開源位址：https://github.com/ART-Badge
前言
關注 RT-Thread 的同學肯定知道，RT-Thread為了向衆多開發者展示RT-Thread的最新開發和生态建設成果，每年都會舉辦一場開發者大會（簡稱：RDC — RT-Thread Developer Conference），在 2020 年度的開發者大會上，我們 RT-Thread 給到現場的每個開發者們都發放了一個電子胸牌，胸牌的名稱起名為 ART-Bagde。
另外，特此感謝在本次電子胸牌制作過程中REALTEK、創淩對我們的支援！
ART-Badge是什麼？
首先附上兩張渲染圖↓
ART-Badge正面圖檔
ART-Badge反面圖檔
功能設計篇
首先讓我們看一下，今年的電子胸牌比較去年款有哪些更新，增加哪些功能？
先看一下 2020 款 ART-Badge 的主要功能：
- 微信小程式使用藍牙推送開發者資訊（姓名、公司職稱）
- 軟體 RTC 同步時間
- 首界面展示時間+手機推送的資訊
- 兩個app demo：藍牙傳輸助手+使用說明
今年，我們在去年的胸牌的基礎上進行了大幅度的更新與優化，廢話不多說，下面直接貼一張功能設計和拟用技術路線的導圖↓
思維導圖
開發流程圖
概括一下，ART-Badge V2.0主要有以下新特點：
- 自主設計的電路硬體，PSRAM 擴大為8M，電池換用300mAh锂電池，可反複充電。
- 使用體積更小巧的 SC7A20 替換原有的 mpu6050。
- 添加了ADC采樣電路，可以采集電池電量資訊。
- 整體界面煥然一新，預設采用暗黑色主題背景。
- 使用最新釋出的 湃心OS V4.1開發，開發工具全新更新為基于VSCode插件模式的Persim Studio。
- 增加遊戲、音樂播放器、電子相冊…等等豐富小程式 app。
- 小程式全新更新：藍牙推送使用者 、城市天氣資訊。
- 支援使用最新湃心OS小程式進行二次開發。
結構設計篇
由于去年的電子胸牌并沒有外殼，胸牌背面的電子元器件都是裸露在空氣中的，拿到手上會有明顯的突出感，同時暴漏在空氣中容易對電容觸摸晶片産生幹擾，影響使用者使用效果，再加上今年的锂電池電路進行了調整：将紐扣電池更新為了锂電池，不使用膠帶粘在背後無法固定。
綜上，今年的電子胸牌決定使用亞克力作為 ART-Badge V2.0 的外殼設計。
選擇亞克力作為外殼結構有幾個原因：
- 其一是該方案的“視覺極客感”最強，由于直接使用透明蓋闆将PCB電路展現出來，顔值方面化繁為簡，符合審美哲學
- 其次是如果使用封閉式設計的話按鍵誤觸，锂電池的插拔就變成需要考量的因素了，而夾層式的開放設計則在這方面完全無需擔心
- 最後一個原因是，高成本效益
亞克力外殼成品
電路設計篇
RTL8762D 作為主要晶片，MCU 主頻為90MHZ，運作 RT-Thread 作業系統，并整體使用睿賽德科技的湃心穿戴OS，外擴了8M的PSRAM，以及16M 的片外 flash 。
ART-Badge 主要使用到序列槽（用于調試和控制台輸出），GPIO（用于驅動按鍵、蜂鳴器和ADC采集），I2C接口（用于和闆載的 SC7A20 三軸加速度傳感器通信）。
底闆的PCB采用2層Layout。闆載的IC主要有：
- 半反半透明螢幕，分辨率 240 X 240，顔色格式 RGB565，在關閉背光的情況下依舊能有出色的可視度。
- APS6404L-3SQR，PSRAM（動态随機存取存儲器），用于動态加載圖形資源，8M的容量十分富裕。
- ch340e，USB轉序列槽晶片，也很常用，通過 USB 線把 ART-Badge 連接配接電腦之後，就可以直接用序列槽控制台使用shell了，後面的二次開發也是使用到了序列槽工具 UDB 下載下傳。
- BS814A-1，電容觸摸 IC，用于 ART-Badge 正面的按鍵互動。
- SC7A20，士蘭微出的一款高精度12bit數字三軸加速度傳感器晶片，内置功能豐富，功耗低，體積小，測量精确。
補充一點：為了兼顧美觀，正面是看不到走線的，（是以這是單面闆？不）全部藏在螢幕背面了
PCB投闆回來之後就是焊接技能施展階段了，主要用到的工具有：熱風槍、烙鐵、鑷子、錫漿、吸錫帶、助焊劑等。與直插元件不同，貼片的器件由于焊盤太小（大部分的是 0402 阻容），器件分布太密集，手工焊接采用的方法主要是風槍吹焊。
pcb焊接
進行焊接的第一步是制作鋼網，也就是器件焊盤的掩模，這個在設計好PCB之後把相關的加工檔案發給廠家就可以進行雷射切割制作了。
上一步貼片完成之後就需要用風槍進行吹焊回流了。吹焊溫度大概控制在250-300度，風槍的吹嘴去掉以增大風口便于均勻加熱。
軟體實作篇
硬體搞定之後就開始移植軟體啦，ART-Badge 運作的是基于 RT-Thread 的湃心穿戴 OS。
這裡科普一下 湃心穿戴OS，它是一個超輕量級、已量産的産品級穿戴作業系統平台。中間層的子產品包括 GUI 引擎、通訊元件、NFC、存儲類工具等。中上層是由 JavaScript 搭建的應用程式架構，最上層則是輕量級系列衆多的小程式。
湃心OS
湃心穿戴 OS 有幾大特色：
- GUI采用可用于MCU上的第四代柿餅 GUI，具備類 Android 界面互動，支援多點觸摸，效果更加炫酷，同時支援矢量圖形庫，具備增強的圖形處理能力。
- 小程式的開發模式。采用類微信小程式開發模式，上手極快，應用輕量級，支援應用商店，極速安裝體驗，支援多國語音。
- 提供 MVVM 應用開發架構。應用的界面開發和業務邏輯是互相解耦的，貼合前端工程師習慣。
- 跨平台能力。軟體一次開發，即可在任一硬體 CPU、MCU 及 MPU 平台上運作；
- 湃心穿戴 OS 還具備一些創新性的元件，如消息管理引擎（EMQ）、資料管理元件（DCM）、KVDB 及 TSDB 資料庫、DIY 開發套件。
軟體主要分為以下幾個子產品：
- GUI子產品（Graphical User Interface，圖形使用者界面），用于人與裝置進行互動
- BLE子產品（Bluetooh Low Energy，語音合成），通過廣播方式與小程式連接配接接受資訊
- AUDIO（音頻播放解碼子產品），用于無源蜂鳴器對音樂的解碼、播放
- EMQ（Enhance Message Queue，釋出訂閱式的消息隊列元件），能夠打通 C 到 JS ，JS 到 JS ，C 到 C 的消息鍊路，能夠很友善的将消息發到任意一個地方
- DCM（Data Cache Management，資料管理元件），主要用于 JS 與 C 之前資料的互動，統一管理和控制系統中的資料統，確定各子產品間資料傳輸的性能
GUI 最上層的開發使用 JS 文法，這個就比較有意思了，使用過 Android Studio 的小夥伴們可能很熟悉，安卓UI的應用開發是可以進行拖拽式的，這裡和柿餅UI的設計器十分相似，Persim Studio 和 Android Studio 一樣也是通過 .xml 的方式對界面進行管理。是以熟悉或者有過安卓開發的小夥伴會有莫名的親切感。
湃新os設計器
BLE 使用的是 RealTek 自帶的藍牙協定棧，通過 BSAL 抽象層進行管理，BSAL （Bluetooth Stack Abstract Layer）軟體包是由 RT-Thread 針對不同 藍牙協定棧接口實作的，目前支援的協定棧有：nimble，realtek 等協定棧。
Audio （音頻）裝置是嵌入式系統中非常重要的一個組成部分，負責音頻資料的采樣和輸出。Audio 裝置通常由資料總線接口、控制總線接口、音頻編解碼器（Codec）、揚聲器和麥克風等組成。
嵌入式音頻系統組成
RT-Thread Audio 裝置驅動架構是 Audio 架構的底層部分，主要負責原生音頻資料的采集和輸出、音頻流的控制、音頻裝置的管理、音量調節以及不同硬體和 Codec 的抽象等。在本系統中就将蜂鳴器裝置注冊到了 Audio 架構中，進而實作對蜂鳴器的開、關、音樂的解碼、播放功能。
EMQ 消息隊列具有以下功能：
- 支援一發多收。一個生産者生産消息可被多個消費者使用
- 支援多個消息綁定。一個消費者可以綁定多個不同的通道，接收不同生産者發送的消息。
- 釋出消息系統開銷小，效率高。
- 不同子產品間低耦合。
- 超輕量級的整數類型消息
- 全鍊路可達
EMQ 運作原理
DCM 資料緩存管理架構主要功能特性：
- 支援 Value Change 模型
- 支援存取任意類型資料
- 支援多執行個體功能，解耦不同子產品間資料處理；
- 全鍊路打通，JS 與 C 均能通路同一記憶體池
- 支援訂閱釋出模型，可用于消息推送和通知
- 支援資料持久化儲存功能；
dcm_framework
在本項目中，像一些參數需要資料持久化存儲、js 端對 adc 采集電量資料的監聽、擷取螢幕亮度，小程式推送的資訊等等都是用到了 dcm 元件。