全志T3＋Logos FPGA開發板——MQTT通信協議案例

Tronlong--

遇到不少人新手小白問，能不能分享MQTT通信協議案例，做開發等等一系列的問題。
應廣大用戶朋友需求號召，今天分享基于創龍科技的TLT3F-EVM開發板，它是一款基于全志科技T3四核ARM Cortex-A7 + 紫光同創Logos PGL25G/PGL50G FPGA設計的異構多核國產工業開發板，ARM Cortex-A7處理器單元主頻高達1.2GHz。評估板由核心板和評估底板組成，核心板CPU、FPGA、ROM、RAM、電源、晶振、連接器等所有器件均采用國產工業級方案，國產化率100%。
給大家詳細講解嵌入式行業中，常使用到的MQTT通信協議案例，分別涵蓋了MQTT通信協議簡介、mqtt_client案例、mqtt_sinewave_pub案例等等。

前 言

本指導文檔適用開發環境：
Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit
虛擬機：VMware15.5.5
Linux開發環境：Ubuntu18.04.4 64bit
U-Boot：U-Boot-2014.07
Kernel：Linux-3.10.65
LinuxSDK：LinuxSDK_AA_BB_CC_DD（基于T3_LinuxSDK_V1.3_20190122）
本文主要介紹T3處理器基于MQTT通信協議開發案例，主要包括mqtt_client案例和mqtt_sinewave_pub案例，位于產品資料“4-軟件資料\Demo\mqtt-demos\”目錄下。
MQTT通信協議簡介 概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基于發布/訂閱(Publish/Subscribe)模式的“輕量級”通訊協議，該協議構建于TCP/IP協議上，由IBM在1999年發布。MQTT最大優點在于，可以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。
MQTT是輕量、簡單、開放和易于實現的，同時作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

圖 1

MQTT具有如下特點：

• 輕量可靠：MQTT的報文格式精簡、緊湊，可在嚴重受限的硬件設備和低帶寬、高延遲的網絡上實現穩定傳輸。
• 發布/訂閱模式(Publish/Subscribe)：發布/訂閱模式的優點在于發布者與訂閱者的解耦，實現異步協議。即訂閱者與發布者無需建立直接連接，亦無需同時在線。
• 為物聯網而生：提供心跳機制、遺囑消息、QoS質量等級 + 離線消息、主題和安全管理等全面的物聯網應用特性。
• 生態更完善：覆蓋范圍廣，已成為眾多云廠商物聯網平臺的標準通信協議。
  

應用場景

MQTT作為一種低開銷，低帶寬占用的即時通訊協議，可以極少的代碼和帶寬為聯網設備提供實時可靠的消息服務，適用于硬件資源有限的設備及帶寬有限的網絡環境。常見的應用場景如下：

• 物聯網M2M通信，物聯網大數據采集。
• 移動即時消息及消息推送。
• 智能硬件、智能家居、智能電器。
• 車聯網通信，電動車站樁采集。
• 智慧城市、遠程醫療、遠程教育。
• 電力能源、石油能源。
  

Mosquitto工具安裝

Mosquitto是一款開源的MQTT消息代理（服務器）軟件，提供輕量級的、支持可發布/可訂閱的的消息推送模式。我司提供的評估板文件系統已支持Mosquitto工具，本文mqtt_client案例采用Mosquitto工具演示MQTT通信協議的通信功能。由于上位機Ubuntu系統作為通信對象，因此需在Ubuntu終端執行如下命令安裝Mosquitto工具。
Host# sudo apt-get install mosquitto-clients

圖 2

mqtt_client案例 案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API與MQTT代理服務器通信。基于MQTT通信協議，實現發布和訂閱消息功能。
程序流程圖如下圖所示。

圖 3

案例測試

本案例使用公網MQTT HiveMQ服務器與上位機Ubuntu Mosquitto工具通信。請通過網線將評估板千兆網口ETH0 RGMII和上位機連接至公網，確保可正常訪問互聯網。
下表提供了可用的在線公共MQTT服務器，可根據需要自行切換。

表 1

評估板啟動，將案例bin目錄下mqtt_client可執行文件拷貝至評估板文件系統的任意目錄下，執行如下命令查看程序參數說明。
Target# ./mqtt_client --help

圖 4

評估板發布/上位機訂閱

在上位機執行如下命令，使用mosquitto_sub工具訂閱MQTT主題。
Host# mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data
參數解析：
-h：指定MQTT服務器；
-p：指定MQTT服務器TCP端口；
-t：定義MQTT主題，可自定義命名。

圖 5

在評估板文件系統執行如下命令發布消息至MQTT服務器。
Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M publish -t test/data -m 'www.tronlong.com'

圖 6 評估板發布

消息發布成功后，上位機將從MQTT服務器接收到對應的消息。

圖 7 上位機訂閱

評估板訂閱/上位機發布

在評估板文件系統執行如下命令訂閱MQTT主題。
Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M subscribe -t test/data

圖 8

在上位機執行如下命令發布消息至MQTT服務器。
Host# mosquitto_pub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data -m www.tronlong.com

圖 9 上位機發布

消息發布成功后，評估板將從MQTT服務器接收到對應消息。

圖 10 評估板訂閱

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請先確保已參考Linux系統使用手冊編譯過LinuxSDK，構建T3處理器對應的GCC編譯器。進入src目錄執行如下命令，使用LinuxSDK開發包目錄下的GCC編譯器進行案例編譯。編譯完成后，將在當前目錄下生成可執行文件。
Host# CC=/home/tronlong/T3/lichee/out/sun8iw11p1/linux/common/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc make

圖 1

關鍵代碼

創建Mosquitto實例。

圖 12

設置回調函數。

圖 13

連接MQTT服務器。

圖 14

發布消息。

圖 15

訂閱主題。

圖 16

mqtt_sinewave_pub案例
案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API與MQTT代理服務器通信。評估板生成正弦波數據，每秒發送512個采樣點的數據至MQTT服務器；上位機通過Web頁面從MQTT服務器接收到數據后，將會繪制波形。
程序流程圖如下圖所示。

圖 17

更多案例測試詳情說明，歡迎關注Tronlong創龍科技獲取，也可以在評論區留言，感謝你的支持。