Task 2
2024-05-23 15:30:27,697 # Worker 1: Executing Task 1
2024-05-23 15:30:31,692 # Worker 2: Executing Task 2
2024-05-23 15:30:31,694 # Worker 1: Executing Task 1
这个实验项目涵盖了四个部分：基础设备控制、基于TinyML对设备运动状态识别、BLE蓝牙通信以及基于MQTT的ThingsBoards物联网设备管理。
基础设备控制实验着眼于RIOT的多线程控制，基于GPIO引脚输出的LED灯控制以及基于I2C总线的IMU传感器数据读取。最终目标是根据设备的姿态展示不同的LED显示状态。
- 理解RIOT操作系统的多线程控制原理和方法。
- 掌握基于GPIO引脚的LED灯控制技术。
- 学习通过I2C总线读取IMU传感器数据的方法。
- 实现根据设备姿态展示不同LED显示状态的功能。
具体内容请参阅part0_base.md以获取详细信息。
在本实验中, 利用TinyML实现ESP32设备的运动状态识别。通过训练和部署轻量级的机器学习模型，判断设备的当前运动状态, 同时结合实验一, 进行展示.
- 了解TinyML的基本概念及其在嵌入式设备上的应用。
- 掌握数据集准备、模型训练、优化和部署的基本流程。
- 实现基于TinyML的姿态识别系统，判断ESP32设备的运动状态。
具体内容请参阅part1_tingml_motion_predict.md以获取详细信息。
本部分实验将深入探讨使用BLE nimble库实现通用属性配置文件（GATT）通信。GATT是BLE协议栈中用于设备服务和特性管理的架构，它支持设备间的数据交互。通过本实验，学生将学习如何定义、配置和使用GATT服务和特性，以实现复杂的数据交互和设备控制功能。
- 理解BLE GATT协议的结构和功能。
- 掌握如何使用BLE nimble库定义和管理GATT服务和特性。
- 学习如何通过GATT特性进行数据的读取和写入。
- 实现一个能够通过GATT服务交换数据, 获取并改变设备信息的BLE设备。 具体内容请参阅part2_ble_nimble_gatt.md以获取详细信息。
在最终实验中，我们将在前面所有实验的基础上，深入探讨物联网云平台和MQTT协议，基于开源的ThingsBoard项目搭建私有化物联网平台，并采取MQTT的方式实现ESP32连接ThingsBoard平台，着眼于ThingsBoard平台搭建和使用、ESP32与ThingsBoard基于MQTT协议通信、设备数据上传，并要求保留NIMBLE GATT服务。
- 理解MQTT协议，包结构。
- 学会使用ThingsBoards平台包括不限于数据图形化以及规则引擎。
- 实现物联网设备数据(设备原始数据、设备预测状态结果)定期上传。
- NIMBLE GATT额外控制上传频率。 具体内容请参阅part3_mqtt_thingsboard.md以获取详细信息。