周 旋,鄔云文

(1.吉首大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 吉首 416000；2.吉首大學(xué)物理與機電工程學(xué)院，湖南 吉首 416000)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，如中藥煎藥配送系統(tǒng)[1]、高校宿舍安全監(jiān)控系統(tǒng)[2]、智能實驗樓宇照明及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)[3-4]、以無人機作為空基感測平臺的移動物聯(lián)網(wǎng)[5]和智慧實驗室[6-7]等.當(dāng)前，世界各國已研發(fā)出多種物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺[8].2015年發(fā)布的Windows 10 IoT Core 系統(tǒng)是近幾年新研發(fā)的一種在嵌入式設(shè)備上運行的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)系統(tǒng).它與計算機Windows 10系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，用于構(gòu)建智能事物，廣泛用于多種嵌入式設(shè)備上，已被Johnson Controls，Askey和Misty Robotics等行業(yè)創(chuàng)新者采用.與傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)相比，Windows 10 IoT系統(tǒng)的界面更簡潔清晰，操作更簡單，更適合用于開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng).筆者將基于諸如樹莓派、MinnowBoard Max和DragonBoard 410c等嵌入式設(shè)備，研究利用Windows 10 IoT Core系統(tǒng)進行物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)，包括開發(fā)前的系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置、添加IoT函數(shù)庫于項目的方法，以及3種IoT程序部署的方法.

1 Windows 10 IoT Core開發(fā)環(huán)境的設(shè)置

Windows 10 IoT Core的開發(fā)方式主要采用計算機和嵌入式設(shè)備聯(lián)調(diào).Windows 10 IoT Core開發(fā)程序時需要用到Visual Studio Community 2015，Visual Studio Professional 2015或Visual Studio Enterprise 2015及以上版本的開發(fā)工具.開發(fā)之前要設(shè)置開發(fā)環(huán)境，即先打開Developer Mode.Windows 10 IoT Core開發(fā)環(huán)境的設(shè)置步驟為：(ⅰ)單擊Windows 10作業(yè)系統(tǒng)左下角的“窗口”圖標(biāo)；(ⅱ)單擊設(shè)置圖標(biāo)；(ⅲ)單擊左側(cè)的“針對開發(fā)人員”；(ⅳ)在右側(cè)選擇“開發(fā)人員”模式.

需要注意的是，只有在Windows 10(Version 10.0.10240)及以上版本的作業(yè)系統(tǒng)之中，Windows 10 IoT Core才能正確地安裝與設(shè)置.

2 添加IoT函數(shù)庫方法

完成開發(fā)環(huán)境設(shè)置后便進入Windows 10 IoT Core程序開發(fā)(以下操作在Visual Studio中進行).首先，通過網(wǎng)絡(luò)使安裝有Windows 10系統(tǒng)和Visual Studio軟件(2015版或更高版本)的計算機與裝有Windows 10 IoT Core的嵌入式設(shè)備連接.然后，添加IoT函數(shù)庫，步驟為：(ⅰ)創(chuàng)建空白App案例(需要選擇C#或者C++).(ⅱ)打開添加函數(shù)庫窗口.新增案例中，選擇“案例名稱”/Add/Reference.(ⅲ)選擇“Universal Windows/Extensions/Windows IoT Extensions for the UWP”.(ⅳ)確認IoT函數(shù)庫.完成IoT函數(shù)庫添加之后是程序源代碼的編寫，主要編程語言有C#和C++，文中對具體編程不作介紹.

3 常用IoT程序部署方法

3.1 Remote Machine 部署

Remote Machine 部署方法需通過VisualStudio(Visual Studio Community 2015，Visual Studio Professional 2015或Visual Studio Enterprise 2015及以上版本的開發(fā)工具 )軟件實現(xiàn).初次設(shè)置步驟如下：

(ⅰ)屬性設(shè)置修改.選擇“Remote Machine”，系統(tǒng)會跳出設(shè)置選項，若沒有跳出則轉(zhuǎn)到步驟(ⅱ).設(shè)置步驟為：(1)確認計算機和機器在同一個網(wǎng)域中；(2)Address項填入嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)地址；(3)Authentication Mode選項選擇“Universal(Unencrypted Protocol)”.屬性設(shè)置修改界面如圖1所示.

圖1 屬性設(shè)置修改界面Fig.1 Interface for Modifying Property Settings

(ⅱ)確認屬性設(shè)置.在案例窗口中選擇“Universal Windows Properties”，完成屬性設(shè)置確認后在命令窗口選擇“Debug”“ARM”和“遠程計算機”(圖2)，點擊調(diào)試.

圖2 命令窗口操作Fig.2 Actions in the Command Window

3.2 Windows IoT Core Web Management 部署

與Remote Machine 部署不同，使用Windows IoT Core Web Management 部署需要用到Windows IoT Core Web Management 網(wǎng)頁界面.具體步驟如下：(ⅰ)將程序打包.Visual Studio 2015 的解決方案瀏覽器中右擊要打包的項目，在“Store”菜單項中選擇“Create App Packages”(圖3a).在詢問“是否上傳至Windows Store”時選擇“No”(現(xiàn)在無需使用這個功能)，“Generate App Bundle”一項選擇“Never”(圖3b).點擊“Next”按鈕后開始編譯文件，編譯完成后顯示輸出路徑(圖4).

b 項目打包操作步驟2圖3 打包程序操作步驟Fig.3 Operating Steps for Packaging

圖4 項目打包成功結(jié)果Fig.4 Successful Packaging Results

(ⅱ)打開瀏覽器，輸入IoT設(shè)備的IP地址和端口號8080后進入 Windows IoT Core Web Management 登錄界面，輸入初始用戶名“Administrator ”和密碼“p@ssw0rd”后進入主界面，如圖5所示.進入登陸界面后，在左側(cè)菜單中選擇“Apps”菜單項，App Manager面板中會顯示安裝的程序及運行的程序等信息，最下面是安裝App功能選擇控件.App Package在剛才的發(fā)布目錄下選擇“.appx”文件(圖6a).點擊“Go”按鈕開始安裝程序，安裝結(jié)束后在“Installed Apps”中選擇剛才安裝的應(yīng)用，點擊“Start”按鈕啟動程序，程序啟動完成顯示器顯示預(yù)期界面.點擊“Set Default”按鈕會將程序設(shè)置為默認程序(圖6b)，每次系統(tǒng)啟動就后會默認啟動.

圖5 Windows IoT Core Web Management登錄界面Fig.5 Login Interface for Windows IoT Core Web Management

a 安裝App操作

b 設(shè)置默認程序圖6 程序載入設(shè)備Fig.6 Program Loading Device

3.3 Power Shell 命令部署

Power Shell 命令部署，顧名思義即需要使用Windows 10系統(tǒng)自帶的Power Shell 命令來完成部署工作.具體步驟如下：(ⅰ)將程序打包，因該方法與Windows IoT Core Web Management 部署的打包過程相同，故不再贅述.(ⅱ)由于Win10 IoT默認支持FTP，因此利用FTP客戶端將剛才生成的程序目錄上傳至Windows 10 IoT的根目錄下.(ⅲ)通過管理員權(quán)限啟動PowerShell，輸入如圖7a所示命令連接Windows 10 IoT系統(tǒng)并進入目錄.找到剛才上傳的文件夾，使用“cd”命令進入文件夾，找到“.appx”文件利用“Add-AppxPackage”命令安裝，這里執(zhí)行“Add-AppxPackage CloudTechIot1dot5_1.0.2.0_ARM.appx”(圖7b).程序啟動完成顯示器顯示預(yù)期界面.

a 連接Windows 10 IoT并進入目錄

b 執(zhí)行Add-AppxPackage CloudTechIot1dot5_1.0.2.0_ARM.appx圖7 Power Shell 命令部署過程Fig.7 Process of Deploying the Power Shell Command

3.4 3種方法對比分析

使用3種方法的任一種均能完成物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，但其各有特點：方法一Remote Machine 部署操作過程最簡潔，但僅適用于C#項目開發(fā)，適合熟悉且習(xí)慣使用C#語言的開發(fā)者；方法二Windows IoT Core Web Management部署和方法三Power Shell 命令部署對于C#和C++項目皆適用，因此這2種方法的適用人群范圍比方法一的廣.3種方法的共同點是：都要用到Visual Studio 2015及以上版本，且操作系統(tǒng)必須是Windows 10系統(tǒng)；在創(chuàng)建Visual Studio 項目時需要選擇適用的Windows 10 最高版本和最低版本.

4 結(jié)語

針對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者利用Windows 10 IoT 系統(tǒng)開發(fā)難的問題，分析了基于Windows 10 IoT系統(tǒng)平臺的Remote Machine 部署、Windows IoT Core Web Management 部署和Power Shell 命令部署等物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)方法.Windows 10 IoT系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，支持的硬件主要包括樹莓派2、樹莓派3b、MinnowBoard Max和DragonBoard 410c等嵌入式設(shè)備，主要兼容ARM32，x86，x64等體系結(jié)構(gòu).