通过乐鑫原生 SDK-ESP IDF 连接 AWS IoT 平台

背景介绍

在智能家居，可穿戴设备，消费电子产品领域。越来越多的客户需要选择一款具有 Wi-Fi 功能的 MCU 或 SoC 通过连接到云平台对消息进行处理和设备交互与管理。设备如何安全的连接到云平台上是实现物联网的第一步，也是非常重要的一步。
这篇 Blog 主要介绍如何使用 ESP32-DevKit 结合乐鑫原生的 ESP-IDF SDK 快速安全的链接 AWS 物联网 (IoT) 应用。

AWS IoT 服务介绍
AWS IoT 是一种托管的云平台，使互联设备可以轻松安全地与云应用程序及其他设备交互。AWS IoT 可以支持数十亿台设备和数万亿条消息，并且可以对这些消息进行处理并将其安全可靠地路由至 AWS 终端节点和其他设备。

乐鑫 ESP32 介绍
ESP32 是一套 Wi-Fi (2.4 GHz) 和蓝牙 (4.2) 双模解决方案，集成了高性能的 CPU 内核、超低功耗协处理器和丰富的外设。ESP32 采用 40 nm 工艺制成，具有最佳的功耗性能、射频性能、稳定性、通用性和可靠性，适用于各种应用和不同功耗需求。

部署方法

1.AWS IoT 配置（证书，终端节点）
2.ESP-IDF 开发环境搭建
3.ESP32-DevKit USB to VCP Driver 驱动安装
4. 配置和使用 ESP-IDF 创建一个 AWS IoT 项目
5. 编译和烧录
6.AWS 平台消息测试

1. AWS IoT 配置

1.1 证书生成与下载
这一步骤就是在 AWS 创建一个 things，然后生成并下载证书。不再赘述：
具体参考 https://docs.aws.amazon.com/zh_cn/iot/latest/developerguide/iot-console-signin.html，步骤从登录 AWS IoT 控制台到将证书附加到事物。

然后我们会有 4 个证书。设备证书，公钥，私钥，CA 证书（这里 CA 证书就是我们看到证书内容），对证书需要做以下操作：

• CA 证书保存：
  将 CA 证书内容复制并保存为 aws-root-ca.pem 的文件。

• 设备证书和私钥：
  将 XXXX-private.pem.key 重命名为 private.pem.key
  将 XXXX-certificate.pem.crt 重命名为 certificate.pem.crt

保存好这 3 个证书，后面我们在烧录固件之前会用到。

1.2 终端节点
终端节点用于设备端连接 AWS IoT 平台，请记录终端节点。在 AWS IoT 控制台的设置中找到。

2. ESP-IDF 开发环境搭建

我们下面开始 ESP-IDF 开发环境的搭建，需要准备如下：

• 工具链：用于编译 ESP32 应用程序。
• ESP-IDF：包含 ESP32 API 和用于操作工具链的脚本。
• 编译器：编写 C 语言的程序。
• ESP32 开发板
  2.1 Windows 安装工具链（Toolchain）
  下载 Toolchain for Windows， https://dl.espressif.com/dl/esp32_win32_msys2_environment_and_toolchain-20181001.zip 将 zip 压缩文件解压到 C:\，它会使用预先准备的环境创建一个 msys32 目录。运行 C:\msys32\mingw32.exe 打开一个 MSYS2 的终端窗口。该窗口的环境是一个 bash shell。创建一个 esp 目录作为开发 ESP32 应用的默认地址，运行命令：

mkdir -p ~/esp

2.2 为 ESP32 设置开发环境 ESP-IDF
先进入到 esp 目录下，然后通过 GitHub 获取，运行命令，大概 5 分钟左右（取决于你的网速），运行命令：

cd ~/esp
 
git clone --recursive https://github.com/espressif/esp-idf.git

执行结果如图：

2.3 设置 ESP-IDF 环境变量（Windows）
工具链程序使用环境变量 IDF_PATH 来访问 ESP-IDF。将用户配置文件脚本存放在 C:/msys32/etc/profile.d/ 目录中。目的是每次打开 MSYS2 窗口时，系统都执行这些脚本。

• 在 C:/msys32/etc/profile.d/ 目录下创建一个新的脚本文件。将其命名为 export_idf_path.sh。
• 确定 ESP-IDF 目录的路径。路径与系统配置有关，例如 C:\msys32\home\user-name\esp\esp-idf。
• 在脚本中文件 export_idf_path.sh 加入 export 命令，例如:

export IDF_PATH="C:/msys32/home/user-name/esp/esp-idf"

这里注意的是，将原始 Windows 路径中将反斜杠替换为正斜杠。

保存脚本。关闭 MSYS2 窗口并再次打开。输入以下命令检查是否设置了 IDF_PATH:

printenv IDF_PATH

2.4 安装 Python 依赖包
ESP-IDF 所依赖的 Python 软件包位于 $IDF_PATH/requirements.txt 文件中，您可以通过运行以下命令来安装它们：

python -m pip install --user -r $IDF_PATH/requirements.txt

3. ESP32-DevKit USB to VCP Driver 驱动安装

在创建 AWS IoT 项目之前我们需要确认 ESP32 的 CP210X USB to VCP Driver 是否安装。如果没有，请安装： https://www.silabs.com/products/development-tools/software/usb-to-uart-bridge-vcp-drivers，当然 你的 ESP32 也有可能是 CH340 或者其他 Driver，请自行安装驱动。安装成功后，我们将开发版的接入到计算机，通过设备管理器可以看到 COM3：

4. 配置和使用 ESP-IDF 创建一个 AWS IoT 项目，方法如下：

示例项目 aws_iot_demo
串口配置
endpoint 设置
WIFI 与 IoT Client ID 设置
4.1 复制 subscribe_publish 项目到 esp 目录并重命名为 aws_iot_demo，subscribe_publish 所在目录在：
C:\msys32\home\user-name\esp\esp-idf\examples\protocols\aws_iot\subscribe_publish

将 Esp32 连接电脑，回到 MSYS2 命令界面到 aws_iot_demo 目录下:

cd ~/esp/aws_iot_demo/

输入命令进入配置界面：

make menuconfig

PS：第一次运行需要反映 5-10 秒钟的时间，不要关闭命令窗口。

4.2 串口配置
在菜单中，进入 Serial flasher config > Default serial port 配置串口（工程将会加载到该串口上）。输入自己的串口名称并回车确认选择，选择 < Save > 保存配置，然后选择 < Exit > 退出应用程序。

比如我的是 COM3，就输入 COM3。

4.3 下一步我们来做 AWS IoT Endpoint Hostname 设置，
Componet config > Amazon Web Service IoT Platform > 复制 aws iot endpoint 并保存（在步骤 1.2 保存的终端节点 URL）。

4.4 然后做 WIFI 与 IoT Client ID 的配置
在 Example Configuration 设置有效的 WiFi SSID，WiFi Password 与 AWS IoT Client ID。

保存并退出到命令界面后需要等待一下完成配置：

5. 编译和烧录：

在烧录程序之前将以下证书，private.pem.key，certificate.pem.crt，aws-root-ca.pem （步骤 1.1）复制到 C:\msys32\home\user-name\esp\aws_iot_demo\main\certs 中（替换掉已有的 aws-root-ca.pem）

cd 到 aws_iot_demo 的目录下运行，

make flash

在界面上出现 Connecting…字样时候（ESP32 led 信号灯闪）按住 boot 或 FLASH 按钮（ESP 的开发板右下角有一个 BOOT 或 FLASH 的按键），等到出现烧录的时候就可以松开了. 烧录成功后如图：

烧录成功后通过 make monitor 命令来查看 “aws_iot_demo” 程序是否真的在运行, 并是否成功打印消息。比如建立握手和连接的过程以及消息的打印。

make monitor

6. AWS 平台消息测试

回到 AWS IoT 的控制台中，选择测试，订阅主题：test_topic/esp32，控制台下方会显示 ESP32 发送过来的消息：

也可以推送一个消息到 ESP32，编辑或使用默认消息：

回到 MSYS2 命令窗口，会收到一个 message 为 Hello from AWS IoT console.

小结

在本篇博文中，着重介绍了如何通过 ESP 原生的软件开发环境 ESP-IDF 帮助用户快速开发物联网 (IoT) 应用。实现了基于 ESP32 的智能家居或智能设备连接到云平台的第一步。无论国内的用户还是海外的用户都可以通过上述的方法连接到 AWS 的 IoT 平台上。

AWS IoT 平台拥有着十分丰富的功能，比如对消息加工处理的规则引擎功能，比如与设备端集成的 Alexa 智能音箱为我们的智能设备赋能。还有 AWS IoT Device Management，您可以轻松安全地大规模载入、组织、监控和远程管理 IoT 设备等等。限于篇幅，我们会持续更新。

相关文章：
《ESP-IDF Programming Guide》 https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/index.html

作者介绍：

李强
AWS 解决方案架构师，负责基于 AWS 的云计算方案架构的咨询和设计，同时致力于 AWS 云服务在国内的应用和推广，在物联网和微软的技术栈有着广泛的设计和实践经验。在加入 AWS 之前，曾在东芝中国负责系统开发和运维工作，在微软中国负责中小企业的技术咨询和方案设计工作。

本文转载自 AWS 技术博客。

原文链接：
https://amazonaws-china.com/cn/blogs/china/sdk-esp-idf-aws-iot-connection/