linux下编程epoll实现将GPS定位信息上报到服务器

操作系统：CentOS

开发板：fl2440

开发模块：A7(GPS/GPRS),RT3070(无线网卡)

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前言：本博文实现的功能是：fl2440开发板运行客户端程序,将GPS的定位信息通过串口读取出来，然后将定位信息发送到服务器上。

（当然服务器上跑的是自己编写的服务器端程序）这个就有点类似共享单车上面装的GPS定位系统，然后公司就可以根据其共享单车的地理位置信息进行定位管理。不过我这个只是一个小程序，功能比较单一，只是初步学习网络socket编程，不敢妄加定论，如有不对的地方，谢请指正。

对于初次学习网络socket编程的人来说，了解epoll的原理是必要的，网上有大量文章介绍epoll的原理以及它的用法，所以本文不做过多的赘述，只是简单的分析。

1.什么是epoll?

      我的理解是：epoll是linux网络编程多路复用中的一种新的事件触发机制，相比于select，epoll最大的好处在于它不会随着监听fd数目的增长而降低效率，不过实现的原理大致相同，都是通过监听客户端套接字fd,也就是如果有多个客户端程序连接服务器，然后服务器端就将监听到的套接字fd存放在一个集合里，如果发现客户端套接字fd发生可读，可写,以及错误事件时，服务器端就进行相应的处理。不过epoll与poll及select不同的是，epoll采用的是基于事件的就绪通知方式。

  在select/poll中，进程只有在调用一定的函数后，内核才对所有监视的文件描述符进行扫描，而epoll事先通过epoll_ctl()来注册一个文件描述符，一旦基于某个文件描述符就绪时，内核会采用类似callback的回调机制，迅速激活这个文件描述符，当进程调用epoll_wait()时便得到通知。

epoll实现一共就三个函数：

(1). int epoll_create(int size);

创建一个epoll的句柄，size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select()中的第一个参数，给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是，当创建好epoll句柄后，它就会占用一个fd值，在linux下如果查看/proc/进程id/fd/，是能够看到这个fd的，所以在使用完epoll后，必须调用close()关闭，否则可能导致fd被耗尽。

(2).int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

epoll的事件注册函数，它不同与select()是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件，而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create()的返回值，第二个参数表示动作，用三个宏来表示：

EPOLL_CTL_ADD：注册新的fd到epfd中；

EPOLL_CTL_MOD：修改已经注册的fd的监听事件；

EPOLL_CTL_DEL：从epfd中删除一个fd；

第三个参数是需要监听的fd，第四个参数是告诉内核需要监听什么事.

struct epoll_event结构如下：

typedef union epoll_data {

   void *ptr;

   int fd;

    __uint32_t u32;

    __uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

    __uint32_t events; /* Epoll events */

    epoll_data_t data; /* User data variable */

};

events可以是以下几个宏的集合：

EPOLLIN ：表示对应的文件描述符可以读（包括对端SOCKET正常关闭）；

EPOLLOUT：表示对应的文件描述符可以写；

EPOLLPRI：表示对应的文件描述符有紧急的数据可读（这里应该表示有带外数据到来）；

EPOLLERR：表示对应的文件描述符发生错误；

EPOLLHUP：表示对应的文件描述符被挂断；

EPOLLET： 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式，这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。

EPOLLONESHOT：只监听一次事件，当监听完这次事件之后，如果还需要继续监听这个socket的话，需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里.

(3).int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);

   等待事件的产生，类似于select()调用。参数events用来从内核得到事件的集合，maxevents告之内核这个events有多大，这个 maxevents的值不能大于创建epoll_create()时的size，参数timeout是超时时间（毫秒，0会立即返回，-1将不确定，也有说法说是永久阻塞）。该函数返回需要处理的事件数目，如返回0表示已超时。

2.如何使用epoll?

通过在包含一个头文件#include <sys/epoll.h> 以及几个简单的API将可以大大的提高你的网络服务器的支持人数。

首先通过create_epoll(int maxfds)来创建一个epoll的句柄，其中maxfds为你epoll所支持的最大句柄数。

这个函数会返回一个新的epoll句柄，之后的所有操作将通过这个句柄来进行操作。在用完之后，记得用close()来关闭这个创建出来的epoll句柄。

之后在你的网络主循环里面，每一帧的调用epoll_wait(int epfd, epoll_event events, int max events, int timeout)来查询所有的网络接口，看哪一个可以读

哪一个可以写了。基本的语法为：

nfds = epoll_wait(kdpfd, events, maxevents, -1);

其中kdpfd为用epoll_create创建之后的句柄，events是一个epoll_event*的指针，当epoll_wait这个函数操作成功之后，epoll_events里面将储存所有的读写

件。max_events是当前需要监听的所有socket句柄数。最后一个timeout是 epoll_wait的超时，为0的时候表示马上返回，为-1的时候表示一直等下去，直到有事件

围，为任意正整数的时候表示等这么长的时间，如果一直没有事件，则返回。一般如果网络主循环是单独的线程的话，可以用-1来等，这样可以保证一些效率，如果是和主

辑在同一个线程的话，则可以用0来保证主循环的效率。epoll_wait返回之后应该是一个循环，遍利所有的事件。

epoll简单分析之后，进入正题：

一.前期准备
  (1).在测试程序之前我们得保证我们的开发板能够成功上网，当然我是直接在我的开发板上插上一块无线网卡，通过相应的命令连接路由器上网，前提是开发板要使能相应的驱动，具体怎么使能，及相应的操作命令是啥？我的这篇博客有总结，可以参考一下：点击打开链接
  (2).由于我的A7模块是同时具有GPS与GPRS功能，所以打开GPS需要通过AT+GPS=1命令开启，使用microcom命令监听串口，查看输入AT命令之后，串口是否会有OK回显，具体操作我的博客有总结，参考这篇博客：点击打开链接
  (3).硬件连线我使用的是两根USB转串口线，一根连接开发板，通过串口方式来连接开发板，一根连接GPS模块，当然也可以通过ssh代理远程登陆开发板，不过开发板能够与PC通信（两种方法：1.网线有线连接使其开发板与PC相连。2.插上无线网卡，开发板能上网，无线连接开发板）
二.网络编程
客户端代码：
client.c:
  1. /*********************************************************************************
  2. * Copyright: (C) 2017 zoulei
  3. * All rights reserved.
  4. *
  5. * Filename: client.c
  6. * Description: This file
  7. *
  8. * Version: 1.0.0(2017年06月21日)
  9. * Author: zoulei <zoulei121@gmail.com>
  10. * ChangeLog: 1, Release initial version on "2017年06月21日 19时17分40秒"
  11. *
  12. ********************************************************************************/
  13. #include <sys/types.h>
  14. #include <sys/stat.h>
  15. #include <fcntl.h>
  16. #include <stdio.h>
  17. #include <string.h>
  18. #include <sys/types.h>
  19. #include <sys/socket.h>
  20. #include <arpa/inet.h>
  21. #include <unistd.h>
  22. #include <netinet/in.h>
  23. #include <errno.h>
  24. #include <stdlib.h>
  25. #include "gps.h"
  26. #define GPS_LEN 1024
  27. #define PORT 9997
  28. int set_serial(int fd,int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop);
  29.  
  30. int main (int argc, char **argv)
  31. {
  32. int fd=0;
  33. int n=0;
  34. int i=0;
  35. int sockfd;
  36. int rec_len;
  37. GPRMC gprmc;
  38. char sendbuf[1024] ;
  39. char buff[GPS_LEN];
  40. char *str=NULL;
  41. char *dev_name="/dev/ttyUSB0";
  42. struct sockaddr_in servaddr;
  43. /*打开"/dev/ttyUSB0"设备*/
  44. if((fd=open(dev_name,O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0)
  45. {
  46. perror("Can't Open the ttyUSB0 Serial Port");
  47. return -1;
  48. }
  49. set_serial( fd,9600,8,'N',1);//串口配置函数
  50. /* 判断命令端输入的参数是否正确 */
  51. if( argc != 2)
  52. {
  53. printf("usage: ./client <ipaddress>\n");
  54. exit(0);
  55. }
  56. /* 创建客户端套接字--IPv4协议，面向连接通信，TCP协议*/
  57. if(( sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
  58. {
  59. perror("socket");
  60. exit(0);
  61. }
  62. /* 初始化 */
  63. memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr)); /* 数据初始化-清零 */
  64. servaddr.sin_family = AF_INET; /* 设置IPv4通信 */
  65. servaddr.sin_port = htons(PORT);/* 设置服务器端口号 */
  66. /* IP地址转换函数，将点分十进制转换为二进制 */
  67. if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
  68. {
  69. printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);
  70. exit(0);
  71. }
  72. /* 将套接字绑定到服务器的网络地址上*/
  73. if( connect( sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr))<0)
  74. {
  75. perror("connected failed");
  76. exit(0);
  77. }
  78. while(1)
  79. {
  80. sleep(2);
  81. /*读串口设备获取GPS定位信息*/
  82. if((n=read(fd,buff,sizeof(buff)))<0)
  83. {
  84. perror("read error");
  85. return -1;
  86. }
  87. /*将GPS定位信息发送到服务器端*/
  88. if(send(sockfd,buff,strlen(buff),0)< 0 )
  89. {
  90. printf("send the gps datas error:%s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
  91. exit(0);
  92. }
  93.  
  94. printf("read buff:%s\n",buff);
  95.  
  96. }
  97. close(sockfd);
  98. close(fd);
  99. return 0;
  100. }
串口配置程序及gps.h文件，在我上篇博客：点击打开链接
makefile:
  1. CC=/opt/buildroot-2012.08/arm920t/usr/bin/arm-linux-gcc
  2.  
  3. objs=uart1.o client.o
  4. srcs=uart1.c client.c
  5.  
  6. client_test: $(objs)
  7. $(CC) -o client_test $(objs)
  8. @make clean
  9.  
  10. client.o: $(srcs) gps.h
  11. $(CC) -c $(srcs)
  12.  
  13. uart1.o: uart1.c
  14. $(CC) -c uart1.c
  15.  
  16. clean:
  17. rm *.o
make编译之后生成client_test可执行文件，然后将其烧录到开发板。赋予可执行，可读，可写权限。
服务器代码：
sev.c:
  1. /*********************************************************************************
  2. * Copyright: (C) 2017 zoulei.
  3. * All rights reserved.
  4. *
  5. * Filename: sev.c
  6. * Description: This file
  7. *
  8. * Version: 1.0.0(06/22/2017)
  9. * Author: zoulei <zoulei121@gmail.com>
  10. * ChangeLog: 1, Release initial version on "06/22/2017 11:25:16 AM"
  11. *
  12. ********************************************************************************/
  13. #include <string.h>
  14. #include <stdio.h>
  15. #include <stdlib.h>
  16. #include <unistd.h>
  17. #include <sys/select.h>
  18. #include <sys/time.h>
  19. #include <sys/socket.h>
  20. #include <netinet/in.h>
  21. #include <arpa/inet.h>
  22. #include <sys/epoll.h>
  23. #include <errno.h>
  24. #define OPEN_MAX 100
  25.  
  26. typedef unsigned int UINT;
  27. typedef int BYTE;
  28.  
  29. typedef struct __gprmc__
  30. {
  31. UINT time;/* gps定位时间 */
  32. char pos_state;/*gps状态位*/
  33. float latitude;/*纬度 */
  34. float longitude;/* 经度 */
  35. float speed; /* 速度 */
  36. float direction;/*航向 */
  37. UINT date; /*日期 */
  38. float declination; /* 磁偏角 */
  39. char dd;
  40. char mode;/* GPS模式位 */
  41.  
  42. }GPRMC;
  43.  
  44. int gps_analyse (char *buff,GPRMC *gps_data)
  45. {
  46. char *ptr=NULL;
  47. if(gps_data==NULL)
  48. {
  49. return -1;
  50. }
  51. if(strlen(buff)<10)
  52. {
  53. return -1;
  54. }
  55. if(NULL==(ptr=strstr(buff,"$GPRMC")))
  56. {
  57. return -1;
  58. }
  59. sscanf(ptr,"$GPRMC,%d.000,%c,%f,N,%f,E,%f,%f,%d,,,%c*",&(gps_data->time),&(gps_data->pos_state),&(gps_data->latitude),&(gps_data->longitude),&(gps_data->speed),&(gps_data->direction),&(gps_data->date),&(gps_data->mode));
  60. return 0;
  61. }
  62.  
  63. int print_gps (GPRMC *gps_data)
  64. {
  65. printf(" \n");
  66. printf(" \n");
  67. printf("===========================================================\n");
  68. printf("== 全球GPS定位导航模块 ==\n");
  69. printf("== Author：zoulei ==\n");
  70. printf("== Email：zoulei121@gmail.com ==\n");
  71. printf("== Platform：fl2440 ==\n");
  72. printf("===========================================================\n");
  73. printf(" \n");
  74. printf("===========================================================\n");
  75. printf("== GPS state bit : %c [A:有效状态 V:无效状态] \n",gps_data->pos_state);
  76. printf("== GPS mode bit : %c [A:自主定位 D:差分定位] \n", gps_data->mode);
  77. printf("== Date : 20%02d-%02d-%02d \n",gps_data->date%100,(gps_data->date%10000)/100,gps_data->date/10000);
  78. printf("== Time : %02d:%02d:%02d \n",(gps_data->time/10000+8)%24,(gps_data->time%10000)/100,gps_data->time%100);
  79. printf("== 纬度 : 北纬:%d度%d分%d秒 \n", ((int)gps_data->latitude) / 100, (int)(gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->latitude - ((int)gps_data->latitude / 100 * 100))) * 60.0));
  80. printf("== 经度 : 东经:%d度%d分%d秒 \n", ((int)gps_data->longitude) / 100, (int)(gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)), (int)(((gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100)) - ((int)gps_data->longitude - ((int)gps_data->longitude / 100 * 100))) * 60.0));
  81. printf("== 速度 : %.3f m/s \n",gps_data->speed);
  82. printf("== \n");
  83. printf("============================================================\n");
  84.  
  85. return 0;
  86. }
  87. int main(int argc, char *argv[])
  88. { int max = 0 ;
  89. int i = 0 ;
  90. int len = 0 ;
  91. int sockfd ;
  92. int epfd ;
  93. int connfd ;
  94. int ret ;
  95. int fd[OPEN_MAX];
  96. char buff[512];
  97. GPRMC gprmc;
  98. struct epoll_event event; // 告诉内核要监听什么事件
  99. struct epoll_event wait_event; //内核监听完的结果
  100. struct sockaddr_in server_addr;
  101.  
  102. /* AF_INET 表示采用TCP/IP协议族 SOCK_STREAM 表示采用TCP协议 */
  103. if(( sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))<0)
  104. {
  105. perror("creat socket error");
  106. return -1;
  107. }
  108. memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));
  109. server_addr.sin_family = AF_INET;
  110. server_addr.sin_port = htons(9997);
  111. server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  112. /* 将socket绑定到某个IP和端口（IP标识主机，端口标识通信进程） */
  113. if(( bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)))<0)
  114. {
  115. perror("bind error");
  116. return -1;
  117. }
  118. /* 将socket设置为监听模式，10表示等待连接队列的最大长度 */
  119. if( listen(sockfd, 10) < 0)
  120. {
  121. perror("listen error");
  122. return -1;
  123. }
  124.  
  125. memset(fd,-1, sizeof(fd));
  126. fd[0] = sockfd;
  127. epfd = epoll_create(10); // 创建一个 epoll 的句柄，参数要大于 0， 不然没有太大意义
  128. if( -1 == epfd )
  129. {
  130. perror ("epoll_create error");
  131. return -1;
  132. }
  133.  
  134. event.data.fd = sockfd; //监听套接字
  135. event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
  136. /*事件注册函数，将监听套接字描述符 sockfd 加入监听事件 */
  137. if(( ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, sockfd, &event)) == -1)
  138. {
  139. perror("epoll_ctl");
  140. return -1;
  141. }
  142.  
  143. while(1)
  144. {
  145. /* 监视并等待多个文件描述符的属性变化（是否可读）
  146. 没有属性变化，这个函数会阻塞，直到有变化才往下执行，这里没有设置超时.*/
  147. ret = epoll_wait(epfd, &wait_event, max+1, -1);
  148. /*监测sockfd(监听套接字)是否存在连接 */
  149. if(( sockfd == wait_event.data.fd ) && ( EPOLLIN == wait_event.events & EPOLLIN ))
  150. {
  151. struct sockaddr_in cli_addr;
  152. int clilen = sizeof(cli_addr);
  153. /* 从tcp完成连接中提取客户端*/
  154. if(( connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen)) < 0)
  155. {
  156. perror("accept faild");
  157. return -1;
  158. }
  159. /* 将提取到的connfd放入fd数组中，以便下面轮询客户端套接字 */
  160. for(i=1; i<OPEN_MAX; i++)
  161. {
  162. if(fd[i] < 0)
  163. {
  164. fd[i] = connfd;
  165. event.data.fd = connfd; //监听套接字
  166. event.events = EPOLLIN; // 表示对应的文件描述符可以读
  167.  
  168. /* 事件注册函数，将监听套接字描述符 connfd 加入监听事件 */
  169. ret = epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, connfd, &event);
  170. if(-1 == ret)
  171. {
  172. perror("epoll_ctl");
  173. return -1;
  174. }
  175. break;
  176. }
  177. }
  178. /* max更新 */
  179. if(i > max)
  180. max = i;
  181. /* 如果没有就绪的描述符，就继续epoll监测，否则继续向下看*/
  182. if(--ret <= 0)
  183. continue;
  184.  
  185. }
  186. for(i=1; i<=max; i++)
  187. {
  188. if(fd[i] < 0)
  189. continue;
  190.  
  191. if(( fd[i] == wait_event.data.fd ) && ( EPOLLIN == wait_event.events & (EPOLLIN|EPOLLERR) ))
  192. {
  193. /*接受客户端数据 */
  194. if((len = recv(fd[i], buff, sizeof(buff), 0)) < 0)
  195. {
  196. if(errno == ECONNRESET)//tcp连接超时、RST
  197. {
  198. close(fd[i]);
  199. fd[i] = -1;
  200. }
  201. else
  202. perror("read error:");
  203. }
  204. else if(len == 0)//客户端关闭连接
  205. {
  206. close(fd[i]);
  207. fd[i] = -1;
  208. }
  209. else //正常接收到客户端的数据
  210. buff[len]='\0';
  211. printf("receive the data：%s \n",buff);
  212. memset(&gprmc, 0 , sizeof(gprmc));
  213. gps_analyse(buff,&gprmc);
  214. print_gps(&gprmc);
  215. /*所有的就绪描述符处理完了，就退出当前的for循环，继续epoll监测 */
  216. if(--ret <= 0)
  217. break;
  218. }
  219. }
  220. }
  221. close(sockfd);
  222. close(epfd);
  223. return 0;
  224. }
测试结果：
客户端（开发板）：
服务器端：

posted @ 2018-07-19 20:54  专注it  阅读(907)  评论(0)  编辑  收藏  举报