ESP32を自社クラウドサービスにつなぐフレームワーク(1)

弊社で開発するIoT絡みのファームウェアは、実はほぼ単一のソースから作られています。たとえば、

この機器のファームウェアがまさにそれですが、他にもいくつかあります。

マイコンは昨今の半導体不足の絡みもあって、ESP32ほぼ一択になってしまいました。別にWiFiが必要でなくても、ESP32は供給が今のところ安定していて納期も短く、そこそこ高速でSDKもまぁまぁあって... といった事情です。ピン数のこととか考えるとSTM32とかにしたいものも多いのですが、手に入らないものは使いたくても使えません。

「IoT機器のファーム」に求められるものはだいたい似ているものなので、同じソースコードを使い回して、つながるセンサーやアクチュエータ部分を実装して行くという形式になっています。ここに自社クラウドサービスをセットにすると、ローコストにシステム構築できます。

フレームワークのコア機能としては、

WiFiへの接続
クラウドサービスへの機器登録
クラウドサービスからの設定情報の取得
設定時刻でのアクチュエータ指令の取得蓄積
設定時刻でのセンサーデータの送信
機器状態によるアクチュエータ動作
ファームウェアの自動更新

などがあります。「IoT機器を作りたい」な要求の場合、「ありがち」で「やっておいた方がいいこと」の実装は、結構厄介な問題だと思います。そこはもうほぼ実装済みになっています。

WiFiへの接続や機器登録については、機器自身がAPとなって設定するというありがちのものですが、ここは機能を絞って、スマホの専用のアプリを作っています。後述するように、ここに多くの機能は不要です。

機器の設定情報は、クラウドサービスにつながる最低限の情報のみ機器に保存し、それ以外はクラウドサービス側から取得します。オフラインになりがちの機器の場合は、NVS(不揮発メモリ)にキャッシュ的に保存することもありますが、あくまでもキャッシュです。

機器の設定については、しばしば機器自身にAP接続して設定するものが多い(たとえば「WiFiルータ」とかそうですね)のですが、機器自身にその機能を持たせると、えてしてpoorなUIとなったりバグが多かったり、酷い場合にはセキュリティホールになったりしがちなので、そうならないためのクラウドサービスを用意しました。そもそも、「IoT機器にログイン」することは、その機能の存在自体がリスクですから、特にインターネット側からは出来ないようになっています。これで「知らない間にIoT機器がクラックされてボットにされる」というリスクはほぼ消えます。

そして、ログインする方法も、

IoT認証システムの特許について(1) アイディア

で説明した方法になっています。

センサーやアクチュエータの動作は、これもありがちのことですね。だいたいのIoT機器に必要なことだと思います。

まぁそういった「ありがち」で「やっておいた方がいいこと」をまとめてフレームワーク化しています。開発する方からすれば、必要そうなものは既に揃っていて、新規に作らなければならないことは、