下一代物聯(lián)網(wǎng)全棧開發(fā)

　　Java數(shù)據(jù)展示開源項目匯總

　　D3（https://github.com/d3/d3）是基于SVG的矢量圖操作工具。通過使用Java，D3將數(shù)據(jù)以矢量圖形式展示出來并提供了任意伸縮的能力，在HTML5出現(xiàn)之前，D3是二維可視化的底層標(biāo)準(zhǔn)。通常許多繪制圖表與數(shù)據(jù)可視化工具都使用D3作為底層驅(qū)動引擎，在其之上提供用戶友好的API接口。

　　three.js（https://github.com/mrdoob/three.js/）是基于WebGL的Java3D繪圖工具。通過WebGL擴(kuò)展，Java語言實現(xiàn)了直接驅(qū)動底層顯卡進(jìn)行3D繪圖。three.js在3D圖像基礎(chǔ)上還提供了VR支持，可以方便的使用Java來實現(xiàn)VR數(shù)據(jù)展示。

　　ionic（https://github.com/driftyco/ionic）是基于AngularJS的移動端跨平臺開發(fā)環(huán)境，能夠在一個統(tǒng)一的框架下使用Java HTML CSS，同時完成開發(fā)iOS、Android、Window Phone程序，并根據(jù)各個環(huán)境的不同UI做自動適配。

　　Electron（https://github.com/electron/electron）是基于Node.js與chrome的跨平臺桌面開發(fā)環(huán)境，electron通過將瀏覽器內(nèi)核和后臺Node.js服務(wù)進(jìn)行打包，實現(xiàn)了一個使用Java的全棧開發(fā)環(huán)境，無需任何修改就能夠?qū)⒊绦虿渴鸬絎indows、macOS、Linux平臺上。

　　nw（https://github.com/nwjs/nw.js）是輕量級的Java跨平臺桌面開發(fā)環(huán)境，它實現(xiàn)了在HTML代碼中直接調(diào)用Node.js的各種API函數(shù)，提供了一個平滑自然的桌面應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，隱藏了客戶端服務(wù)器編程的細(xì)節(jié)。

　　物聯(lián)網(wǎng)Java實例講解

　　為更好理解Java物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，下面以筆者設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)為例，詳細(xì)介紹物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計。所有設(shè)計資料都是開源的，讀者可以對照源碼網(wǎng)頁與文檔。（ http://openfpgaduino.github.io）

　　● 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　對于應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件設(shè)計是重要的組成部分，通常來說應(yīng)對不同的應(yīng)用，嵌入式硬件的系統(tǒng)設(shè)計會有所不同，每個系統(tǒng)都會按照相應(yīng)的應(yīng)用場景進(jìn)行調(diào)整。但是物聯(lián)網(wǎng)的核心系統(tǒng)通常是一個設(shè)計構(gòu)架可以應(yīng)用于一大類的系統(tǒng)，所需要調(diào)整的通常是外圍設(shè)備。

　　圖1

　　如圖1所示是筆者設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)最小系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計思想上首先保證了核心系統(tǒng)的通用性，采用了ARM處理器。因為是網(wǎng)關(guān)節(jié)點，設(shè)計上需要網(wǎng)關(guān)直接連接IP網(wǎng)絡(luò)并提供全功能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，因此選擇了能夠完整運行Linux系統(tǒng)的ARM9處理器，運行完整的Linux也是能夠運行Node.js與完整Java的必要條件。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)Linux，雖然Linux內(nèi)核提供了一些實時性補丁，但由于編程模型復(fù)雜而且也不適合與Node.js集成，因此在最小核心系統(tǒng)中加入了FPGA。FPGA能夠在硬件層面完成實時響應(yīng)，解決了系統(tǒng)的實時響應(yīng)需求，其次由于FPGA是一種可配置系統(tǒng)，能夠根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行設(shè)計與配置，所以引入FPGA也極大提高了系統(tǒng)的適配能力，為靈活適配各種不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

　　● 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計完全是基于硬件設(shè)計的構(gòu)架，最大限度發(fā)揮硬件的功能，設(shè)計流程如下：

　　1.首先在ARM9處理器上運行完整的Linux系統(tǒng)，其擁有完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，并能根據(jù)需要通過APT-GET命令來安裝所需要的軟件包。

　　2.在Linux系統(tǒng)基礎(chǔ)上，運行Node.js+MongoDB來提供所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　3.在Node.js里運行HTTP服務(wù)器來提供基于Restful API的各種本地服務(wù)，包括各種外設(shè)與I/O的控制。

　　4.運行HTTP服務(wù)器，基于RESTful API，實現(xiàn)了基于HTML5的云IDE開發(fā)環(huán)境。方便技術(shù)極客對網(wǎng)關(guān)的功能進(jìn)行定制，這些IDE包括了Java的IDE，基于圖形編程的Blockly IDE和可以配置FPGA模塊功能和引腳定義的Web設(shè)計工具，當(dāng)然也包括較為底層的c語言IDE。

　　有了這些功能，用戶就可以根據(jù)自己的需要，編寫簡單的程序來控制與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)連接的任何設(shè)備，實現(xiàn)自己的智能物聯(lián)網(wǎng)。

　　在板子內(nèi)部，通過實現(xiàn)Linux內(nèi)核驅(qū)動的用戶空間模式，實現(xiàn)了Node.js直接訪問FPGA內(nèi)存空間、控制FPGA內(nèi)部邏輯，并最終控制與FPGA相連接的各種物聯(lián)網(wǎng)外設(shè)的功能。同時還實現(xiàn)了Node.js對FPGA的現(xiàn)場再配置，這樣直接通過網(wǎng)絡(luò)下載FPGA配置文件，即可現(xiàn)場改變整個核心系統(tǒng)。