作者：forest-rain

1 概述

物联网终极目标是实现万物互联，帮助人类社会实现更高阶的智能化。IoT网关负责海量物联网端侧设备与物联网云端应用的沟通，发挥着承上启下的重要作用，是实现万物互联的关键一环。IoT网关已广泛应用于工业、农业、畜牧业、智能家居、智慧城市等等垂直行业。

LiteCoG（Lite Connect Gateway）是一款小型的、支持多种连接方式的IoT网关，当前的主体功能是一个单\双通道的LoRaWAN网关，北向采用以太网\WiFi\4G Cat1连接，南向通信采用LoRa通信，同时也可支持BLE\RS485等连接方式，具有远距离通信、低成本、方便部署、易扩展等特性，便于市场规模推广。旨在面向智能家居、智慧社区、智慧停车等局域网内、设备容量较小的物联网通信场景，同时由于具备良好的成本优势，也可以作为LoRaWAN网络的补盲设备。

当前实现万物互联所面临的问题与挑战：

如智能家居，目前智能家居还不是社会刚需，因此大规模推广对成本极其敏感，采用高性能的LoRa网关芯片(SX130x)方案，可以满足设计需求，但是成本承压，同时性能过剩。

如智慧社区，智慧社区是放大版的智能家居，也是一个缩小版的社会。随着我国人口日益老龄化，智慧养老社区的需求日益突显，如何解决空巢老人、孤寡老人的监护是我国当前社会面临的一个新难题。构建智慧社区所需庞大的启动资金是一个必须逾越的障碍。

如智慧停车，停车难一直是城市公共交通的长期挑战。海量的车，方便了出行，却受限于终点，通过物联网技术把分散的停车资源利用起来，是缓解停车难的可行方式。

LiteCoG网关基于RT-Thread操作系统，采用LoRa SX126X\SX127X来提供标准LoRaWAN接入能力，可以较大压缩BOM成本；借助LoRa调制的远距离通信能力、低功耗特性，在全屋\社区\小范围停车等应用领域，基本可以非常灵活的部署电池供电的智能设备，非常方便。同时借助RT-Thread强大的软硬件生态资源，可以极大加快产品开发效率，缩短产品上市时间。

• • LoRaWAN单通道网关(lgwsc)

• • • 对接标准LoRaWAN服务器

• • • • UDP

• • • • • 利尔达 Unicore
        • 腾讯云 loragw.qcloud.com

• • • Class A
    • 支持lgwsc shell命令
• • • 支持网关参数配置
• • • 支持掉电存储功能
• • • 北向连接
• • • • Ethernet
      • WiFi
      • 4G Cat1

• • 人机交互

• • • OLED显示屏

2 开发环境

• 软件平台：

• • RT-Thread版本：4.0.3
  • 开发工具及版本：RT Thread Studio 2、MDK5
  • PessimonUIBuilder 3.0设计器

• 硬件平台

• • ART-Pi主板

• • • STM32H750
    • AP6212

• • ART-Pi 工业扩展板

• • • 以太网、485

• • ART-Pi 多媒体扩展板

• • • 320*480 TFT屏幕

• • LoRa多功能能扩展板（LRS007）

• • • SX1268 LoRa模块
    • 1.3英寸 OLED液晶屏

3 RT-Thread使用情况概述

• RT-Thread内核：

• • 调度器：多线程(任务)实现
  • 线程间同步：信号量、互斥量
  • 线程间通信：邮箱、消息队列
  • 内存管理：mem pool、memheap管理算法
  • 软件定时器

• 组件(Compentont)：

• • FinSH控制台
• • 设备驱动(Device Drivers)
• • • I/O 设备模型

• • • • PIN设备 、I2C设备、UART设备、RTC设备、TOUCH设备

• • • WIFI框架

• • • SPI框架

• • • • 使用 SPI 框架来驱动SPI接口的设备（比如本文中的LoRa SPI模块）

• • 网络(Network)

• • • netdev网卡
• • • AT命令
• • • SAL 套接字抽象层
• • • TCP/IP协议栈
• • • • lwip轻量级协议栈

• • • 常用工具(Utilities)

• • • • ulog日志

• 软件包
• • AT设备软件包：at_device-latest;
• • adbd-v1.1.1
• • btstack-v0.0.1   
• • CmBacktrace-v1.4.0
• • EasyFlash-v4.1.0
• • fal-v0.5.0
• • littlefs-v2.0.5
• • JSON软件包 cJSON-latest
• • 网络工具包 netutils-latest
  • webclient软件包 webclient-latest
• • webnet-v2.0.2
• • • web服务器
• • loragw-packet-forward-latest

• • • 单通道lorawan网关软件包

• • lora-radio-driver-latest

• • • lora radio驱动软件包

• • multi-rtimer

• • • 低功耗硬实时定时模块

• • ft6236-v1.0.0

• • • 触摸芯片ft6236驱动

• • Persimmon柿饼库

• 其他

• • ART-Pi SDK开发包

• • • sdk-bsp-stm32h750-realthread-artpi

4 系统设计

4.1 典型IoT系统应用框架

多功能单通道LoRaWAN网关（LiteCoG）用于连接物联网终端设备与云端服务器，起到了承上启下的作用。

4.2 硬件框架

多功能单通道LoRaWAN网关（LiteCoG）硬件主要由ART-Pi主板+ART-Pi工业扩展板+ART-Pi多媒体扩展板+4G Cat1模块扩展板(L610)+LoRa多功能扩展板(LRS007)组成。

通过不同的搭配，可满足不同应用场景。比如

• • LoRaWAN室内网关(WiFi版本)

• • • ART-Pi主板+LoRa多功能扩展板(LRS007)应用于智能家居、智慧农业等室内场景

• • LoRaWAN室内网关(WiF版本) 带中控屏

• • • ART-Pi主板+ART-Pi多媒体扩展板+LoRa多功能扩展板(LRS007)应用于智能家居、智慧社区等场景

• • LoRaWAN室外网关(4G版本)

• • • ART-Pi主板+4G Cat1模块扩展板(L610)+LoRa多功能扩展板(LRS007)应用于智慧停车等室外场景

• • LoRaWAN室内\外网关(以太网版)

• • • ART-Pi主板+ART-Pi工业扩展板+LoRa多功能扩展板(LRS007)应用于智慧工厂等场景

多功能单通道LoRaWAN网关（LiteCoG）北向支持WiFi、以太网、4G Cat1方式，根据实际应用场景选择。北向采用LoRa调试方式，实现LoRaWAN单通道接入功能。

对于智能家居等应用，若有中控屏需求，则可进一步使用触摸屏或者OLED来进行人机交互。

4.3 软件框架说明

多功能单通道LoRaWAN网关（LiteCoG）1.0主体功能之一是实现单通道的LoRaWAN网关，北向通信协议是基于UDP通信，南向通信协议是LoRaWAN，同时可以进一步扩展LiteCoG来实现边缘计算功能，即直接对LoRaWAN终端设备控制的能力，以便满足一些网没有外网、更高的实时等情况。其他功能还有网关参数配置，掉电保存、获取天气信息，OLED显示，柿饼UI显示等等

5 软件模块说明

• loragw-pkt-fwd单通道lorawan网关实现lorawan数据包转发功能

• • static void thread_up(void)

• • • 接收到lorawan终端设备的lora上行消息
    • 周期性获取状态信息
    • 组帧成 PUSH_DATA(json格式)，然后发送给lorawan服务器
• • static void thread_down(void);
• • • 维持与lorawan服务器之间链路
    • 接收并解析lorawan服务器的下行数据包(json)，并加入JiT队列
• • static void thread_jit(void);
• • • 周期性从 JiT 队列取报文并通过lora发送到lorawan终端设备

• • static int lgwsc(int argc, char *argv[])

• • • shell命令，用于设置网关参数(eui、freq、datarate等)
    • 参数掉电存储

• lora-radio软件包

• • 实现lora芯片sx126x\sx127x射频驱动

• • • lora-radio-sx126x.c

• • • • 对外提供了上层访问接口实现

• • • lora-spi-sx126x.c

• • • • sx126x芯片的spi读写接口实现

• • • • •  rt_device

• • • sx126x.c

• • • • lora芯片sx126x底层驱动

• multi-rtimer软件包

• • 实现硬实时定时模块，用于给lora-radio超时服务、给loragw-pkt-fwd提供较精确的下发定时器
• lorawan-ed-stack软件包
  • 用于解析lorawan协议帧，实现LiteCoG本地对lorawan终端设备的直接控制

6 演示效果

视频：

7 代码地址在附件。

8 比赛感悟

参加此次比赛使我对RT-Thread操作系统有了一个相对全面的应用与认识。总体感受，RT-Thread是一个非常强大的RTOS，历经10多年的打磨与沉淀，很多方面已经比较成熟与完善。虽然行业内还有很多其他优秀的RTOS，但是RT-Thread更贴近于开发者，不断迭代创新，同时代码风格与文档、丰富组件与软件包也赢得了很多粉丝。

搭积木式开发，大大提高了开发效率，这得益于RT-Thread长期积累、十年磨一剑地持续迭代与智慧输出，提供了非常丰富的开源软件资源，就如同linux一样，很多轮子已经造好，rt-thread使得嵌入式的应用开发变得更简单与高效。RT-Thread软件包的形式，继承与发扬包管理器的理念，便于大家使用与贡献自己的代码与知识分享，也使得RT-Thread开源社区更为活跃。

星星之火可以燎原，充实自己，向大佬们学习，为开源社区添砖加瓦，贡献自己的一份绵薄之力。期望有朝一日，物联网行业可以借助rt-thread等RTOS生态，各行各业的小伙伴们一同携手并进，共同提升产品开发效率，进而提升整体行业效率，降低社会成本。

LiteCoG 1.0目前还只实现产品原型功能，还有很多需要进一步优化完善的地方，未来也期待跟小伙伴们一起持续优化与迭代为成熟稳定的产品。

最后感谢主办方提供的平台与参与活动的工作人员们的辛勤付出。