.Net Core跨平臺應用研究-HelloArm(串口篇)

来源:https://www.cnblogs.com/flyfire-cn/archive/2019/02/08/10356991.html
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為了驗證採用dotnet core技術開發的物聯網設備數據採集接入服務應用是否能在高性價比的linux嵌入式平臺運行，針對dotnet core應用程式進行嵌入式linux環境的發佈部署運行驗證研究。 ...


引言

        為了驗證採用dotnet core技術開發的物聯網設備數據採集接入服務應用是否能在高性價比的linux嵌入式平臺運行，針對dotnet core應用程式進行嵌入式linux環境的發佈部署運行驗證研究。

硬體環境

        硬體系統經過對比篩選，選用了友善之臂出品的NanoPC-T3 Plus。該控制板為掌上型嵌入式Linux系統迷你PC，採用64位三星arm CPU，具有完善的硬體介面和驅動支持，大於1G的記憶體和8G以上的eMMC快閃記憶體，具有較高的性能價格比。 

 

  • NanoPC-T3 Plus是友善之臂專門針對企業用戶而設計，它採用三星八核Cortex -A53架構的S5P6818處理器，動態運行主頻400M-1.4GHz。NanoPC-T3 Plus配備了16GB的eMMC、音頻介面、視頻輸入/輸出介面等；並且集成了WiFi和藍牙，增加千兆乙太網和電源管理功能，板載陶瓷天線，帶串口調試功能。為適應工業客戶需要，NanoPC-T3 Plus加裝了標配的散熱片，以解決晶元發熱問題。
  • NanoPC-T3 Plus帶兩路視頻輸入，支持DVP 攝像頭及MIPI-CSI攝像頭，並且帶四路視頻輸出，分別為HDMI 1.4A介面、LVDS介面、並行RGB-LCD介面、MIPI-DSI介面。並且支持RTC，板載備份電池介面，引出四個USB介面(其中三個是標準A型介面, 另外一個是2.54mm排母)等。
  •  NanoPC-T3 Plus)流暢運行Android5.1、Debian、UbuntuCore+Qt等系統，內核驅動源碼完全開源，介面豐富。

硬體資源特性

  • CPU: S5P6818, 運行主頻1.4GHz
  • 電源管理: 採用一顆ARM® Cortex®-M0單片機做電源管理, 支持動態調壓, 軟體關機和定時開機等功能
  • 記憶體: 2GB 32bit DDR3 RAM
  • 存儲: 1 x microSD 卡槽
  • 網路: Gbit Ethernet(RTL8211E)
  • Wireless：802.11 b/g/n
  • Bluetooth: 4.0 dual mode
  • 天線: Wi-Fi和藍牙共用, 板載陶瓷天線, 同時提供IPX介面
  • eMMC: 16GB
  • 視頻輸入：DVP Camera/MIPI-CSI(雙攝像頭口)
  • 視頻輸出：HDMI/LVDS/並行RGB-LCD/MIPI-DSI(四個視頻輸出介面)
  • 音頻：3.5mm耳機座/Via HDMI
  • 麥克風: 板載麥克風
  • USB Host: 4 x USB 2.0 Host , 其中三個是標準A型介面, 另外一個是2.54mm排母
  • Micro USB: 1 x USB 2.0 Client
  • LCD介面: 45pin, 0.5mm間距FPC貼片座，支持全彩TFT LCD (RGB:8-8-8)
  • HDMI: HDMI 1.4a, Type A型口，1080P高清顯示
  • DVP Camera介面: 24pin, 0.5mm間距，FPC貼片豎座
  • GPIO擴展介面: 30 Pin2.54mm排母, 包含4個UART, 1路I2C, 1路SPI, 3路PWM,9個GPIO
  • I2S/USB: 2.54mm間距排母
  • 調試串口: 2.54mm間距排針
  • 按鍵: 電源按鍵, 複位按鍵, 啟動選擇按鍵各一個
  • LED: 1 x power LED and 1 x system LED
  • CPU溫度檢測: CPU內部集成溫度感測器
  • RTC: 支持RTC, 板上有備份電池介面
  • 散熱片螺絲孔：能加螺絲固定的散熱片
  • 供電: DC 5V/3A
  • PCB Size:100 x 64mm，八層，沉金工藝
  • 溫度工作範圍: -40℃ to 80℃

 

       為避免廣告嫌宜，不過多對設備進行說明（好象難以避免呵，如有此方面問題，請管理員協助進行和諧呵）

       在此給出設備的wiki地址：http://wiki.friendlyarm.com/wiki/index.php/NanoPC-T3_Plus/zh

 

支持的系統平臺

       廠家提供的系統映像文件支持以下版本系統

  • lubuntu-desktop-xenial-4.4-armhf（基於ubuntu16.04的LUbuntu桌面版，32位arm系統）
  • friendlycore-xenial-4.4-armhf（基於ubuntu16.04的FriendlyCore系統，32位arm系統）
  • friendlycore-xenial-4.4-arm64（基於ubuntu16.04的FriendlyCore系統，64位arm系統）
  • Android5.1系統

       FriendlyCore，是一個沒有X-windows環境，基於Ubuntu core構建的系統，使用Qt-Embedded作為圖形界面的輕量級系統，相容Ubuntu系統軟體源，非常適合於企業用戶用作產品的基礎OS。

       系統除了保留Ubuntu Core的特性以外，還包括以下特性：

  • 支持電容和電阻觸摸屏
  • 支持WiFi連接
  • 支持乙太網連接
  • 支持藍牙，已預裝bluez等相關軟體包
  • 支持音頻播放
  • 支持Qt 5.10.0 EGLES和OpenGL ES1.1/2.0

系統平臺

.NET Core支持的Linux版本

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/linux-prerequisites?tabs=netcore2x

.NET Core 2.x 將 Linux 視為一個操作系統。 支持的 Linux 分發都對應有一個 Linux 內部版本（根據晶元體繫結構）。

 

以下 Linux 發行版本/版本支持 NET Core 2.x：

  • Red Hat Enterprise Linux 7，6 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • CentOS 7 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Oracle Linux 7 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Fedora 28、27 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Debian 9（64 位，arm32）、8.7 或更高版本 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Ubuntu 18.04（64 位，arm32）、16.04、14.04 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Linux Mint 18、17 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • openSUSE 42.3 或更高版本 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • SUSE Enterprise Linux (SLES) 12 Service Pack 2 或更高版本 - 64 位（x86_64 或 amd64）
  • Alpine Linux 3.7 或更高版本 - 64 位（x86_64 或 amd64）

系統平臺選擇

根據.NET Core 2.x對Linux系統的支持，選擇friendlycore-xenial-4.4-arm64作為系統運行平臺。

下載廠家提供的系統映像文件，對NanoPC-T3/Plus進行系統燒寫，方法詳見WIKI教程.

燒寫主要步驟：

1、下載廠家提供的映像文件和燒寫工具win32diskimager（wiki中提供了下載鏈接）

2、準備一張tf卡，格式化為一個分區（FAT32）

3、運行win32diskimager軟體，選擇映像文件，選擇tf卡對應的分區，點擊寫入

4、燒寫完成

5、將tf卡插入卡座，按信boot鍵給控制板上電（需外接顯示器和鍵盤、滑鼠）

6、根據屏幕提示，將系統安裝至eMMC快閃記憶體。

 

連接嵌入式Linux系統

FriendlyCore系統預設支持多種連接方式，可通過外接輸入、輸出設備（鍵盤/滑鼠、顯示器）進行連接，也可以通過串口終端進行連接，也支持通過網路，使用ssh終端方式進行連接。

FriendlyCore系統預設配置了兩個用戶帳戶

普通用戶：

   用戶名: pi

   密碼: pi

Root用戶：

   用戶名: root

   密碼: fa

系統開機預設會以 pi 用戶自動登錄，你可以使用 sudo npi-config 命令取消自動登錄。

 

 

物理連接

NanoPC具有HDMI、TFT顯示介面和USB介面，可以直接連接顯示器、鍵盤/滑鼠進行操作。

 

 

串口連接

NanoPC預設支持調試串口做為終端。

 

 

通過USB轉TTL串口的串口模塊進行連接。預設通訊參數：115200，N,8,1

軟體可使用任意串口終端工具，如SecureCRT或Windows系統自帶超級終端。

 

 

 

 

網路連接

可以通SSH工具進行網路連接，通過網路終端的方式訪問。(Win10系統自帶)

FriendlyCore系統網路配置預設為自動獲取IP地址。通過網路連接設備，需要確定設備的IP地址。

初始IP地址可以通在串口終端模式下輸入ifconfig命令查看，或通過網路掃描確定。

確定設備的IP地址後，可以通ssh命令進行終端連接

本次實驗中，我們設備的IP地址為172.16.93.74,通過如下命令進行網路終端接入：

ssh [email protected]

根據提示輸入密碼後，即可成功登入。

 

 

.NET Core跨平臺驗證

由於後期主要需要使用的程式功能為網路通訊和串口通訊，我們主要針對目標嵌入式linux系統下的網路和串口通訊進行驗證。

本次實驗中，我們先對串口通訊進行驗證。

編寫一個netcore2.x的控制台程式，程式實現系統信息顯示，串口資源列舉，串口選擇，串口打開/關閉，串口接收顯示和串口定時發送測試數據功能。

驗證程式設計

採用SerialPort類進行串口測試功能實現（netcore項目需通過Nuget安裝SerailPort庫）

實現以下功能：

  • 顯示系統平臺信息
  • 串口資源列舉，
  • 串口選擇，
  • 串口打開
  • 串口關閉
  • 串口接收/數據顯示
  • 串口定時發送測試數據

程式較為簡單，在此貼出部分功能代碼：

顯示系統平臺信息

 

串口資源列舉

 

串口測試

 

編譯程式，在window下測試程式通過。

 

 

跨平臺發佈

因目標平臺為arm64嵌入式linux系統，採用以下方式進行程式發佈：

在命令行視窗，切換到項目文件夾，運行如下命令：

dotnet publish -r linux-arm64 -c Release

通過以上命令，得到生成的目標平臺的發佈包，程式文件及相關.netcore運行時依賴均被髮布到項目release\netcoreapp2.2\linux-arm64\publish文件夾中。

 

遠程部署

採用scp命令，將發佈文件複製到目標機器

在windows（win10）系統中，打開控制台視窗，輸入scp命令，命令格式如下：

scp –r d:\ubuntu\publish\ [email protected]:/home/pi/.

根據提示輸入用戶密碼，完成文件夾的複製。

 

在ssh終端視窗,切換到程式文件夾

cd /home/pi/publish

設置程式執行許可權：

chmod 777 ./HelloArm           # HelloArm為測試程式文件名

 

輸入./ HelloArm運行程式

 

Linux環境運行.Net Core程式

在普通用戶pi中運行程式

 

 

程式顯示了系統環境信息

由於程式啟動後調用了SerialPort.GetPortNames方法，程式未能按預期執行，出現如下信息：

 

 

提示信息表明SerialPort類庫僅支持Windows系統平臺，不支持跨平臺。

至此，.net core程式跨平臺在linux系統運行成功，但串口類庫不支持跨平臺。

第三方串口類庫

為解決串口類支持問題，查找資料，發現github上有一個開源SerialPortStream類庫支持netcore,能夠支持Linux系統。

https://github.com/jcurl/SerialPortStream

 

該類庫支持windows系統和Linux系統，但在Linux系統下運行，需要額外編譯目標平臺支持庫併進行相關環境配置。

Linux串口類庫編譯

You first need to compile the support library libnserial.so for your platform. To do that, you'll need a compiler (e.g. GCC 4.8 or later) and cmake.

在目標系統中（FriendlyCore），安裝GCC編譯器和cmake

 

首先確定網路正常連接，能夠訪問互聯網（需要良好的網路環境）。

執行如下命令：

sudo apt-get update

 

 

 

安裝更新GCC

sudo apt-get install gcc

 

安裝cmake

sudo apt-get install cmake

 

 

確保gcc和cmake安裝正常。可採用命令查看安裝情況

gcc –version

cmake –version

After cloning the repository, execute the following:

$ git clone https://github.com/jcurl/serialportstream.git

$ cd serialportstream/dll/serialunix

$ ./build.sh

根據上面的命令，完成類庫的源碼克隆和編譯。

註：類庫linux依賴庫僅需在同一目標平臺編譯一次，其他相同目標平臺，複製並配置依賴庫到目標系統即可。

環境變數配置

Binaries are built and put in the bin folder from where you ran the build script. You can add a reference to LD_LIBRARY_PATH to the library:

$ export LD_LIBRARY_PATH=`pwd`/bin/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

 

執行上述命令，配置類庫目標到環境變數（上述命令為臨時環境變數配置，僅當前shell有效）

配置全局環境變數的方法：

vi /etc/profile

在文件的最後一行，增加環境變數LD_LIBRARY_PATH的配置

保存退出後，執行source /etc/profile 刷新環境變數

註：vi相關操作，請自行百度或必應。

Linux串口測試

將測試驗證程式中的SerialPort類更換為SerialPortStream類庫（方法、屬性基本相容），進行適當的調整，在windows系統上編譯運行，通過。

重新發佈Linux系統運行版本，進行linux系統部署。

 

採用普通用戶pi登錄

如環境變數未有效配置，串口類無法正常執行，程式執行到串口方法調用處停止。

 

 

按Ctrl+C終止程式。

 

配置好串口類庫所需環境變數，重新運行程式，程式正常運行。

如下圖，程式啟動，列舉出系統有效串口，如下圖所示：

 

由於pi用戶帳戶許可權原因，程式只顯示了/dev/ttySAC0一個串口，此串口為系統調試終端輸出串口。

 

切換到系統超級用戶

su root

根據提示輸入密碼：fa

 

切換到程式目錄，執行測試程式 ./publish/HelloArm，出現如下界面：

 

 

 

在超級用戶下，程式列舉出了5個串口。

通過操作命令，打開指定的串口，開啟接收事件及定時周期發送數據，連接電腦串口（目前大部分電腦已不再提供串口，本實驗通過USB轉串口模塊進行連接），通過PC端的串口工具軟體同Linux迷你PC主機進行通訊，收發通訊正常。

 

配置程式開機運行

在root用戶下，配置/etc/rc.local文件，將程式添加到系統開機運行

 

vi /etc/rc.local

 

在exit 0之前增加一行

/home/pi/publish/HelloArm

 

保存退出，重啟系統

reboot

 

重啟系統後，調試串口終端界面中，可以看到程式運行的輸出信息，至此，程式配置完成，開機自動運行成功。

 

結束語

       .net core為微軟推出的跨平臺托管程式框架，具備在非windows系統部署運行的能力，但在實際應用中，不能過於想當然，以為支持跨平臺就萬事大吉，以為凡是.net程式就可以順利移植為.net core跨平臺程式，在實際應用中，需要小心求證，以避免掉進計劃時間過於理想的大坑（本實驗耗費的時間，遠超出計劃時間呵。串口類庫問題耗費了不少時間，對Linux系統相關操作的熟悉，也耗費了較多時間）。

       本文中，驗證程式是以指定目標平臺，無環境依賴方式進行的發佈部署，.net core程式也支持以跨平臺方式發佈部署，但相關目標平臺需安裝.net core運行時以及相關依賴，微軟官方已有詳細的說明文檔，本文不再贅述。

       註：本實驗中，使用了兩種硬體設備，故截圖有所不同，但系統相同，不影響實驗效果和結論。

 

本文為作者原創，未經許可，請勿轉載。


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