.Net Core跨平台应用研究-HelloArm(串口篇)

引言

        为了验证采用dotnet core技术开发的物联网设备数据采集接入服务应用是否能在高性价比的linux嵌入式平台运行，针对dotnet core应用程序进行嵌入式linux环境的发布部署运行验证研究。

硬件环境

        硬件系统经过对比筛选，选用了友善之臂出品的NanoPC-T3 Plus。该控制板为掌上型嵌入式Linux系统迷你PC，采用64位三星arm CPU，具有完善的硬件接口和驱动支持，大于1G的内存和8G以上的eMMC闪存，具有较高的性能价格比。 

 

• NanoPC-T3 Plus是友善之臂专门针对企业用户而设计，它采用三星八核Cortex -A53架构的S5P6818处理器，动态运行主频400M-1.4GHz。NanoPC-T3 Plus配备了16GB的eMMC、音频接口、视频输入/输出接口等；并且集成了WiFi和蓝牙，增加千兆以太网和电源管理功能，板载陶瓷天线，带串口调试功能。为适应工业客户需要，NanoPC-T3 Plus加装了标配的散热片，以解决芯片发热问题。
• NanoPC-T3 Plus带两路视频输入，支持DVP 摄像头及MIPI-CSI摄像头，并且带四路视频输出，分别为HDMI 1.4A接口、LVDS接口、并行RGB-LCD接口、MIPI-DSI接口。并且支持RTC，板载备份电池接口，引出四个USB接口(其中三个是标准A型接口, 另外一个是2.54mm排母)等。
•  NanoPC-T3 Plus)流畅运行Android5.1、Debian、UbuntuCore+Qt等系统，内核驱动源码完全开源，接口丰富。

硬件资源特性

• CPU: S5P6818, 运行主频1.4GHz
• 电源管理: 采用一颗ARM® Cortex®-M0单片机做电源管理, 支持动态调压, 软件关机和定时开机等功能
• 内存: 2GB 32bit DDR3 RAM
• 存储: 1 x microSD 卡槽
• 网络: Gbit Ethernet(RTL8211E)
• Wireless：802.11 b/g/n
• Bluetooth: 4.0 dual mode
• 天线: Wi-Fi和蓝牙共用, 板载陶瓷天线, 同时提供IPX接口
• eMMC: 16GB
• 视频输入：DVP Camera/MIPI-CSI(双摄像头口)
• 视频输出：HDMI/LVDS/并行RGB-LCD/MIPI-DSI(四个视频输出接口)
• 音频：3.5mm耳机座/Via HDMI
• 麦克风: 板载麦克风
• USB Host: 4 x USB 2.0 Host , 其中三个是标准A型接口, 另外一个是2.54mm排母
• Micro USB: 1 x USB 2.0 Client
• LCD接口: 45pin, 0.5mm间距FPC贴片座，支持全彩TFT LCD (RGB:8-8-8)
• HDMI: HDMI 1.4a, Type A型口，1080P高清显示
• DVP Camera接口: 24pin, 0.5mm间距，FPC贴片竖座
• GPIO扩展接口: 30 Pin2.54mm排母, 包含4个UART, 1路I2C, 1路SPI, 3路PWM,9个GPIO
• I2S/USB: 2.54mm间距排母
• 调试串口: 2.54mm间距排针
• 按键: 电源按键, 复位按键, 启动选择按键各一个
• LED: 1 x power LED and 1 x system LED
• CPU温度检测: CPU内部集成温度传感器
• RTC: 支持RTC, 板上有备份电池接口
• 散热片螺丝孔：能加螺丝固定的散热片
• 供电: DC 5V/3A
• PCB Size:100 x 64mm，八层，沉金工艺
• 温度工作范围: -40℃ to 80℃

 

       为避免广告嫌宜，不过多对设备进行说明（好象难以避免呵，如有此方面问题，请管理员协助进行和谐呵）

       在此给出设备的wiki地址：http://wiki.friendlyarm.com/wiki/index.php/NanoPC-T3_Plus/zh

 

支持的系统平台

       厂家提供的系统映像文件支持以下版本系统

• lubuntu-desktop-xenial-4.4-armhf（基于ubuntu16.04的LUbuntu桌面版，32位arm系统）
• friendlycore-xenial-4.4-armhf（基于ubuntu16.04的FriendlyCore系统，32位arm系统）
• friendlycore-xenial-4.4-arm64（基于ubuntu16.04的FriendlyCore系统，64位arm系统）
• Android5.1系统

       FriendlyCore，是一个没有X-windows环境，基于Ubuntu core构建的系统，使用Qt-Embedded作为图形界面的轻量级系统，兼容Ubuntu系统软件源，非常适合于企业用户用作产品的基础OS。

       系统除了保留Ubuntu Core的特性以外，还包括以下特性：

• 支持电容和电阻触摸屏
• 支持WiFi连接
• 支持以太网连接
• 支持蓝牙，已预装bluez等相关软件包
• 支持音频播放
• 支持Qt 5.10.0 EGLES和OpenGL ES1.1/2.0

系统平台

.NET Core支持的Linux版本

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/core/linux-prerequisites?tabs=netcore2x

.NET Core 2.x 将 Linux 视为一个操作系统。 支持的 Linux 分发都对应有一个 Linux 内部版本（根据芯片体系结构）。

 

以下 Linux 发行版本/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 28、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）、16.04、14.04 - 64 位（x86_64 或 amd64）
• Linux Mint 18、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）

系统平台选择

根据.NET Core 2.x对Linux系统的支持，选择friendlycore-xenial-4.4-arm64作为系统运行平台。

下载厂家提供的系统映像文件，对NanoPC-T3/Plus进行系统烧写，方法详见WIKI教程.

烧写主要步骤：

1、下载厂家提供的映像文件和烧写工具win32diskimager（wiki中提供了下载链接）

2、准备一张tf卡，格式化为一个分区（FAT32）

3、运行win32diskimager软件，选择映像文件，选择tf卡对应的分区，点击写入

4、烧写完成

5、将tf卡插入卡座，按信boot键给控制板上电（需外接显示器和键盘、鼠标）

6、根据屏幕提示，将系统安装至eMMC闪存。

 

连接嵌入式Linux系统

FriendlyCore系统默认支持多种连接方式，可通过外接输入、输出设备（键盘/鼠标、显示器）进行连接，也可以通过串口终端进行连接，也支持通过网络，使用ssh终端方式进行连接。

FriendlyCore系统默认配置了两个用户帐户

普通用户：

   用户名: pi

   密码: pi

Root用户：

   用户名: root

   密码: fa

系统开机默认会以 pi 用户自动登录，你可以使用 sudo npi-config 命令取消自动登录。

 

 

物理连接

NanoPC具有HDMI、TFT显示接口和USB接口，可以直接连接显示器、键盘/鼠标进行操作。

 

 

串口连接

NanoPC默认支持调试串口做为终端。

 

 

通过USB转TTL串口的串口模块进行连接。默认通讯参数：115200，N,8,1

软件可使用任意串口终端工具，如SecureCRT或Windows系统自带超级终端。

 

 

 

 

网络连接

可以通SSH工具进行网络连接，通过网络终端的方式访问。(Win10系统自带)

FriendlyCore系统网络配置默认为自动获取IP地址。通过网络连接设备，需要确定设备的IP地址。

初始IP地址可以通在串口终端模式下输入ifconfig命令查看，或通过网络扫描确定。

确定设备的IP地址后，可以通ssh命令进行终端连接

本次实验中，我们设备的IP地址为172.16.93.74,通过如下命令进行网络终端接入：

ssh pi@172.16.93.74

根据提示输入密码后，即可成功登入。

 

 

.NET Core跨平台验证

由于后期主要需要使用的程序功能为网络通讯和串口通讯，我们主要针对目标嵌入式linux系统下的网络和串口通讯进行验证。

本次实验中，我们先对串口通讯进行验证。

编写一个netcore2.x的控制台程序，程序实现系统信息显示，串口资源列举，串口选择，串口打开/关闭，串口接收显示和串口定时发送测试数据功能。

验证程序设计

采用SerialPort类进行串口测试功能实现（netcore项目需通过Nuget安装SerailPort库）

实现以下功能：

• 显示系统平台信息
• 串口资源列举，
• 串口选择，
• 串口打开
• 串口关闭
• 串口接收/数据显示
• 串口定时发送测试数据

程序较为简单，在此贴出部分功能代码：

显示系统平台信息

 

串口资源列举

 

串口测试

 

编译程序，在window下测试程序通过。

 

 

跨平台发布

因目标平台为arm64嵌入式linux系统，采用以下方式进行程序发布：

在命令行窗口，切换到项目文件夹，运行如下命令：

dotnet publish -r linux-arm64 -c Release

通过以上命令，得到生成的目标平台的发布包，程序文件及相关.netcore运行时依赖均被发布到项目release\netcoreapp2.2\linux-arm64\publish文件夹中。

 

远程部署

采用scp命令，将发布文件复制到目标机器

在windows（win10）系统中，打开控制台窗口，输入scp命令，命令格式如下：

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

根据提示输入用户密码，完成文件夹的复制。

 

在ssh终端窗口,切换到程序文件夹

cd /home/pi/publish

设置程序执行权限：

chmod 777 ./HelloArm           # HelloArm为测试程序文件名

 

输入./ HelloArm运行程序

 

Linux环境运行.Net Core程序

在普通用户pi中运行程序

 

 

程序显示了系统环境信息

由于程序启动后调用了SerialPort.GetPortNames方法，程序未能按预期执行，出现如下信息：

 

 

提示信息表明SerialPort类库仅支持Windows系统平台，不支持跨平台。

至此，.net core程序跨平台在linux系统运行成功，但串口类库不支持跨平台。

第三方串口类库

为解决串口类支持问题，查找资料，发现github上有一个开源SerialPortStream类库支持netcore,能够支持Linux系统。

https://github.com/jcurl/SerialPortStream

 

该类库支持windows系统和Linux系统，但在Linux系统下运行，需要额外编译目标平台支持库并进行相关环境配置。

Linux串口类库编译

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.

在目标系统中（FriendlyCore），安装GCC编译器和cmake

 

首先确定网络正常连接，能够访问互联网（需要良好的网络环境）。

执行如下命令：

sudo apt-get update

 

 

 

安装更新GCC

sudo apt-get install gcc

 

安装cmake

sudo apt-get install cmake

 

 

确保gcc和cmake安装正常。可采用命令查看安装情况

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

根据上面的命令，完成类库的源码克隆和编译。

注：类库linux依赖库仅需在同一目标平台编译一次，其他相同目标平台，复制并配置依赖库到目标系统即可。

环境变量配置

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

 

执行上述命令，配置类库目标到环境变量（上述命令为临时环境变量配置，仅当前shell有效）

配置全局环境变量的方法：

vi /etc/profile

在文件的最后一行，增加环境变量LD_LIBRARY_PATH的配置

保存退出后，执行source /etc/profile 刷新环境变量

注：vi相关操作，请自行百度或必应。

Linux串口测试

将测试验证程序中的SerialPort类更换为SerialPortStream类库（方法、属性基本兼容），进行适当的调整，在windows系统上编译运行，通过。

重新发布Linux系统运行版本，进行linux系统部署。

 

采用普通用户pi登录

如环境变量未有效配置，串口类无法正常执行，程序执行到串口方法调用处停止。

 

 

按Ctrl+C终止程序。

 

配置好串口类库所需环境变量，重新运行程序，程序正常运行。

如下图，程序启动，列举出系统有效串口，如下图所示：

 

由于pi用户帐户权限原因，程序只显示了/dev/ttySAC0一个串口，此串口为系统调试终端输出串口。

 

切换到系统超级用户

su root

根据提示输入密码：fa

 

切换到程序目录，执行测试程序 ./publish/HelloArm，出现如下界面：

 

 

 

在超级用户下，程序列举出了5个串口。

通过操作命令，打开指定的串口，开启接收事件及定时周期发送数据，连接电脑串口（目前大部分电脑已不再提供串口，本实验通过USB转串口模块进行连接），通过PC端的串口工具软件同Linux迷你PC主机进行通讯，收发通讯正常。

 

配置程序开机运行

在root用户下，配置/etc/rc.local文件，将程序添加到系统开机运行

 

vi /etc/rc.local

 

在exit 0之前增加一行

/home/pi/publish/HelloArm

 

保存退出，重启系统

reboot

 

重启系统后，调试串口终端界面中，可以看到程序运行的输出信息，至此，程序配置完成，开机自动运行成功。

 

结束语

       .net core为微软推出的跨平台托管程序框架，具备在非windows系统部署运行的能力，但在实际应用中，不能过于想当然，以为支持跨平台就万事大吉，以为凡是.net程序就可以顺利移植为.net core跨平台程序，在实际应用中，需要小心求证，以避免掉进计划时间过于理想的大坑（本实验耗费的时间，远超出计划时间呵。串口类库问题耗费了不少时间，对Linux系统相关操作的熟悉，也耗费了较多时间）。

       本文中，验证程序是以指定目标平台，无环境依赖方式进行的发布部署，.net core程序也支持以跨平台方式发布部署，但相关目标平台需安装.net core运行时以及相关依赖，微软官方已有详细的说明文档，本文不再赘述。

       注：本实验中，使用了两种硬件设备，故截图有所不同，但系统相同，不影响实验效果和结论。