嵌入式Linux应用初步移植MQTT到Ubuntu和Linux开发板

Posted 2022-07-04 韦东山

1. 概述

​ 本篇主要是记录将MQTT移植安装到百问网STM32MP157开发板上，并且是跑一下MQTT的一个例程来验证，要完成本次移植安装，必须要保证电脑和开发板都能上网。。

2. 软件平台

​ 本次使用的是Ubuntu18.04，是由百问网提供的，并且是按照他们的手册搭建好了交叉编译环境，花了一点时间将Linux内核编译好之后才进行的LVGL移植，本次移植必须搭建好嵌入式Linux的交叉编译环境且内核也必须编译好，否则无法完成移植。

3. 移植所需要的资源

​ 本次实验主要是要将paho mqtt的官方库克隆到本地pc，将其编译后得到链接库，然后安装到本地pc以及开发板上，这样才能运行paho mqtt编译后的可执行文件，paho mqtt的官方仓库地址：

https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c.git

在Ubuntu的/home/book目录下新建一个工作区用来保存工程和开发资料：

cd /home/book
book@100ask:~$ mkdir workspace && cd workspace
book@100ask:~/workspace$ mkdir mqtt && cd mqtt

在/home/book/workspace/mqtt下讲paho mqtt的仓库克隆下来：

book@100ask:~/workspace/mqtt$ git clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.c.git

等待下载完成：

Cloning into 'paho.mqtt.c'...
remote: Enumerating objects: 11797, done.
remote: Counting objects: 100% (1741/1741), done.
remote: Compressing objects: 100% (485/485), done.
remote: Total 11797 (delta 1272), reused 1628 (delta 1204), pack-reused 10056
Receiving objects: 100% (11797/11797), 9.27 MiB | 6.78 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (8385/8385), done.

4. 安装mqtt到ubuntu

4.1 修改Makefile适配GCC环境

进入刚才克隆下来的这个仓库paho.mqtt.c，修改Makefile：

book@100ask:~/workspace/mqtt$ cd paho.mqtt.c/
book@100ask:~/workspace/mqtt/paho.mqtt.c$ vim Makefile

进入vim后如果要显示行号首先按下键盘的ESC键，然后键入:set nu就可以显示行号了：

我们需要关注的有两个地方：

• 编译器：Makefile的126行
• 库安装路径：Makefile的70行

如果我们只需要在Ubuntu里面使用paho mqtt的话，这些都不需要改变，直接在/home/book/workspace/mqtt/paho.mqtt.c目录下执行下面两条命令即可：

make
sudo make install

4.2 编译和安装库文件

执行make后会在当前目录下创建一个build目录，源码和例程编译出来的可执行文件都在里面，然后再执行sudo make install：

这条指令会将mqtt程序依赖的库文件安装到/usr/local下的bin、lib、include和share下。

4.3 体验测试

​ 我们可以将官方的示例代码copy过来，改成我们自己的配置，比如iot的url、客户端ID、用户名和密码这些，改成我们自己的mqtt服务器的信息测试下。

​ 我们去/home/book/workspace目录下新建一个测试工程，取名就叫’mqtt_test’吧：

book@100ask:~/workspace$ cd /home/book/workspace
book@100ask:~/workspace$ mkdir mqtt_test
book@100ask:~/workspace$ cd mqtt_test

将paho.mqtt.c下的src和sample里面的随意一个示例代码copy过来：

book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ cp -r /home/book/workspace/mqtt/paho.mqtt.c/src ./
book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ cp src/samples/MQTTAsync_subscribe.c  ./

我们这里copy的是MQTTAsync开头的例程，其表示的是MQTT的异步通信收发，依赖的库是libpaho-mqtt3a，如果是MQTTClient开头的，依赖的库就是libpaho-mqtt3c，如果自己写代码还会用到SSL的话，依赖的库就会变成libpaho-mqt3cs或者ibpaho-mqtt3as。如何确定使用的是Async还是Client呢，根据自己写的代码里面包含的头文件是MQTTAsync.h还是MQTTClient.h，比如我刚才copy的例程MQTTAsync_subscribe.c：

​ 我们现在来修改这个示例代码。首先是头文件MQTTAsync.h，我们需要指定路径，不然在当前目录下是找不到这个头文件的，我们已经将这个头文件所在的官方源文件文件夹srccopy过来了，所以只需要改成：

#include "src/MQTTAsync.h"

然后修改url和客户端id这些信息，原来的参数是这样的：

 32 #define ADDRESS     "tcp://mqtt.eclipseprojects.io:1883"
 33 #define CLIENTID    "ExampleClientSub"
 34 #define TOPIC       "MQTT Examples"

我们要修改ADDRESS和CLIENTID以及订阅的TOPIC，还要添加阿里云物联网平台设备的用户名USERNAME和密码PASSWORD：

鉴于阿里云物联网平台的要求，我们需要将连接控制包的keepAliveInterval设置位60，并且对控制包的用户名username和密码password赋值为我们宏定义的值：

/* void connlost(void *context, char *cause) */ 
conn_opts.username = USERNAME;
conn_opts.password = PASSWORD;
conn_opts.keepAliveInterval = 60;

/* int main(int argc, char* argv[]) */
conn_opts.username = USERNAME;
conn_opts.password = PASSWORD;
conn_opts.keepAliveInterval = 60;

然后保存退出（ESC–>:wq）。

​ 编译修改号之后的MQTTAsync_subscribe.c：

book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ gcc MQTTAsync_subscribe.c -lpaho-mqtt3a
book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ ls
a.out  MQTTAsync_subscribe.c  src

可以看到生成了一个a.out，我们执行整个文件：

book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ ./a.out 

如果连接成功了且订阅也成功了会打印如下信息：

这时候我们从阿里云服务器下发一条消息看看：

回到我们的终端看是否有收到消息：

这就说明我们在Ubuntu下已经成功移植了paho mqtt，接下来我们将它移植到Linux开发板上，这里使用的是百问网的100ASK STM32MP157开发板。

5. 移植mqtt到linux开发板

5.1 查看自己的编译环境

book@100ask:~/workspace/mqtt$ echo $ARCH
arm
book@100ask:~/workspace/mqtt$ echo $CROSS_COMPILE 
arm-buildroot-linux-gnueabihf-
book@100ask:~/workspace/mqtt$ echo $PATH
/home/book/.vscode-server/bin/30d9c6cd9483b2cc586687151bcbcd635f373630/bin/remote-cli:/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin:/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin:/home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/bin

检查下编译器是否生效可用：

book@100ask:~/workspace/mqtt$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc -v

5.2 修改Makefile

• 修改编译器

改成自己的编译器，比如这里将其改成：CC ?=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc：

book@100ask:~/workspace/mqtt$ cd /home/book/workspace/mqtt/paho.mqtt.c

再修改之前先将原先用gcc编译的clean清除掉：

book@100ask:~/workspace/mqtt/paho.mqtt.c$ make clean
rm -rf build/output/*
rm -rf build/

然后去修改Makefile：

• 修改库安装路径

  参考gcc下是将库安装到了/user里面的，所以我们也要将路径指定到我们自己编译链下的usr中，比如百问网的工具链/usr/local就是如下所示

/home/book/100ask_imx6ull-sdk/ToolChain/arm-buildroot-linux-gnueabihf_sdk-buildroot/arm-buildroot-linux-gnueabihf

所以原本的

就改成下图所示的这样：

这里太长没有截图显示全，然后保存退出编辑。

5.3 编译源文件且安装库文件

​ 在paHo.mqtt.c中再重新执行一遍下面的命令：

book@100ask:~/workspace/mqtt/paho.mqtt.c$ make
book@100ask:~/workspace/mqtt/paho.mqtt.c$ sudo make install

5.4 安装库文件到开发板

​ 在上一步make之后就生成了arm-gcc编译后的库文件.so文件，保存在paho.mqtt.c/build/output里面

我们将其复制到挂载共享目录/home/book/nfs_rootfs里面去，为了方便管理我们需要现在这个目录下创建一个文件夹来存放mqtt的库，取名就叫mqtt_lib吧:

book@100ask:~$ cd nfs_rootfs/
book@100ask:~/nfs_rootfs$ mkdir mqtt_lib
book@100ask:~/nfs_rootfs$ cd mqtt_lib/

我们把mqtt的库文件copy过去：

book@100ask:~/workspace/mqtt/paho.mqtt.c$ sudo cp build/output/libpaho-mqtt3* ~/nfs_rootfs/mqtt_lib

接着将开发板的/mnt挂载到虚拟机的nfs_rootfs目录：

mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.50.12:/home/book/nfs_rootfs /mnt

使用install或者mv指令将/mnt/mqtt_lib中的所有mqtt库文件安装到开发板的/lib目录下：

install /mnt/mqtt_lib/libpaho-mqtt3* /lib

5.5 重新编译测试文件

book@100ask:~$ cd /home/book/workspace/mqtt_test
book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc MQTTAsync_subscribe.c -lpaho-mqtt3a

将重新编译出来的执行文件a.out复制到nfs_rootfs中去：

book@100ask:~/workspace/mqtt_test$ cp a.out ~/nfs_rootfs/

然后回到开发板，将/mnt目录下的a.out复制到根目录，然后执行：

# cp /mnt/a.out ./
# ./a.out

可以看到，开发板也能成功的和阿里云物联网设备通过MQTT协议通信了，最后这里就不再下发数据测试了。