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Day71 MQTT数据上传与ARM端交叉编译部署全链路实践

news 2025/10/29 10:48:54

day71 MQTT数据上传与ARM端交叉编译部署全链路实践

一、项目目标与通信架构

1. 功能目标

实现ARM开发板通过MQTT协议将采集数据上传至远程服务器（如中国移动 OneNET），并通过Web浏览器实时查看，无需专用上位机。

2. 通信架构图

ARM开发板 (ATK-IMX6U)
│
├─ MQTT推送 → MQTT服务器（如 OneNET） → topic: abc / aabbcc
│
├─ 上位机（PC）← MQTT订阅（监测及控制软件）
│
└─ Web浏览器 ← Web服务器 ← 数据库 ← MQTT服务器

✅ 前提条件：

所有设备处于同一局域网或通过公网IP/中间服务器可达。
开发板具备联网能力（通过PC共享网络）。

二、MQTT客户端程序逻辑解析

核心流程（约40–50行代码）

步骤	功能说明
① 创建客户端对象	初始化 MQTT 客户端结构体指针
② 设置连接参数	Broker地址、端口（8883）、Client ID、用户名、API Key
③ 注册回调函数	连接断开回调、消息接收回调
④ 建立连接	调用 `connect()` 发起 TLS 安全连接
⑤ 发布消息	指定 topic、QoS=1、retain=false、payload（JSON格式）
⑥ 等待确认	可选：检查发布结果
⑦ 断开连接 & 释放资源	避免内存泄漏

✅ 关键点：

OneNET 要求 TLS 加密（端口 8883），必须链接 OpenSSL。
payload 建议使用 JSON 格式，如 {"temp": 25.6}，便于 Web 端解析。

三、PC端MQTT依赖库编译（验证逻辑）

1. OpenSSL 编译（PC版）

# 进入OpenSSL源码目录
./config enable-shared -fPIC    # 启用动态库 + 位置无关代码
make
sudo make install               # 安装到 /usr/local/ssl/

💡 作用：生成 /usr/local/ssl/lib/libssl.so 和 /usr/local/ssl/include/openssl/，供 Paho 链接。

2. Paho MQTT C 库编译（PC版）

# 修改 Paho Makefile（关键行）
CC ?= gcc
CFLAGS += -I /usr/local/ssl/include
LDFLAGS += -L /usr/local/ssl/lib
CCFLAGS_SO += -fPIC             # 必须包含 -fPIC
FLAGS_EXES += -L /usr/local/ssl/lib

make
sudo make install               # 安装到 /usr/local/lib 和 /usr/local/include

✅ 理想结果：生成 libpaho-mqtt3c.so，可被 gcc main.c -lpaho-mqtt3c -lssl -lcrypto -lrt 正确链接。

⚠️ 常见报错：

relocation R_X86_64_PC32 ... recompile with -fPIC → 确保 OpenSSL 和 Paho 都加 -fPIC。
undefined reference to 'clock_gettime' → 链接时加 -lrt。

四、ARM开发板端交叉编译

1. 交叉编译环境准备

# Ubuntu 64位需安装32位兼容库
sudo apt-get install lib32ncurses5 lib32z1

💡 作用：使 arm-linux-gcc 工具链能在64位系统运行。

2. OpenSSL ARM版编译

# 配置（指定安装路径 + 禁用汇编）
./config no-asm shared --prefix=$(pwd)/__install

# 修改 Makefile
CC = arm-linux-gcc
AR = arm-linux-ar $(ARFLAGS) r
RANLIB = arm-linux-ranlib
# 删除 -m64、-march=pentium 等x86专属选项

make
make install    # 生成 ARM 库到 ./__install/

✅ 理想结果：./__install/lib/libssl.a、libcrypto.a 为 ARM 架构。

3. Paho ARM版编译（关键修改）

# 在 .PHONY 行下方添加
INCLUDES = -I/home/linux/code_test/mqtt_src/openssl-1.0.0s/__install/include
LIBSDIR  = -L/home/linux/code_test/mqtt_src/openssl-1.0.0s/__install/lib# 修改链接行（如第181、187、203、215行）
${CC} $(INCLUDES) -g -o $@ $< -l${MQTTLIB_CS} ${FLAGS_EXES} $(LIBSDIR)# 若报 clock_gettime 错误，在 FLAGS_EXE 中加 -lrt
FLAGS_EXE = $(INCLUDES) $(LDFLAGS) -I ${srcdir} -lpthread -lrt -L ${blddir} $(LIBSDIR)

make CC=arm-linux-gcc

✅ 理想结果：build/output/ 下生成 libpaho-mqtt3c.so（ARM架构）。

💡 提示：Paho 源码中通常提供 Makefile_arm 和 Makefile_PC，可直接重命名使用：
cp Makefile_arm Makefile

五、ARM端应用程序编译示例

示例 Makefile（`~/mqtt_Lib/mqtt`）

# 目标文件名
DST=all
# 源文件列表
SRC=mqtt.c main.c csv.c fb.c recv.c font_8x16.c
# 编译标志（-lrt 解决 clock_gettime）
FLAG=-g -Lpaho-mqtt3cs -lrt
# 默认编译器
CC=gcc
# 库路径（注意路径大小写）
LIBS+=-L/home/Linux/mqtt_Lib/paho.mqtt.c-master/build/output
LIBS+=-L/home/Linux/nqtt_Lib/openssl-1.0.0s/arm/Lib
# 头文件路径
INC+=-I/usr/Local/include# PC编译目标
$(DST):$(SRC)$(CC) $(SRC) $(FLAG)# ARM交叉编译目标
arm:$(SRC)arm-Linux-gcc $(SRC) $(FLAG) $(LIBS) $(INC) -lssl -lcryptocp a.out /home/Linux/nqtt_lib# 清理
clean:rm $(DST)

🔍 代码逐行解释：

arm-Linux-gcc：使用 ARM 交叉编译器（注意大小写，应为 arm-linux-gcc，但部分环境接受此写法）。
-L...：指定 Paho 和 OpenSSL 的 ARM 库路径。
-lssl -lcrypto：链接 OpenSSL 加密库。
cp a.out ...：将生成的可执行文件拷贝到指定目录。

✅ 理想结果：

file a.out
# 输出：a.out: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), ...

六、开发板联网：Ubuntu 双网卡共享上网

1. 虚拟机网卡设置（VMware）

网卡	模式	用途
网卡1	桥接（Bridge）	连接局域网（如 192.168.1.x）
网卡2	NAT	共享主机WiFi上网

📌 操作步骤：

虚拟机 → 设置 → 网络适配器 → 桥接（绑定主机有线网卡）
添加第二块网卡 → NAT 模式

2. Ubuntu 网卡配置（`/etc/network/interfaces`）

auto lo
iface lo inet loopbackauto ens33          # 桥接网卡（连开发板）
iface ens33 inet static
address 192.168.1.3
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.1.1auto ens36          # NAT网卡（连外网）
iface ens36 inet dhcp

💡 作用：ens33 作为开发板网关（192.168.1.3），ens36 获取外网IP（如 192.168.110.129）。

3. 开启IP转发与NAT

# 加载内核模块
sudo modprobe ip_tables
sudo modprobe ip_nat_ftp# 关闭防火墙（调试用）
sudo ufw disable# 开启IP转发（临时）
echo 1 | sudo tee /proc/sys/net/ipv4/ip_forward# 永久生效
sudo vim /etc/sysctl.conf
# 取消注释：net.ipv4.ip_forward = 1
sudo sysctl -p# 设置NAT规则（192.168.1.0/24 → ens36的IP）
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/255.255.255.0 -j SNAT --to 192.168.110.129# 允许转发
sudo iptables -P FORWARD ACCEPT

✅ 理想结果：开发板可通过 Ubuntu 访问外网。

4. 开发板网络配置（ATK-IMX6U）

# 设置IP（与Ubuntu ens33同网段）
ifconfig eth0 192.168.1.100# 设置默认网关（指向Ubuntu ens33）
route add default gw 192.168.1.3# 配置DNS（解决域名解析）
echo "nameserver 8.8.8.8" > /etc/resolv.conf
echo "nameserver 114.114.114.114" >> /etc/resolv.conf

🔍 测试命令：

ping 192.168.1.3      # 通Ubuntu
ping 8.8.8.8          # 通外网IP
ping www.baidu.com    # 通域名（验证DNS）

⚠️ 常见问题：

ping 8.8.8.8 通但 ping baidu.com 不通 → 未配置 DNS。
Destination Host Unreachable → 路由或NAT未生效。

七、OneNET 平台接入流程

1. 平台操作

访问 https://open.iot.10086.cn/
创建产品 → 添加设备 → 获取 Device ID 和 Master APIKey
记录 MQTT 接入点（如 mqtts://mqtt.heclouds.com:8883）

2. 客户端连接参数

Client ID：Device ID
Username：空或 Product ID
Password：Master APIKey
Topic：$dp（OneNET 默认数据点主题）或自定义

✅ 成功标志：OneNET 控制台 “设备详情” → “数据流” 中可见上传数据。

八、终端调试工具

Minicom：串口调试
- 版本：2.7.1
- 波特率：115200
- 数据格式：8N1
- 离线提示：VT102 Offline
- 快捷键：CTRL-A Z 查看帮助

九、荣誉与认证（OneNET平台）

中国移动 OneNET 平台已获：

“绽放杯”5G创新应用大赛二等奖
中国电子学会科技进步奖
中国信息通信研究院 CNAS 认证
中国通信学会科技奖
可信云安全认证

十、总结与行动项

任务	验收标准
✅ 编译 ARM 版 Paho + OpenSSL	`file a.out` 显示 ARM 架构
✅ 配置 Ubuntu 双网卡共享	开发板 `ping www.baidu.com` 成功
✅ 开发板上传数据至 OneNET	OneNET 控制台可见实时数据
✅ Web 浏览器查看数据	无需上位机，直接网页访问