.Net Core跨平臺應用研究-HelloArm(串口篇)

原文: .Net Core跨平臺應用研究-HelloArm(串口篇)

引言

        爲了驗證採用dotnet core技術開發的物聯網設備數據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應用程序進行嵌入式linux環境的發佈部署運行驗證研究。

硬件環境

        硬件系統通過對比篩選，選用了友善之臂出品的NanoPC-T3 Plus。該控制板爲掌上型嵌入式Linux系統迷你PC，採用64位三星arm CPU，具備完善的硬件接口和驅動支持，大於1G的內存和8G以上的eMMC閃存，具備較高的性能價格比。 

 

• 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；而且集成了WiFi和藍牙，增長千兆以太網和電源管理功能，板載陶瓷天線，帶串口調試功能。爲適應工業客戶須要，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，而且帶四路視頻輸出，分別爲HDMI 1.4A接口、LVDS接口、並行RGB-LCD接口、MIPI-DSI接口。而且支持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, 另一個是2.54mm排母)等。
•  NanoPC-T3 Plus)流暢運行Android5.一、Debian、UbuntuCore+Qt等系統，內核驅動源碼徹底開源，接口豐富。

硬件資源特性

• CPU: S5P6818, 運行主頻1.4GHz
• 電源管理: 採用一顆ARM® Cortex®-M0單片機作電源管理, 支持動態調壓, 軟件關機和定時開機等功能
• 內存: 2GB 32bit DDR3 RAM
• 存儲: 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，支持全綵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
• 調試串口: 2.54mm間距排針
• 按鍵: 電源按鍵, 復位按鍵, 啓動選擇按鍵各一個
• 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
• 溫度工做範圍: -40℃ to 80℃

 

       爲避免廣告嫌宜，不過多對設備進行說明（好象難以免呵，若有此方面問題，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文件支持如下版本系統

• 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做爲圖形界面的輕量級系統，兼容Ubuntu系統軟件源，很是適合於企業用戶用做產品的基礎OS。

       系統除了保留Ubuntu Core的特性之外，還包括如下特性：

• 支持電容和電阻觸摸屏
• 支持WiFi鏈接
• 支持以太網鏈接
• 支持藍牙，已預裝bluez等相關軟件包
• 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 視爲一個操做系統。 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）。

 

如下 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 2八、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）、16.0四、14.04 - 64 位（x86_64 或 amd64）
• Linux Mint 1八、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做爲系統運行平臺。

下載廠家提供的系統映像文件，對NanoPC-T3/Plus進行系統燒寫，方法詳見WIKI教程.

燒寫主要步驟：

一、下載廠家提供的映像文件和燒寫工具win32diskimager（wiki中提供了下載連接）

二、準備一張tf卡，格式化爲一個分區（FAT32）

三、運行win32diskimager軟件，選擇映像文件，選擇tf卡對應的分區，點擊寫入

四、燒寫完成

五、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、鼠標）

六、根據屏幕提示，將系統安裝至eMMC閃存。

 

鏈接嵌入式Linux系統

FriendlyCore系統默認支持多種鏈接方式，可經過外接輸入、輸出設備（鍵盤/鼠標、顯示器）進行鏈接，也能夠經過串口終端進行鏈接，也支持經過網絡，使用ssh終端方式進行鏈接。

FriendlyCore系統默認配置了兩個用戶賬戶

普通用戶：

   用戶名: pi

   密碼: pi

Root用戶：

   用戶名: root

   密碼: fa

系統開機默認會以 pi 用戶自動登陸，你可使用 sudo npi-config 命令取消自動登陸。

 

 

物理鏈接

NanoPC具備HDMI、TFT顯示接口和USB接口，能夠直接鏈接顯示器、鍵盤/鼠標進行操做。

 

 

串口鏈接

NanoPC默認支持調試串口作爲終端。

 

 

經過USB轉TTL串口的串口模塊進行鏈接。默認通信參數：115200，N,8,1

軟件可以使用任意串口終端工具，如SecureCRT或Windows系統自帶超級終端。

 

 

 

 

網絡鏈接

能夠通SSH工具進行網絡鏈接，經過網絡終端的方式訪問。(Win10系統自帶)

FriendlyCore系統網絡配置默認爲自動獲取IP地址。經過網絡鏈接設備，須要肯定設備的IP地址。

初始IP地址能夠通在串口終端模式下輸入ifconfig命令查看，或經過網絡掃描肯定。

肯定設備的IP地址後，能夠通ssh命令進行終端鏈接

本次實驗中，咱們設備的IP地址爲172.16.93.74,經過以下命令進行網絡終端接入：

ssh pi@172.16.93.74

根據提示輸入密碼後，便可成功登入。

 

 

.NET Core跨平臺驗證

因爲後期主要須要使用的程序功能爲網絡通信和串口通信，咱們主要針對目標嵌入式linux系統下的網絡和串口通信進行驗證。

本次實驗中，咱們先對串口通信進行驗證。

編寫一個netcore2.x的控制檯程序，程序實現系統信息顯示，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數據功能。

驗證程序設計

採用SerialPort類進行串口測試功能實現（netcore項目需經過Nuget安裝SerailPort庫）

實現如下功能：

• 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/數據顯示
• 串口定時發送測試數據

程序較爲簡單，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

 

編譯程序，在window下測試程序經過。

 

 

跨平臺發佈

因目標平臺爲arm64嵌入式linux系統，採用如下方式進行程序發佈：

在命令行窗口，切換到項目文件夾，運行以下命令：

dotnet publish -r linux-arm64 -c Release

經過以上命令，獲得生成的目標平臺的發佈包，程序文件及相關.netcore運行時依賴均被髮布到項目release\netcoreapp2.2\linux-arm64\publish文件夾中。

 

遠程部署

採用scp命令，將發佈文件複製到目標機器

在windows（win10）系統中，打開控制檯窗口，輸入scp命令，命令格式以下：

scp –r d:\ubuntu\publish\ pi@172.16.93.74:/home/pi/.

根據提示輸入用戶密碼，完成文件夾的複製。

 

在ssh終端窗口,切換到程序文件夾

cd /home/pi/publish

設置程序執行權限：

chmod 777 ./HelloArm           # HelloArm爲測試程序文件名

 

輸入./ HelloArm運行程序

 

Linux環境運行.Net Core程序

在普通用戶pi中運行程序

 

 

程序顯示了系統環境信息

因爲程序啓動後調用了SerialPort.GetPortNames方法，程序未能按預期執行，出現以下信息：

 

 

提示信息代表SerialPort類庫僅支持Windows系統平臺，不支持跨平臺。

至此，.net core程序跨平臺在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

爲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,可以支持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，須要額外編譯目標平臺支持庫並進行相關環境配置。

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.

在目標系統中（FriendlyCore），安裝GCC編譯器和cmake

 

首先肯定網絡正常鏈接，可以訪問互聯網（須要良好的網絡環境）。

執行以下命令：

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狀況

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，完成類庫的源碼克隆和編譯。

注：類庫linux依賴庫僅需在同一目標平臺編譯一次，其餘相同目標平臺，複製並配置依賴庫到目標系統便可。

環境變量配置

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，配置類庫目標到環境變量（上述命令爲臨時環境變量配置，僅當前shell有效）

配置全局環境變量的方法：

vi /etc/profile

在文件的最後一行，增長環境變量LD_LIBRARY_PATH的配置

保存退出後，執行source /etc/profile 刷新環境變量

注：vi相關操做，請自行百度或必應。

Linux串口測試

將測試驗證程序中的SerialPort類更換爲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，經過。

從新發布Linux系統運行版本，進行linux系統部署。

 

採用普通用戶pi登陸

如環境變量未有效配置，串口類沒法正常執行，程序執行到串口方法調用處中止。

 

 

按Ctrl+C終止程序。

 

配置好串口類庫所需環境變量，從新運行程序，程序正常運行。

以下圖，程序啓動，列舉出系統有效串口，以下圖所示：

 

因爲pi用戶賬戶權限緣由，程序只顯示了/dev/ttySAC0一個串口，此串口爲系統調試終端輸出串口。

 

切換到系統超級用戶

su root

根據提示輸入密碼：fa

 

切換到程序目錄，執行測試程序 ./publish/HelloArm，出現以下界面：

 

 

 

在超級用戶下，程序列舉出了5個串口。

經過操做命令，打開指定的串口，開啓接收事件及定時週期發送數據，鏈接電腦串口（目前大部分電腦已再也不提供串口，本實驗經過USB轉串口模塊進行鏈接），經過PC端的串口工具軟件同Linux迷你PC主機進行通信，收發通信正常。

 

配置程序開機運行

在root用戶下，配置/etc/rc.local文件，將程序添加到系統開機運行

 

vi /etc/rc.local

 

在exit 0以前增長一行

/home/pi/publish/HelloArm

 

保存退出，重啓系統

reboot

 

重啓系統後，調試串口終端界面中，能夠看到程序運行的輸出信息，至此，程序配置完成，開機自動運行成功。

 

結束語

       .net core爲微軟推出的跨平臺託管程序框架，具有在非windows系統部署運行的能力，但在實際應用中，不能過於想固然，覺得支持跨平臺就萬事大吉，覺得凡是.net程序就能夠順利移植爲.net core跨平臺程序，在實際應用中，須要當心求證，以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很多時間，對Linux系統相關操做的熟悉，也耗費了較多時間）。

       本文中，驗證程序是以指定目標平臺，無環境依賴方式進行的發佈部署，.net core程序也支持以跨平臺方式發佈部署，但相關目標平臺需安裝.net core運行時以及相關依賴，微軟官方已有詳細的說明文檔，本文再也不贅述。

       注：本實驗中，使用了兩種硬件設備，故截圖有所不一樣，但系統相同，不影響實驗效果和結論。

 

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