国产！全志T113-i 双核Cortex-A7@1.2GHz 工业开发板—MQTT通信协议案例

前 言

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：VMware15.5.5

Linux开发环境：Ubuntu18.04.4 64bit

LinuxSDK：T113_Tina5.0-V1.0(Linux)

U-Boot：U-Boot-2018.07

Kernel：Linux-5.4.61、Linux-RT-5.4.61

本文主要介绍创龙科技TLT113-EVM评估板基于MQTT通信协议开发案例，主要包括mqtt_client案例和mqtt_sinewave_pub案例，位于产品资料“4-软件资料\Demo\mqtt-demos\”目录下。

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 5.0/3.1.1 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ETH0(RGMII)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。

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'

参数解析：

-h：MQTT服务器

-p：MQTT服务器端口

-M：模式，publish为发布，subscribe为订阅

-t：MQTT主题，可随便命名

-m：发布的MQTT消息

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T113-i处理器对应的GCC编译器。在案例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。

备注：若使用eMMC配置评估板，请将命令中的"tlt113-evm-nand"修改为"tlt113-evm-emmc"。

Host# CC=/home/tronlong/T113/tina5.0_v1.0/out/t113_i/tlt113-evm-nand/buildroot/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabi-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 5.0/3.1.1 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ETH0(RGMII)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，在上位机使用浏览器打开"tools\web_mqtt_sub\"目录下的index.html文件。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T113-i处理器对应的GCC编译器。进入案例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。

备注：若使用eMMC配置评估板，请将命令中的"tlt113-evm-nand"修改为"tlt113-evm-emmc"。

Host# CC=/home/tronlong/T113/tina5.0_v1.0/out/t113_i/tlt113-evm-nand/buildroot/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabi-gcc make

图 22

关键代码

创建Mosquitto实例。

图 23

设置回调函数。

图 24

连接MQTT服务器。

图 25

发送数据。

图 26