应用 智能网关

【综合】实战智能网关

开发板做网关，Ubuntu做服务器，Windows（串口）做客户端

Posted by Jerry Chen on August 18, 2019

基于内容

进行之前需要完成下列内容：

开始

准备的资源

资源 用途 地址
串口调试助手 和开发板通信 下载

简单的介绍

功能：开发板作为智能网关中转客户端和服务器的信息，其中和客户端通信方式是串口，和服务器通信方式是TCP。

伪代码如下：

智能网关：

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pid = fork();
if(pid){
    pid_sub = fork();
    if(pid_sub){
        while(1){
            if(接收到串口数据)
            	转发到TCP服务器
        }
    }
    else{
        while(1){
            if(接收到UDP数据)
            	转发到TCP服务器
        }
    }
}
else{
    while(1){
        if(接收到TCP服务器数据)
        	转发给UDP或者串口
    }
}

服务器：

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pid = fork()
if(pid){
    while(1){
        if(控制台输入)
        	TCP发出
    }
}
else{
    while(1){
        if(TCP读取到信息)
        	TCP发出
    }
}

具体的操作

开发板准备2个串口，一个是标准输入输出（开发板Xu[T/R]XD2），一个是目标串口ttySAC3（开发板Xu[T/R]XD3）。如果只有一根串口线就先接第2组串口，设置程序开机启动；然后关机接第3组串口，再启动进行测试。注意串口尽量别热插拔。

编写服务器端程序
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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
/*自定义socket api*/
#include "src/include/socket_api.h"

int main(int argc,char *argv[]){
	pid_t pid;
	int tcp_server_fd,tcp_client_fd;
	char str[64],buf[64];
	int read_len;

	if((tcp_server_fd = tcp_init(argv[1],atoi(argv[2]),5)) < 0){
		return -1;
	}
	
	tcp_client_fd = tcp_build(tcp_server_fd);
	
	pid = fork();
	if(pid == -1){
		printf("fork failed\n");
		return 1;
	}
	else if(pid){ //当前进程（父进程）输入直接发送信息
		while(1){
			memset(str,0,sizeof(str));
			scanf("%s",str);
			fflush(stdin);
			if(strncmp(str,"exit",4) == 0){//输入exit退出
				kill(pid,9);
				break;
			}
			write(tcp_client_fd,str,strlen(str));
		}
	}
	else{ //子进程，接收信息返回信息
		while(1){
			memset(buf, 0, sizeof(buf));
			read_len = read(tcp_client_fd, buf, sizeof(buf));
			if(read_len){
				printf("socket data is %s!\n",buf);//至少加\n，否则有可能打印不出来
				memset(str,0,sizeof(str));
				sprintf(str,"RE:%s",buf);
				write(tcp_client_fd,str,strlen(str));
			}
		}
	}
	
	close(tcp_client_fd);
	close(tcp_server_fd);

	return 0;
}
编写网关程序
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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <signal.h>
#include <string.h>
//进程间通信：共享内存
#include <sys/shm.h> 
/*自定义串口 api*/
#include "src/include/uart_api.h"
/*自定义socket api*/
#include "src/include/socket_api.h"

int main(int argc,char *argv[]){
	pid_t pid,pid_sub;
	
	//串口配置
	char *uart3 = "/dev/ttySAC3";
	int uart_fd;
	if((uart_fd = open(uart3, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY))<0){
		printf("open %s is failed",uart3);
		return -1;
	}
	set_opt(uart_fd, 115200, 8, 'N', 1);
	//UDP先收端配置
	int udp_fd;
	struct sockaddr_in servaddr,src_addr,*share;//src_addr记录来源地址，对应share共享内存
	if((udp_fd = udp_init_firstrecv(servaddr,"0.0.0.0",55006)) < 0){
		return -1;
	}
	//TCP客户机配置
	int tcp_fd;
	if((tcp_fd = tcp_request(argv[1],atoi(argv[2]))) < 0){
		return -1;
	}
	
	//创建共享内存
	int shmid = shmget((key_t)1234, sizeof(struct sockaddr_in), 0666|IPC_CREAT);  
    if(shmid == -1){  
        perror("shmget");
		return -1; 
    }
	//指向共享内存地址空间  
    share = shmat(shmid, 0, 0);
	
	char uart_buff[1024],udp_buff[1024],tcp_buff[1024];
	int read_len;
	//三进程处理
	pid = fork();
	if(pid == -1){
		perror("fork");
		return -1;
	}
	else if(pid){ //进程0:转发串口和UDP数据到TCP服务器
		pid_sub = fork();
		if(pid_sub == -1){
			perror("fork");
			return -1;
		}
		else if(pid_sub){ //进程0.1 转发串口数据到TCP服务器
			while(1){
				//注意因为uart_fd有O_NDELAY属性，所以read不阻塞
				memset(uart_buff, 0, sizeof(uart_buff));
				read_len = read(uart_fd, uart_buff, sizeof(uart_buff));
				if(read_len){
					printf("len is %d!\n",read_len);
					read_len = 0;
					if(strncmp(uart_buff,"exit",4) == 0){//输入exit退出
						kill(pid,9);
						kill(pid_sub,9);
						break;
					}
					memset(tcp_buff,0,sizeof(tcp_buff));
					sprintf(tcp_buff,"sci:%s",uart_buff);
					write(tcp_fd, tcp_buff, strlen(tcp_buff));
				}
				usleep(10000);//无阻塞属性的循环需要延时
			}
		}
		else{ //进程0.2 转发UDP数据到TCP服务器
			while(1){
				memset(udp_buff, 0, sizeof(udp_buff));
				read_len = udp_recv(udp_fd,udp_buff,sizeof(udp_buff),&src_addr);//接收udp信息
				if(read_len){
					memcpy(share, &src_addr, sizeof(src_addr));//记录来源信息到共享内存
					if(strncmp(udp_buff,"exit",4) == 0){//输入exit退出
						kill(pid,9);
						kill(getppid(),9);
						break;
					}
					memset(tcp_buff,0,sizeof(tcp_buff));
					sprintf(tcp_buff,"udp:%s",udp_buff);
					write(tcp_fd, tcp_buff, strlen(tcp_buff));
				}
			}
		}
	}
	else{ //进程1，转发TCP服务器的数据到串口或UDP
		while(1){
			memset(tcp_buff, 0, sizeof(tcp_buff));
			read_len = read(tcp_fd, tcp_buff, sizeof(tcp_buff));
			if(read_len){
				if(strncmp(tcp_buff,"RE:udp:",7) == 0){
					memset(udp_buff,0,sizeof(udp_buff));
					memcpy(udp_buff, tcp_buff, strlen(tcp_buff));
					udp_send(udp_fd,udp_buff,share);
				}
				else{//默认转发串口
					memset(uart_buff,0,sizeof(uart_buff));
					memcpy(uart_buff,tcp_buff,strlen(tcp_buff));
					write(uart_fd, uart_buff, strlen(uart_buff));
				}
			}
		}
	}
	
	close(uart_fd);
	close(udp_fd);
	close(tcp_fd);
	
	//把共享内存从当前进程中分离  
    if(shmdt(share) == -1)  
    {  
        fprintf(stderr, "shmdt failed\n");  
        return -1; 
    }
    //删除共享内存  
    if(shmctl(shmid, IPC_RMID, 0) == -1)  
    {  
        fprintf(stderr, "shmctl(IPC_RMID) failed\n");  
        return -1;  
    }

	return 0;
}

最终生成结果如下：

编译生成Ubuntu服务端程序命令：

gcc src/socket_api.c server.c -o server -static

编译生成开发板智能网关程序命令：

arm-none-linux-gnueabi-gcc src/uart_api.c src/socket_api.c gateway.c -o gateway -static

结果

  1. 将server拷贝到ubuntu上先执行。

  2. 将gateway拷贝到开发板上执行。

  3. 串口测试（开发板上SAC3）

    串口助手发送“hello world!”返回“RE:sci:hello world!”

    ubuntu发送“abcde”，串口助手显示“abcde”

  4. UDP测试

    手机udp app发送“hello”返回“RE:udp:hello”

    ubuntu发送“RE:udp:abcde”，手机app显示“RE:udp:abcde”

附录：

api接口程序网络部分为自己重新整理，并配有详细的例程在注释中。

接口文件下载地址：点这里

接口文件 地址
串口 c文件 h头文件
TCP/UDP c文件 h头文件
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