本文主要介紹基于T3處理器的MQTT通信協議開發案例，講解內容主要包括了MQTT通信協議簡介、概述、應用場景以及Mosquitto工具安裝、mqtt_client案例和mqtt_sinewave_pub案例等。

本指導文檔適用開發環境：

Windows開發環境：Windows 7 64bit、Windows 10 64bit

虛擬機：VMware15.1.0

Linux開發環境：Ubuntu18.04.4 64bit

U-Boot：U-Boot-2014.07

Kernel：Linux-3.10.65

LinuxSDK：LinuxSDK_AA_BB_CC_DD（基于T3_LinuxSDK_V1.3_20190122）

本次測試板卡為基于創龍科技TLT3-EVM是一款基于全志科技T3處理器設計的4核ARM Cortex-A7高性能低功耗國產評估板，每核主頻高達1.2GHz。

評估板接口資源豐富，引出雙路網口、雙路CAN、雙路USB、雙路RS485等通信接口，板載Bluetooth、WIFI、4G（選配）模塊，同時引出MIPI LCD、LVDS LCD、TFT LCD、CVBS OUT、CAMERA、LINE IN、H/P OUT等音視頻多媒體接口，支持雙屏異顯、1080P@45fps H.264視頻硬件編解碼，并支持SATA大容量存儲接口。

MQTT通信協議簡介

概述

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協議），是一種基于發布/訂閱(Publish/Subscribe)模式的“輕量級”通訊協議，該協議構建于TCP/IP協議上，由IBM在1999年發布。MQTT最大優點在于，可以極少的代碼和有限的帶寬，為連接遠程設備提供實時可靠的消息服務。

MQTT是輕量、簡單、開放和易于實現的，同時作為一種低開銷、低帶寬占用的即時通訊協議，使其在物聯網、小型設備、移動應用等方面有較廣泛的應用。

圖 1

MQTT具有如下特點：

1. 輕量可靠：MQTT的報文格式精簡、緊湊，可在嚴重受限的硬件設備和低帶寬、高延遲的網絡上實現穩定傳輸。
2. 發布/訂閱模式(Publish/Subscribe)：發布/訂閱模式的優點在于發布者與訂閱者的解耦，實現異步協議。即訂閱者與發布者無需建立直接連接，亦無需同時在線。
3. 為物聯網而生：提供心跳機制、遺囑消息、QoS質量等級 + 離線消息、主題和安全管理等全面的物聯網應用特性。
4. 生態更完善：覆蓋范圍廣，已成為眾多云廠商物聯網平臺的標準通信協議。

應用場景

MQTT作為一種低開銷，低帶寬占用的即時通訊協議，可以極少的代碼和帶寬為聯網設備提供實時可靠的消息服務，適用于硬件資源有限的設備及帶寬有限的網絡環境。常見的應用場景如下：

1. 物聯網M2M通信，物聯網大數據采集。
2. 移動即時消息及消息推送。
3. 智能硬件、智能家居、智能電器。
4. 車聯網通信，電動車站樁采集。
5. 智慧城市、遠程醫療、遠程教育。
6. 電力能源、石油能源。

Mosquitto工具安裝

Mosquitto是一款開源的MQTT消息代理（服務器）軟件，提供輕量級的、支持可發布/可訂閱的的消息推送模式。我司提供的評估板文件系統已支持Mosquitto工具，本文mqtt_client案例采用Mosquitto工具演示MQTT通信協議的通信功能。由于上位機Ubuntu系統作為通信對象，因此需在Ubuntu終端執行如下命令安裝Mosquitto工具。

Host# sudo apt-get install mosquitto-clients

圖 2

mqtt_client案例

案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API與MQTT代理服務器通信?；贛QTT通信協議，實現發布和訂閱消息功能。

程序流程圖如下圖所示。

圖 3

案例測試

本案例使用公網MQTT HiveMQ服務器與上位機Ubuntu Mosquitto工具通信。請通過網線將評估板千兆網口RGMII ETH和上位機連接至公網，確?？烧ＴL問互聯網。

下表提供了可用的在線公共MQTT服務器，可根據需要自行切換。

表 1

評估板啟動，將案例bin目錄下mqtt_client可執行文件拷貝至評估板文件系統的任意目錄下，執行如下命令查看程序參數說明。

Target# ./mqtt_client --help

圖 4

評估板發布/上位機訂閱

在上位機執行如下命令，使用mosquitto_sub工具訂閱MQTT主題。

Host# mosquitto_sub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data

參數解析：

-h：指定MQTT服務器；

-p：指定MQTT服務器TCP端口；

-t：定義MQTT主題，可自定義命名。

圖 5

在評估板文件系統執行如下命令發布消息至MQTT服務器。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M publish -t test/data -m 'www.tronlong.com'

圖 6 評估板發布

消息發布成功后，上位機將從MQTT服務器接收到對應的消息。

圖 7 上位機訂閱

評估板訂閱/上位機發布

在評估板文件系統執行如下命令訂閱MQTT主題。

Target# ./mqtt_client -h broker.hivemq.com -p 1883 -M subscribe -t test/data

圖 8

在上位機執行如下命令發布消息至MQTT服務器。

Host# mosquitto_pub -h broker.hivemq.com -p 1883 -t test/data -m www.tronlong.com

圖 9 上位機發布

消息發布成功后，評估板將從MQTT服務器接收到對應消息。

圖 10 評估板訂閱

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請先確保已參考Linux系統使用手冊編譯過LinuxSDK，構建T3處理器對應的GCC編譯器。進入src目錄執行如下命令，使用LinuxSDK開發包目錄下的GCC編譯器進行案例編譯。編譯完成后，將在當前目錄下生成可執行文件。

Host# CC=/home/tronlong/T3/lichee/out/sun8iw11p1/linux/common/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc make

圖 11

關鍵代碼

創建Mosquitto實例。

圖 12

設置回調函數。

圖 13

連接MQTT服務器。

圖 14

發布消息。

圖 15

訂閱主題。

圖 16

mqtt_sinewave_pub案例

案例說明

案例功能：使用libmosquitto(MQTT version 3.1.1 client library)的API與MQTT代理服務器通信。評估板生成正弦波數據，每秒發送512個采樣點的數據至MQTT服務器；上位機通過Web頁面從MQTT服務器接收到數據后，將會繪制波形。

程序流程圖如下圖所示。

圖 17

案例測試

本案例使用公網MQTT HiveMQ服務器與上位機Ubuntu Web程序通信。請通過網線將評估板千兆網口RGMII ETH和上位機連接至公網，確?？烧ＴL問互聯網。

評估板啟動，將案例bin目錄下mqtt_sinewave_pub可執行文件拷貝至評估板文件系統的任意目錄下，執行如下命令查看程序參數說明。

Target# ./mqtt_sinewave_pub --help

圖 18

執行如下命令運行程序，連接MQTT服務器，并發送正弦波數據至MQTT服務器。

Target# ./mqtt_sinewave_pub -h broker.hivemq.com -p 1883

圖 19

評估板程序運行后，將案例"tools\web_mqtt_sub"目錄下index.html文件，使用上位機瀏覽器打開。在彈出的Web頁面（如下圖），依次輸入MQTT服務器：broker.hivemq.com，端口號：8000，最后點擊連接，Web頁面將會從MQTT服務器獲取正弦波數據并進行波形繪制。

備注：ARM端MQTT通信協議基于TCP協議，Web端MQTT通信協議基于WebSocket協議，因此使用的端口號不同。

圖 20

圖 21

案例編譯

將案例src文件夾拷貝至Ubuntu工作目錄下，請先確保已參考Linux系統使用手冊編譯過LinuxSDK，構建T3處理器對應的GCC編譯器。進入src目錄執行如下命令，使用LinuxSDK開發包目錄下的GCC編譯器進行案例編譯。編譯完成后，將在當前目錄下生成可執行文件。

Host# CC=/home/tronlong/T3/lichee/out/sun8iw11p1/linux/common/buildroot/host/usr/bin/arm-linux-gnueabihf-gcc make

圖 22

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