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.Net Core跨平臺應用研究-HelloArm(串口篇)

引言

        為了驗證採用dotnet core技術開發的物聯網設備資料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,具有完善的硬體接口和驅動支持,大於1G的記憶體和8G以上的eMMC閃存,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、音頻接口、視頻輸入/輸出接口等;並且集成了WiFi和藍牙,增加千兆以太網和電源管理功能,板載陶瓷天線,帶串口除錯功能。為適應工業客戶需要,NanoPC-T3 Plus加裝了標配的散熱片,以解決芯片發熱問題。
  • 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接口、LVDS接口、並行RGB-LCD接口、MIPI-DSI接口。並且支持RTC,板載備份電池接口,引出四個USB接口(其中三個是標準A型接口, 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,內核驅動原始碼完全開源,接口豐富。

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
  • 儲存: 1 x microSD 卡槽
  • 網絡: 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接口
  • 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(四個視頻輸出接口)
  • 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型接口, 另外一個是2.54mm排母
  • Micro USB: 1 x USB 2.0 Client
  • LCD接口: 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接口: 24pin, 0.5mm間距,FPC貼片豎座
  • GPIO擴展接口: 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
  • 除錯串口: 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內部集成溫度傳感器
  • RTC: 支持RTC, 板上有備份電池接口
  • 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檔案支持以下版本系統

  • 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,兼容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
  • 支持以太網連接
  • 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(根據芯片體系結構)。

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檔案,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檔案和燒寫工具win32diskimager(wiki中提供了下載鏈接)

2、準備一張tf卡,格式化為一個分割槽(FAT32)

3、運行win32diskimager軟體,選擇映像檔案,選擇tf卡對應的分割槽,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閃存。

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,也支持通過網絡,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顯示接口和USB接口,可以直接連接顯示器、鍵盤/滑鼠進行操作。

 

串口連接

NanoPC預設支持除錯串口做為終端。

 

通過USB轉TTL串口的串口模塊進行連接。預設通訊引數: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。

網絡連接

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

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

初始IP地址可以通在串口終端樣式下輸入ifconfig命令查看,或通過網絡掃描確定。

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絡終端接入:

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絡通訊和串口通訊,我們主要針對標的嵌入式linux系統下的網絡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資料功能。

驗證程式設計

採用SerialPort類進行串口測試功能實現(netcore專案需通過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/資料顯示
  • 串口定時發送測試資料

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

因標的平臺為arm64嵌入式linux系統,採用以下方式進行程式發佈:

在命令列視窗,切換到專案檔案夾,運行如下命令:

dotnet publish -r linux-arm64 -c Release

通過以上命令,得到生成的標的平臺的發佈包,程式檔案及相關.netcore運行時依賴均被髮布到專案release\netcoreapp2.2\linux-arm64\publish檔案夾中。

遠程部署

採用scp命令,將發佈檔案複製到標的機器

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,完成檔案夾的複製。

在ssh終端視窗,切換到程式檔案夾

cd /home/pi/publish

設置程式執行權限:

chmod 777 ./HelloArm           # HelloArm為測試程式檔案名

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

由於程式啟動後呼叫了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,需要額外編譯標的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.

在標的系統中(FriendlyCore),安裝GCC編譯器和cmake

首先確定網絡正常連接,能夠訪問互聯網(需要良好的網絡環境)。

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,完成類庫的原始碼克隆和編譯。

註:類庫linux依賴庫僅需在同一標的平臺編譯一次,其他相同標的平臺,複製並配置依賴庫到標的系統即可。

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,配置類庫標的到環境變數(上述命令為臨時環境變數配置,僅當前shell有效)

配置全域性環境變數的方法:

vi /etc/profile

在檔案的最後一行,增加環境變數LD_LIBRARY_PATH的配置

儲存退出後,執行source /etc/profile 掃清環境變數

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、屬性基本兼容),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呼叫處停止。

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用戶帳戶權限原因,程式只顯示了/dev/ttySAC0一個串口,此串口為系統除錯終端輸出串口。

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資料,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檔案,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

儲存退出,重啟系統

reboot

重啟系統後,除錯串口終端界面中,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,驗證程式是以指定標的平臺,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,但相關標的平臺需安裝.net core運行時以及相關依賴,微軟官方已有詳細的說明文件,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。

原文地址:https://www.cnblogs.com/flyfire-cn/p/10356991.html

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