教你动手写TCP上位机与小熊派通信

首发：Rice 嵌入式开发技术分享
作者：RiceDIY

背景

• 上位机开发不限于语言，找我之前开发中，初衷就是那种方便就使用那种语言开发，如：C#, QT, python, VB等。
• 本篇文章分享是采用QT开发的TCP上位机，功能：通过TCP上位机控制小熊派板载外设。
• 上位机采用QT开发，小熊派跑RT-Thread，如下图为总体框图。

‍TCP上位机

• 本上危机支持作为服务器也支持作为客户端，可以通过按键进行切换到不同的模式。该上位机主要功能：①控制板子LED，②调节扩展板E53\_IA1上LED的亮度。
• 不过属于是作为客户端还是服务器都可以实现上述两个功能。
• 上位机功能实现主要有两个文件：bearpi.cpp和bearpi.h

TCP上位机开发说明：

1. 在项目文件中添加如下内容：

QT       += network  

2. TCP网络编程需要用到的头文件：

#include <QTcpSocket>  
#include <QTcpServer>  

3. bearpi.h头文件内容说明：申明了界面的事件槽函数，并且定义了Tcp\_Server和TcpSocket的句柄。

#ifndef BEARPI_H  
#define BEARPI_H  
  
#include <QMainWindow>  
#include <QTcpSocket>  
#include <QTcpServer>  
  
QT_BEGIN_NAMESPACE  
namespace Ui { class bearpi; }  
QT_END_NAMESPACE  
  
class bearpi : public QMainWindow  
{  
    Q_OBJECT  
  
public:  
    bearpi(QWidget *parent = nullptr);  
    ~bearpi();  
  
  
private slots:  
    void on_mode_pushButton_clicked();  
  
    void on_start_pushButton_clicked();  
  
    void on_open_pushButton_clicked();  
  
    void on_pwm_horizontalSlider_valueChanged(int value);  
  
private:  
    void switch_mode();  
    void new_client_connect();  
  
private:  
    Ui::bearpi *ui;  
    QTcpServer *server;  
    QTcpSocket *socket;  
};  
#endif // BEARPI_H  

4. bearpi.cpp源文件构造函数内容说明：①实例化Tcp\_Server和TcpSocket的句柄，②定义IP地址的lineEdit控件格式，③根据模式使能对应的控件。

bearpi::bearpi(QWidget *parent)  
    : QMainWindow(parent)  
    , ui(new Ui::bearpi)  
{  
    ui->setupUi(this);  
  
    server = new QTcpServer();  
    socket = new QTcpSocket();  
  
    QRegExp ip_RegExp("^((2[0-4]\\d|25[0-5]|[01]?\\d\\d?)\\.){3}(2[0-4]\\d|25[0-5]|[01]?\\d\\d?)$");  
    QRegExpValidator *ip_format = new QRegExpValidator(ip_RegExp, this);  
    ui->ip_lineEdit->setValidator(ip_format);  
  
    switch_mode();  
}  

5. bearpi.cpp源文件switch\_mode()函数内容说明：①根据模式使能对应的控件。

void bearpi::switch_mode()  
{  
    if(ui->mode_pushButton->text() == tr("SERVER"))  
    {  
        ui->ip_lineEdit->setEnabled(false);  
    }  
    else if(ui->mode_pushButton->text() == tr("CLIENT"))  
    {  
        ui->ip_lineEdit->setEnabled(true);  
    }  
}  

6. bearpi.cpp源文件new\_client\_connect()函数内容说明：①当模式作为server时，有客户端请求建立连接时的信号槽函数，主要与客户端建立socket句柄。

void bearpi::new_client_connect()  
{  
    socket = server->nextPendingConnection();  
    qDebug() << "A Client connect!";  
}  

7. bearpi.on\_start\_pushButton\_clicked()函数内容说明：①当作为服务器，则进行建立服务器，并联建立客户端连接槽函数。①当作为客户端，根据IP地址和端口号与服务器建立连接。

void bearpi::on_start_pushButton_clicked()  
{  
    if(ui->start_pushButton->text() == tr("START"))  
    {  
        if(ui->mode_pushButton->text() == tr("SERVER"))  
        {  
            int port = 0;  
  
            connect(server,&QTcpServer::newConnection,this,&bearpi::new_client_connect);  
  
            port = ui->port_lineEdit->text().toInt();  
  
            if(!server->listen(QHostAddress::Any, port))  
            {  
                qDebug() << server->errorString();  
                return;  
            }  
            qDebug() << "Listen successfully";  
        }  
        else if(ui->mode_pushButton->text() == tr("CLIENT"))  
        {  
            QString ip;  
            int port = 8080;  
  
            ip = ui->ip_lineEdit->text();  
            port = ui->port_lineEdit->text().toInt();  
  
            socket->abort();  
            socket->connectToHost(ip, port);  
  
            if(!socket->waitForConnected(3000))  
            {  
                qDebug() << "Connect failed";  
                return;  
            }  
            qDebug() << "Connect successfully";  
        }  
        ui->start_pushButton->setText(tr("STOP"));  
        ui->mode_pushButton->setEnabled(false);  
    }  
    else if(ui->start_pushButton->text() == tr("STOP"))  
    {  
        if(ui->mode_pushButton->text() == tr("SERVER"))  
        {  
            socket->abort();  
            server->close();  
  
        }  
        else if(ui->mode_pushButton->text() == tr("CLIENT"))  
        {  
            socket->disconnectFromHost();  
        }  
        ui->start_pushButton->setText(tr("START"));  
        ui->mode_pushButton->setEnabled(true);  
    }  
}  

8. bearpi.cpp源文件on\_open\_pushButton\_clicked()函数内容说明：①控制小熊派板载LED的开关的槽函数，②通过发送led\_open和led\_close字符串来控制板载LED。

void bearpi::on_open_pushButton_clicked()  
{  
    qDebug() << ui->open_pushButton->text();  
    if(ui->open_pushButton->text() == tr("OPEN LED"))  
    {  
        socket->write("led_open");  
        socket->flush();  
        ui->open_pushButton->setText(tr("CLOSE LED"));  
    }  
    else if(ui->open_pushButton->text() == tr("CLOSE LED"))  
    {  
        socket->write("led_close");  
        socket->flush();  
        ui->open_pushButton->setText(tr("OPEN LED"));  
    }  
}  

9. bearpi.cpp源文件on\_pwm\_horizontalSlider\_valueChanged()函数内容说明：①调节扩展板E53\_IA1上LED的亮度的槽函数，②根据滑动条的值调节扩展板E53\_IA1上LED的PWM。

void bearpi::on_pwm_horizontalSlider_valueChanged(int value)  
{  
    char pwm_str[1] = {0};  
  
    pwm_str[0] = (char)value;  
  
    socket->write(pwm_str);  
    socket->flush();  
  
    qDebug() << pwm_str[0];  
}  

TCP上位机演示：

1. 作为server：

2. 作为client：

小熊派开发

• 为了快速的开发，我直接采用rt-thread，它提供的丰富的组件，不用自己造轮子。小熊派上的功能主要是启动一个client，然后通过接收到上位机的命令之后通过PWM或GPIO控制LED。
• 网络：采用小熊派板载模组ESP8266。使用RT-Thread的AT组件，SAL组件，netdev组件。
• PWM：使用了PWM设备驱动框架
• demo中小熊派作为客户端，TCP上位机作为服务器。上位机通过TCP控制小熊派。

小熊派代码说明：

1. 通过RT-THREAD强大的组件，使我们编程更加统一简单。

• 创建一个socket，然后连接到对应上位机服务器。
• 根据设备名获取PWM的句柄，然后初始化pwm的初始值并使能。
• 创建一个线程，用于处理服务器下发的指令及数据。

void bearpi_client(int argc, char **argv)  
{  
  int ret;  
  struct hostent *host;  
  struct sockaddr_in server_addr;  
  
  host = gethostbyname(IP_ADDR);  
  
  if ((sock_client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)  
  {  
    rt_kprintf("Socket error\n");  
    return;  
  }  
  
  server_addr.sin_family = AF_INET;  
  server_addr.sin_port = htons(PORT);  
  server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);  
  rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));  
  
  if (connect(sock_client_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)  
  {  
    rt_kprintf("Connect fail!\n");  
    closesocket(sock_client_fd);  
    return;  
  }  
  
  pwm_dev = (struct rt_device_pwm *)rt_device_find(PWM_DEV_NAME);  
  
  rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, pulse);  
  
  rt_pwm_enable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL);  
  
  rt_thread_init(&bearpi_thread,  
                "bearpi",  
                bearpi_entry,  
                RT_NULL,  
                &bearpi_stack[0],  
                sizeof(bearpi_stack),  
                10, 5);  
  rt_thread_startup(&bearpi_thread);  
  
  return;  
}  
MSH_CMD_EXPORT(bearpi_client, a tcp client sample);  

2. 接受数据线程：根据命令的类型进行调节板载的LED。

void bearpi_entry(void* paramenter)  
{  
  char recv_data[BUFSZ] = {0};  
  uint32_t recv_len = 0;  
  
  uint32_t is_open = 0;  
  while (1)  
  {  
    recv_len = recv(sock_client_fd, recv_data, BUFSZ - 1, 0);  
  
    if(recv_len > 0)  
    {  
      if(strncmp(recv_data, "led_open", 8) == 0)  
      {  
        rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_HIGH);  
        is_open = RT_TRUE;  
      }  
      else if(strncmp(recv_data, "led_close", 1) == 0)  
      {  
        rt_pin_write(LED0_PIN, PIN_LOW);  
        is_open = RT_FALSE;  
        rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, 0);  
      }  
      else  
      {  
        if(is_open == RT_TRUE)  
        {  
          pulse = period / 100 * recv_data[0];  
          rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, pulse);  
        }  
      }  
    }  
  }  
}  

吐槽说明：

• 在RT-THREAD的驱动中，有一个做的不是很友好的地方如下图：
• drv\_pwm.c中了为了划分不同的型号进行的归类，RT-THREAD值进行大类归类，而没有进行细化不同的型号。如L4系列，但实际STM32L431并没有那么多TIM，所以当我们使能PWM这个功能时，会编译不过。。
• 所以这里需要细分不同型号，但在作者工程中，把报错的地方直接注释了。

整体功能演示

源代码厂库

• 代码链接：https://gitee.com/RiceChen0/b...\_rt-thread.git
• 分支：tcp\_demo
• 如果你们觉得不错，记得加个：Star。

推荐阅读

• MbedTLS学习--SHA-1
• 线程优先级翻转，如何避免？
• 教你动手写网络协议栈-MQTT报文解析6-实战

更多嵌入式技术干货请关注Rice 嵌入式开发技术分享