一、背景

Link SDK（原名为 Link Kit SDK）是阿里云物联网平台提供的设备端软件开发工具包，可使用尽量少的硬件资源，简化开发过程，实现设备快速接入阿里云物联网平台。目前 LinkSDK 已经覆盖的开发语言 c、node.js、java、python、以及 android、ios 操作系统。（Link SDK 相关内容请点击文末阅读原文了解详情）

C LinkSDK 4.x 于 2020 年 5 月初版上线，作为 C LinkSDK 的主版本与物联网平台功能同步更新，目前已经迭代近两年。在 4.x 推出之前，C LinkSDK 已经迭代了三个大版本 1.x、2.x、3.x，这三版本有一定的继承关系，可实现部分接口兼容。4.x 则是完全的新版本，在接口上和之前的版本不再兼容。

为什么要推出新版本 4.x 呢？从功能及稳定性角度上看，3.x 都可以满足使用需求，推出 4.x 最主要的原因是改善资源开销及易用性问题。IoT 设备不同于互联网设备，碎片化问题很严重，为了 LinkSDK 应用范围广，在 3.x 提供了多种场景的接入方法及相关功能，从而导致接入硬件资源消耗大，提高了设备门槛；为了给 3.x 瘦身，我们提供了配置项、代码抽取工具帮助用户裁剪；最后结果就是，3.x 发展成功能丰富、配置项多的一个大型 IoT 工具库，易用性反而下降了，提高了开发者使用门槛。因此，我们决定研发 LinkSDK 4.x，以低消耗、易移植、易使用作为设计目标，帮助设备快速轻便的上云。

二、 挑战

问题是客观存在的，IoT 设备的碎片化，部分设备资源有限，应用场景差异大。LinkSDK 4.x 设计，既要满足多场景快速适配，又要用尽量少的硬件资源，还要满足能力定制化的需求。

• IoT 设备碎片化

IoT 设备品类多，跨度大，有小型的智能开关、中型的音响、大型的机器人；软件操作系统有 RTOS、linux、windows，有些低端设备都没有操作系统；硬件平台架构和主频跨度都很大；跨平台运行能力是一大挑战。

• IoT 设备资源受限

资源是设备的成本，有些 IoT 设备为节约成本，只有几十 K 的 rom，捉襟见肘。在 IoT 领域，大部分设备上使用的是 mqtt 协议，流行 mqtt 开源协议栈资源开销基本已大于 100K。如何让资源受限设备上云，也是一大挑战。

• 实现接口易用

很多时候，开发成本也是设备成本的一个大头，做到接口易用也可以降低开发成本。但对于 SDK 来说，丰富的应用场景，要求 SDK 一定具有定制能力，可配置能力，如何解决易用且支持定制，也是一大挑战。

三、 设计及实现

3.1 碎片化问题处理

• 功能聚焦

LinkSDK 经过多年的发展，我们也明白了少即是多的道理，保留主要的功能才能带给大部分用户好的接入体验。所以 4.x 在功能设计上聚焦设备与物联网平台交互功能，云端一体的能力建设。不再处理与具体环境或具体业务相关内容，如本地通信，本地存储，业务应用。

• 减少依赖

4.x 设计只保留必要的系统及网络接口，降低设备使用门槛。

• 互斥锁(可选)：保证接口的线程安全，无 OS 或只会单线程调用 LinkSDK 可以不实现。

• 时钟：用于计算心跳发送间隔及重发逻辑

• 内存：用于动态内存申请，可以节省内存(RAM)使用

• 随机数：用于建连，增加随机数提高传输安全

• TCP：用于连云时的网络操作

3.2 资源受限问题处理

• 能力原子化，支持裁剪

LinkSDK 除核心模块，其它功能封装成独立的组件，组件支持裁剪。在下载是基于可视化裁剪工具，零门槛完成裁剪。裁剪后，若只保留核心模块，可降至 30K 左右的 rom 消耗；

• 自建简节尺寸小的基础库

自研实现 mqtt 协议栈、http 协议栈、json 解析库，实现资源开销方面业内领先。

• 内存遵循使用时申请原则

SDK 实现基本不使用静态变量及全局变量，保证模块独立同时避免不要的内存消耗；

• 提供 mcu+模组上云方案

对于一些极端资源受限的设备，提供协议栈跑在模组上的方案，进一步降低连云对 mcu 资源需求。

3.3 易用性问题处理

3.3.1 下载阶段(定制化)：

提供可视化 SDK 定制下载，用户下载 LinkSDK 时，可以通过简介快速了解组件功能，仅选择自己需要的功能，避免不必要的资源消耗；

3.3.2 移植阶段：

减少移植接口：

移植抽象目前接口已缩减至 15 个(4 个可选实现)，移植难度大幅降低；

常用系统免移植：

提供 posix、linux、freertos 等常用环境移植实现，用户可直接使用，免移植；

免 mbedtls 移植：

已基于移植抽象接口完成 mbedtls 开源库适配，用户不必关心 mbedtls 移植；

提供 AT 驱动框架：

对于 MCU+通信模组接入方式，基于 AT 驱动框架可以快速开发模组驱动，用户只需要定义好 AT 指令格式，AT 驱动框架会完成指令协议栈实现，以及完成模组驱动与 LinkSDK 移植抽象接口的适配工作。

提供移植验证工具：

用户移植后，使用移植验证工具验证是否移植成功。

3.3.3 开发阶段：

提升 api 易用性：

• 清晰的软件框架，只有核心模块和高级组件两层架构，易理解。

• 保持一致的观感和使用体验, 包括文件布局, API 风格, 编码风格等

• 完善的配套说明，官网文档介绍使用流程，API 详细使用

  （https://gaic.alicdn.com/ztms/linkkit/html/index.html）

提供可视化低代码开发工具：

用户使用物模型进行业务开发时，LinkSDK 只提供了基础的属性上报、属性设置、事件上报、服务调用接口。但是具体是什么样的属性、事件、服务处理，需要用户自己处理。可视化低代码开发工具，可以根据不同的产品物模型，自动生成对应物模型的具体代码。

工具入口：控制台-->选择产品-->功能定义-->生成设备端代码。

3.4 LinkSDK 4.x 软件主体架构

• 核心组件:最重要的连云部分, 其内容是固定和精简的(因此不存在如何增删), 其接口也是充分丰富和细粒度的

• 上层组件:所有核心之外的能力, 都原子化拆分, 形成相互独立, 相互分离的平级上层组件

• 外部工具: 第三方软件库, 不是 SDK 的内容, 目前仅有 mbedtls

四、使用示例

连接物联网平台需要具备公网连接的能力，根据网络连接的类型，大致可以分为四种接入方式。

直连设备：直连设备自己具备公网 IP，直接集成 LinkSDK 即可完成接入。

子设备与网关设备：子设备无公网 IP，通过局域网与网关通信，由网关代理上云，网关需集成集成 LinkSDK。

MCU+通用模组设备：对于无公网 IP 的 MCU，通过模组的 TCP/TLS 能力上云。

MCU+云模组设备：云模组已集成 LinkSDK，MCU 可通过简单的 AT 指令完成接入。

下面以 ubuntu 作为虚拟直连设备为例，介绍 LinkSDK 的使用过程。

• 定制化下载 SDK 后，解压，进入 SDK 根目录

• 选择一个 demo，此处以 mqtt 的基础功能 demo 为例，演示 demo 使用。

打开 demo 源码(./demos/mqtt_basic_demo.c)，修改设备的认证信息及接入点信息，保存。

• 编译 make，结束后查看输出文件 output/

• 运行 demo，./output/mqtt-basic-demo，demo 会自动完成建连及消息收发，流程如下。

• 探索体验更多功能，可以先查看功能列表，再从 demos 都能能找到对应的 demo 体验。

五、功能列表

5.1 核心模块

5.2 高级组件

六、结束语

LinkSDK 4.x 设计原则遵循低消耗、易移植、易使用，支持细粒度的功能裁剪，主要满足中小型的嵌入式设备的使用需求。对于一些中大型的设备，如 IPC、机器人、网关等，它们对资源不那么敏感，大多也使用 linux 系统，不需要移植。往往对功能丰富性、易用性、性能有要求。对此，我们也在研发针对中大型设备使用的 LinkSDK 5.x，进一步提高接口的易用性，功能的丰富性，以及更高的性能，或将于下半年发布，尽情期待。

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