全志T3＋Logos FPGA开发板——MQTT通信协议案例

陈工-创龙科技

我们曾遇到不少新手问，能不能分享MQTT通信协议案例，做开发等等一系列的问题。
应广大用户朋友需求号召，今天分享基于创龙科技的TLT3F-EVM开发板，它是一款基于全志科技T3四核ARM Cortex-A7 + 紫光同创Logos PGL25G/PGL50G FPGA设计的异构多核国产工业开发板，ARM Cortex-A7处理器单元主频高达1.2GHz。评估板由核心板和评估底板组成，核心板CPU、FPGA、ROM、RAM、电源、晶振、连接器等所有器件均采用国产工业级方案，国产化率100%。
给大家详细讲解嵌入式行业中，常使用到的MQTT通信协议案例，分别涵盖了MQTT通信协议简介、mqtt_client案例、mqtt_sinewave_pub案例等等。
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
U-Boot：U-Boot-2014.07
Kernel：Linux-3.10.65
LinuxSDK：LinuxSDK_AA_BB_CC_DD（基于T3_LinuxSDK_V1.3_20190122）
本文主要介绍T3处理器基于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：

• 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。
• 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。
• 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。
• 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：

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

Mosquitto工具安装
Mosquitto是一款开源的MQTT消息**（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**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。

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**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

更多案例测试详情说明，欢迎关注Tronlong创龙科技获取，也可以在评论区留言，感谢你的支持。