樹莓派Zero 2 W（ubuntu-22.04）通過.NET6和libusb操作USB讀寫

有這個想法的初衷

喜歡電子和DIY硬體的朋友對稚暉君應該都不陌生，他定期都會分享一些自己做的好玩的硬體，他之前做了一個ElectronBot桌面機器人我就很感興趣，所以就自己也做了一個。

起初我只是自己開發了一個叫電子腦殼的上位機軟體，大家在之前的博客里應該也有見到，是個用WinUI（WASDK）開發的Windows應用軟體。

ElectronBot機器人要一直和電腦連接通過應用進行控制，很多的網友都想ElectronBot脫離電腦使用，於是我也想著能有什麼好辦法，所以也就有了這個標題的想法。

項目代碼地址

技術選型

大家想到樹莓派肯定就會想起python,大學的時候玩樹莓派確實用python比較多，但是作為一個.NET開發人員當然要嘗試下.NET的跨平臺能力到底如何了。

由於先有了之前寫的上位機軟體電子腦殼，也想著讓之前封裝的SDK能夠直接用在樹莓派上，所以選擇.NET是順理成章的事情了。

• 應用開發選擇.NET框架
• 通訊方式選擇GRPC
• USB操作選擇LibUsbDotNet調用libusb

整體方案如下圖：

環境配置

1. 樹莓派系統安裝及網路配置

樹莓派支持的系統有很多種，像官方的Debian，Ubuntu等等。
我平時使用Debian比較多，但是測試的時候好像usb操作有些問題，應該是我用的.net互操作庫對Debian支持的不太好，所以我選擇了ubuntu的系統。

• Raspberry Pi Imager 樹莓派官方的系統燒錄工具

• Ubuntu系統下載地址 Download Ubuntu Server

安裝燒錄工具，下載系統，然後燒錄系統。如下圖所示：

目前樹莓派Zero 2 W的Ubuntu只有Server版本和Core版本，需要使用命令行做操作。

網路配置可以參考下麵的文章進行配置。

樹莓派4B ubuntu server ssh伺服器部署全過程詳解（內網穿透）

能正常聯網安裝軟體就可以了。

2. .NET6的運行環境

由於.NET6 Arm64官方沒提供包管理安裝，所以需要大家通過腳本，或者下載文件安裝。
網路好的可以通過腳本安裝，簡單，本文以腳本安裝示例。

參考文檔如下：

使用安裝腳本或通過提取二進位文件在 Linux 上安裝 .NET

下載安裝腳本dotnet-install.sh放到用戶家目錄

執行以下指令添加執行許可權

sudo chmod +x ./dotnet-install.sh

執行指令安裝

./dotnet-install.sh -c Current

下載解壓結束需要我們配置環境變數，就像windows安裝軟體一樣，配置完環境變數，才可以直接通過dotnet直接使用了，不然是提示找不到指令的。

以下指令是編輯環境變數的，我選擇了~/.bashrc，在文檔最底部添加環境變數內容。

sudo vim ~/.bashrc

內容

export DOTNET_ROOT=$HOME/.dotnet
export PATH=$PATH:$HOME/.dotnet:$HOME/.dotnet/tools

保存並退出，然後執行dotnet如果正常就可以進行下麵的操作了。

實踐過程記錄

1. GRPC服務的開發與調試

首先用創建一個grpc服務

微軟官方的文檔協議文件編寫介紹

協議文件編寫和服務編寫

以我的協議內容為例包含了float，bool，bytes類型

float 對應 c# float

bool 對應 c# bool

bytes 對應 c# byte[]

syntax = "proto3";

option csharp_namespace = "Verdure.ElectronBot.GrpcService";

package electronbotactiongrpc;

// The electronbotaction service definition.
service ElectronBotActionGrpc {
  // Sends a greeting
  rpc PlayEmoticonAction (EmoticonActionFrameRequest) returns (EbHelloReply);
}

// The request message containing the user's name.
message EmoticonActionFrameRequest {
 float J1 = 1;
 float J2 = 2;
 float J3 = 3;
 float J4 = 4;
 float J5 = 5;
 float J6 = 6;
 bool Enable = 7;
 bytes FrameBuffer = 8;
}

// The response message containing the greetings.
message EbHelloReply {
  string message = 9;
}

然後生成對應的服務代碼

主要註意點是bytes類型的轉換

服務端寫好了以後，就可以寫調用端代碼了，為了圖方便我就在電子腦殼代碼裡加了調用代碼。

WinUI調用GRPC註意事項

直接將gprc相關的東西放到winui項目里好像有一些問題，所以我把它放到了一個庫項目里進行操作了。

配置協議文件生成client代碼

電子腦殼註入grpc-client

            services.AddGrpcClient<ElectronBotActionGrpc.ElectronBotActionGrpcClient>(o =>
            {
                o.Address = new Uri("http://192.168.3.236:5241");
            });

數據發送端也要註意bytes類型的轉換

grpc服務的打包發佈

打包的時候選擇目標運行時為可移植（windows和linux都可以運行）

項目代碼地址

2. 服務的部署與效果驗證

通過ftp工具將grpc服務放到樹莓派上，首先需要連接ElectronBot之後再運行服務

進入項目所在目錄執行指令如下：

 dotnet Verdure.ElectronBot.GrpcService.dll --urls="http://*:5241"

如果通訊正常，那麼應該會報錯，提示libusb找不到，系統已經安裝了libusb，只是.net調用的時候目錄沒有找到，需要我們創建軟連接。

LibUsbDotNet README最底部有說

樹莓派實際操作如下：

  sudo find / -name "libusb-1.0*.so*" //列出庫的目錄位置
  cd /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ //進入庫所在目錄
  sudo ln -s libusb-1.0.so.0 libusb-1.0.so //創建鏈接

通過上面的操作 libusb的操作應該就沒有問題了。

運行的效果如下圖：

特殊問題與心得體會

最大的一個問題就是在sdk放到linux系統上測試寫入數據異常。

• 需要sdk單獨處理linux環境
• 需要sdk補一些內核驅動卸載邏輯
• 特別註意otg數據線不要使用那種一拖幾的，用一個口的就行不然數據發送不過去

由於使用的LibUsbDotNet上述邏輯沒暴露到上層，我只好拉了一個分支改了發了一個包，問pr也沒人理我。

sdk內部特別處理的代碼如下：

執行了一個設備的SetAutoDetachKernelDriver

if (wholeUsbDevice.DriverMode == UsbDevice.DriverModeType.MonoLibUsb)
{
_logger.LogInformation("MonoLibUsb DetachKernelDriver");

var retDetach = wholeUsbDevice.SetAutoDetachKernelDriver(true);

_logger.LogInformation(retDetach.ToString());
}

通過這次的嘗試，我算是明白了理想很豐滿，現實很骨感的意思，本來覺得樹莓派Zero 2 W小巧便攜，而且我只是用它接收數據發送數據，結果數據發送的時候屏幕的刷新很慢，不知道是性能差勁，還是usb傳輸是瓶頸。下次換個4b進行測試一下。

至此整個過程就分享完了，這個項目基本上涵蓋了.net技術內的很多東西，如果ElectronBot和樹莓派結合獨立以後能夠很好的使用，我覺得用MAUI開發一個手機端的管理工具也是順理成章了，可以期待一下，能看到這裡的可以在評論區給點意見了。

電子腦殼 GRPC服務項目代碼地址

LibUsbDotNet地址