全志T3开发板 ARM CortexA7——MQTT通信协议

本文主要介绍基于T3处理器的MQTT通信协议开发案例，讲解内容主要包括了MQTT通信协议简介、概述、应用场景以及Mosquitto工具安装、mqtt_client案例和mqtt_sinewave_pub案例等。

本指导文档适用开发环境：

Windows开发环境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

虚拟机：VMware15.1.0

Linux开发环境：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）

本次测试板卡为基于创龙科技TLT3-EVM是一款基于全志科技T3处理器设计的4核ARM Cortex-A7高性能低功耗国产评估板，每核主频高达1.2GHz。

评估板接口资源丰富，引出双路网口、双路CAN、双路USB、双路RS485等通信接口，板载Bluetooth、WIFI、4G（选配）模块，同时引出MIPI LCD、LVDS LCD、TFT LCD、CVBS OUT、CAMERA、LINE IN、H/P OUT等音视频多媒体接口，支持双屏异显、1080P@45fps H.264视频硬件编解码，并支持SATA大容量存储接口。

MQTT通信协议简介

概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息队列遥测传输协议），是一种基于发布/订阅(Publish/Subscribe)模式的“轻量级”通讯协议，该协议构建于TCP/IP协议上，由IBM在1999年发布。MQTT最大优点在于，可以极少的代码和有限的带宽，为连接远程设备提供实时可靠的消息服务。

MQTT是轻量、简单、开放和易于实现的，同时作为一种低开销、低带宽占用的即时通讯协议，使其在物联网、小型设备、移动应用等方面有较广泛的应用。

图 1

MQTT具有如下特点：

1. 轻量可靠：MQTT的报文格式精简、紧凑，可在严重受限的硬件设备和低带宽、高延迟的网络上实现稳定传输。
2. 发布/订阅模式(Publish/Subscribe)：发布/订阅模式的优点在于发布者与订阅者的解耦，实现异步协议。即订阅者与发布者无需建立直接连接，亦无需同时在线。
3. 为物联网而生：提供心跳机制、遗嘱消息、QoS质量等级 + 离线消息、主题和安全管理等全面的物联网应用特性。
4. 生态更完善：覆盖范围广，已成为众多云厂商物联网平台的标准通信协议。

应用场景

MQTT作为一种低开销，低带宽占用的即时通讯协议，可以极少的代码和带宽为联网设备提供实时可靠的消息服务，适用于硬件资源有限的设备及带宽有限的网络环境。常见的应用场景如下：

1. 物联网M2M通信，物联网大数据采集。
2. 移动即时消息及消息推送。
3. 智能硬件、智能家居、智能电器。
4. 车联网通信，电动车站桩采集。
5. 智慧城市、远程医疗、远程教育。
6. 电力能源、石油能源。

Mosquitto工具安装

Mosquitto是一款开源的MQTT消息代理（服务器）软件，提供轻量级的、支持可发布/可订阅的的消息推送模式。我司提供的评估板文件系统已支持Mosquitto工具，本文mqtt_client案例采用Mosquitto工具演示MQTT通信协议的通信功能。由于上位机Ubuntu系统作为通信对象，因此需在Ubuntu终端执行如下命令安装Mosquitto工具。

Host# sudo apt-get install mosquitto-clients

图 2

mqtt_client案例

案例说明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API与MQTT代理服务器通信。基于MQTT通信协议，实现发布和订阅消息功能。

程序流程图如下图所示。

图 3

案例测试

本案例使用公网MQTT HiveMQ服务器与上位机Ubuntu Mosquitto工具通信。请通过网线将评估板千兆网口RGMII ETH和上位机连接至公网，确保可正常访问互联网。

下表提供了可用的在线公共MQTT服务器，可根据需要自行切换。

表 1

评估板启动，将案例bin目录下mqtt_client可执行文件拷贝至评估板文件系统的任意目录下，执行如下命令查看程序参数说明。

Target# ./mqtt_client --help

图 4

评估板发布/上位机订阅

在上位机执行如下命令，使用mosquitto_sub工具订阅MQTT主题。

Host# mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data

参数解析：

-h：指定MQTT服务器；

-p：指定MQTT服务器TCP端口；

-t：定义MQTT主题，可自定义命名。

图 5

在评估板文件系统执行如下命令发布消息至MQTT服务器。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M publish -t test/data -m 'www.tronlong.com'

图 6 评估板发布

消息发布成功后，上位机将从MQTT服务器接收到对应的消息。

图 7 上位机订阅

评估板订阅/上位机发布

在评估板文件系统执行如下命令订阅MQTT主题。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M subscribe -t test/data

图 8

在上位机执行如下命令发布消息至MQTT服务器。

Host# mosquitto_pub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data -m www.tronlong.com

图 9 上位机发布

消息发布成功后，评估板将从MQTT服务器接收到对应消息。

图 10 评估板订阅

案例编译

将案例src文件夹拷贝至Ubuntu工作目录下，请先确保已参考Linux系统使用手册编译过LinuxSDK，构建T3处理器对应的GCC编译器。进入src目录执行如下命令，使用LinuxSDK开发包目录下的GCC编译器进行案例编译。编译完成后，将在当前目录下生成可执行文件。

Host# CC=/home/tronlong/T3/lichee/out/sun8iw11p1/linux/common/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc make

图 11

关键代码

创建Mosquitto实例。

图 12

设置回调函数。

图 13

连接MQTT服务器。

图 14

发布消息。

图 15

订阅主题。

图 16

mqtt_sinewave_pub案例

案例说明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API与MQTT代理服务器通信。评估板生成正弦波数据，每秒发送512个采样点的数据至MQTT服务器；上位机通过Web页面从MQTT服务器接收到数据后，将会绘制波形。

程序流程图如下图所示。

图 17

案例测试

本案例使用公网MQTT HiveMQ服务器与上位机Ubuntu Web程序通信。请通过网线将评估板千兆网口RGMII ETH和上位机连接至公网，确保可正常访问互联网。

评估板启动，将案例bin目录下mqtt_sinewave_pub可执行文件拷贝至评估板文件系统的任意目录下，执行如下命令查看程序参数说明。

Target# ./mqtt_sinewave_pub --help

图 18

执行如下命令运行程序，连接MQTT服务器，并发送正弦波数据至MQTT服务器。

Target# ./mqtt_sinewave_pub -h broker.hivemq.com -p 1883

图 19

评估板程序运行后，将案例"tools\web_mqtt_sub"目录下index.html文件，使用上位机浏览器打开。在弹出的Web页面（如下图），依次输入MQTT服务器：broker.hivemq.com，端口号：8000，最后点击连接，Web页面将会从MQTT服务器获取正弦波数据并进行波形绘制。

备注：ARM端MQTT通信协议基于TCP协议，Web端MQTT通信协议基于WebSocket协议，因此使用的端口号不同。

图 20

图 21

案例编译

将案例src文件夹拷贝至Ubuntu工作目录下，请先确保已参考Linux系统使用手册编译过LinuxSDK，构建T3处理器对应的GCC编译器。进入src目录执行如下命令，使用LinuxSDK开发包目录下的GCC编译器进行案例编译。编译完成后，将在当前目录下生成可执行文件。

Host# CC=/home/tronlong/T3/lichee/out/sun8iw11p1/linux/common/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc make

图 22

想要获取mqtt_sinewave_pub案例的关键代码以及更多测试案例详细说明，欢迎评论区留言~