利用消息队列遥测传输的PC与开发板的控制交互

消息队列遥测传输即MQTT，这是广泛应用于物联网领域的一种基于发布-订阅范式的消息协议。关于该协议的理论有较多的资料阐述解释，可以广泛参考借鉴，我们重点聚焦如何应用。现在给出一个很简单的场景，要通过PC监测一个嵌入式设备上芯片的温度，当温度处于正常范围时PC控制设备上的指示灯不亮，温度过高时控制其长亮，温度过低时控制使其闪烁。由于测试环境下无法真实模拟这样的场景，则将其进一步简化，设备定时给PC报告芯片温度，PC自由控制设备上的LED灯的亮灭闪烁。如何做到？

首先要明白MQTT不是在两个对象之间直接传递消息，而是通过服务器的中转、分发，实现从设备A到设备B的消息传输，这里A和B都是MQTT客户端。其次MQTT的核心思想是“发布、订阅”和“主题”，发布的是属于某个主题的消息，订阅的也是某个主题的消息。简单类比一下，你在淘宝买了件商品，商品的物流信息就是一个“主题”，你作为一个“客户端”“订阅”了这个“主题”。而售卖这个商品的商家是另外一个“客户端”，它负责往这个“主题”上“发布”该商品的物流运输信息。淘宝平台就相当于服务端，它将中转物流运输信息并发送到你手机上，你这个客户端就能收到相关消息了。在此过程中你和商家并未直接联系，而是使用了类似MQTT的机制取得消息。所以针对最开始说的这个场景，应该先确定谁要发什么消息，谁要收什么消息，消息的主题有哪些。显然，我们发现消息一共就两种，一是“芯片温度报告”，这个是设备来发布、PC来订阅，二是“LED状态控制”，设备订阅、PC发布。我们这里用一块以IMX6ULL为核心芯片的开发板来作为设备，它上面自带了一颗可以自由控制的LED。

显然在这个场景中，PC和开发板是两个client，那什么是server？实际上有一些专门作为MQTT server的地址，例如tcp://mq.tongxinmao.com:18830，它还自带了可应用于windows的MQTT桌面客户端，所以PC侧的客户端问题也就解决了。那开发板client如何解决？这就需要我们借助MQTT开源库来开发自己的客户端了。MQTT官网就有适用于多种语言的开源库的源码可供下载使用，我们选择Paho C，下载完经过编译得到将来开发所需的库文件：

我们只实现能够使一个客户端正常工作的基本操作。Paho库提供了一系列可供应用程序调用的API，其中与client相关的必要接口声明在头文件MQTTClient.h中，每个数据结构和接口都配有相当详细的说明描述，基本都是一看便能明白其中的含义。想要使用客户端必须先创建一个MQTTClient对象，其对应的接口如下。其第一个参数就是一个用void*表示的client句柄，第二个参数是服务端的地址，MQTTClient.h规定了它的正确格式，第三个参数是client标识，每个想要连接到server的client必须提供一个独特的标识，如果标识有重复，则server按照同一个client处理。建立client成功后，如果本client要接收消息，则必须设置相关的回调函数，一般最多可以设置三中回调，包括连接丢失callback、接收消息callback及发送消息callback，它们分别用于处理client与server连接断开、收到server分发的消息及成功发送消息的后续动作。对于一个要接收消息的client，设置接收callback必不可少。然后client调用MQTTClient_connect向server发起连接，在调用它之前需要设置连接选项，这个数据结构规定了MQTT消息传输中的关键参数，例如心跳间隔、是否清除会话、是否可靠连接、用户名密码等等。一旦连接成功了，client就可以开始往某个主题发布消息，订阅了该主题的client就会收到，或者订阅某个主题，之后有其它client给相同主题发消息时，这边就可以收到。相关的接口均在头文件中有详细说明。

在本例中，如前所述可以规定PC与开发板交互的消息主题如下：

MQTT规定消息的主题都是字符串形式，PC发布亮灯控制消息到fuyumeng/led_control，正常情况下开发板将收到指令，执行点灯操作。开发板周期性发布当前的芯片温度到fuyumeng/temperature_notify，正常情况下PC的MQTT客户端就会周期性获知芯片温度。LED的控制直接通过操作/sys/class/led目录下设备的属性完成，可实现亮、灭和闪烁。芯片温度则可通过直接读取/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp属性值获得。对开发板而言，使其成为一个可用的client的主要配置流程为：

对应于这个流程的开发板client主要代码如下：

主函数中开发板每隔10s读取一次芯片温度并发布，PC理应也以10s为周期收到这个消息。接收回调中根据收到的指令执行相应的LED操作。编译该程序并将可执行文件载入开发板并启动该进程，正常情况下开发板client就已经生效了。PC侧的客户端可以直接使用mq.tongxinmao.com提供的windows客户端exe如下：

点击启用连接到server，然后订阅主题就可以看到exe中持续收到的芯片温度信息了，看时间间隔基本上是10s：

这里收到的数据是原始读数并未进行转换处理。PC侧在接收的同时，可以发送不同的LED命令给开发板，这时可以看到开发板侧进程收到了消息，同时可以看到开发板上的LED按照要求动作：