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ARM Linux Qt使用JSON-RPC实现前后台分离

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1、前言

在个人以往的嵌入式Linux Qt开发中，尽管想着将硬件操作和上层应用解耦，但所有的程序实现还是堆在了一个Qt项目工程里，没有实现真正的分离。例举几个痛点：

1、在获取bmp280温湿度传感器的数据时，一般需要open()设备节点，再获取数据。但类似open()等初始化的操作，没必要在Qt程序中实现。

2、在Qt程序中容易留有C语言的味道。

2、解决方案

2.1、JSON-RPC

使用JSON-RPC。JSON-RPC（JavaScript Object Notation Remote Procedure Call）是一种远程过程调用（RPC）协议，它使用JSON（JavaScript Object Notation）作为数据格式，并通过HTTP或其他传输协议（如TCP）在网络上发送请求和接收响应。

2.2、Qt中应用JSON-RPC的框架图

画板

使用Linux C部署RPC服务器，同时实现硬件HAL，提供接口函数。

Qt则作为RPC客户端，同时实现具体业务和UI。

RPC客户端与RPC服务器之间使用特定格式的JSON字符串作为数据进行传输。

2.3、优点

使用JSON-RPC后的优点：

1、无需在Qt程序中实现硬件HAL，尽最大可能解耦，毕竟Qt只是一个GUI框架。

2、开发过程中，可以在RPC Server创建伪数据，供Qt程序测试应用功能。

2.4、JSON-RPC 1.0 协议规范

客户端发送一个请求对象至服务端代表一个rpc调用， 一个请求对象包含下列成员：

{ 
  "method" : "add", 
  "params": [1, 2],
  "id": 1
}
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">method</font>：指定了要调用的远程过程或方法的名称。
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">params</font>：是一个数组，包含了调用方法时所需的参数。
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">id</font>：是一个可选字段，用于标识请求。

当客户端发起一个rpc调用时，除通知之外，服务端都必须回复响应：

{ 
  "result" : 3,  
  "error": null,    
  "id": 1
}
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">result</font>：返回结果。
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">error</font>：错误，没有错误返回null。
  • <font style="background-color:#F4F5F5;">id</font>：调用标识符，与传入时的一致。

如果是 JSON-RPC 2.0，请求和响应数据必须添加jsonrpc字段：

# 请求
{ 
  "jsonrpc" : "2.0",
  "method" : "add", 
  "params": [1, 2],
  "id": 1
}

# 响应
{ 
  "jsonrpc" : "2.0",
  "result" : 3,  
  "error": null,    
  "id": 1
}

3、程序示例

Linux C实现RPC Server。Qt程序实现RPC Client，同时向RPC Server发起远程调用，实现LED控制和dht11数据获取。

3.1、Linux C（只例举RPC Server相关程序）

/* rpc_server.c */

#include <jsonrpc-c.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include "rpc.h"
#include "led.h"
#include "dht11.h"

static struct jrpc_server my_server;

/* 参数: {"params" : [0|1]} */
cJSON * server_led_control(jrpc_context * ctx, cJSON * params, cJSON *id) {
    cJSON * status = cJSON_GetArrayItem(params,0);
    led_control(status->valueint);	
    return cJSON_CreateNumber(0);
}

/* 参数: {"params" : null} */
cJSON * server_dht11_read(jrpc_context * ctx, cJSON * params, cJSON *id) {
    int array[2];

    array[0] = array[1] = 0;

    while (0 != dht11_read((char *)&array[0], (char *)&array[1]));

    return cJSON_CreateIntArray(array, 2);
}

int RPC_Server_Init(void) 
{
    int err;
    
    err = jrpc_server_init(&my_server, PORT);
    if (err)
    {
        printf("jrpc_server_init err : %d\n", err);
    }
    
    jrpc_register_procedure(&my_server, server_led_control, "led_control", NULL );
    jrpc_register_procedure(&my_server, server_dht11_read, "dht11_read", NULL );

    jrpc_server_run(&my_server);
    jrpc_server_destroy(&my_server);

    return 0;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    led_init();
    dht11_init();
    RPC_Server_Init();   
    return 0;
}

3.2、Qt程序（只例举RPC Client相关程序）

/* rpc_client.cpp */

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include "cJSON.h"
#include "rpc.h"

static int g_iSocketClient;

int rpc_led_control(int on)
{
    char buf[100];
    int iLen;
    int ret = -1;

    int iSocketClient = g_iSocketClient;

    sprintf(buf, "{\"method\": \"led_control\", \"params\": [%d], \"id\": \"2\" }", on);
    iLen = send(iSocketClient, buf, strlen(buf), 0);
    if (iLen ==  strlen(buf))
    {
        while (1) 
        {
            iLen = read(iSocketClient, buf, sizeof(buf));
            buf[iLen] = 0;
            if (iLen == 1 && (buf[0] == '\r' || buf[0] == '\n'))
                continue;
            else
                break;
        } 

        if (iLen > 0)
        {
            cJSON *root = cJSON_Parse(buf);
            cJSON *result = cJSON_GetObjectItem(root, "result");
            ret = result->valueint;
            cJSON_Delete(root);
            return ret;
        }
        else
        {
            printf("read rpc reply err : %d\n", iLen);
            return -1;
        }
    }
    else
    {
        printf("send rpc request err : %d, %s\n", iLen, strerror(errno));
        return -1;
    }
}

int rpc_dht11_read(char *humi, char *temp)
{
    char buf[300];
    int iLen;

    int iSocketClient = g_iSocketClient;

    sprintf(buf, "{\"method\": \"dht11_read\"," \
        "\"params\": [0], \"id\": \"2\" }");        

    iLen = send(iSocketClient, buf, strlen(buf), 0);
    if (iLen ==  strlen(buf))
    {
        while (1) 
        {
            iLen = read(iSocketClient, buf, sizeof(buf));
            buf[iLen] = 0;
            if (iLen == 1 && (buf[0] == '\r' || buf[0] == '\n'))
                continue;
            else
                break;
        } 

        if (iLen > 0)
        {
            cJSON *root = cJSON_Parse(buf);
            cJSON *result = cJSON_GetObjectItem(root, "result");
            if (result)
            {
                cJSON * a = cJSON_GetArrayItem(result,0);
                cJSON * b = cJSON_GetArrayItem(result,1);

                *humi = a->valueint;
                *temp = b->valueint;

                cJSON_Delete(root);
                return 0;
            }
            else
            {
                cJSON_Delete(root);
                return -1;
            }
        }
        else
        {
            printf("read rpc reply err : %d\n", iLen);
            return -1;
        }
    }
    else
    {
        printf("send rpc request err : %d, %s\n", iLen, strerror(errno));
        return -1;
    }
}

/* 连接RPC Server
 * 返回值: (>0)socket, (-1)失败
 */
int RPC_Client_Init(void) 
{
    int iSocketClient;
    struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
    int iRet;

    iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
    tSocketServerAddr.sin_port        = htons(PORT);  /* host to net, short */
    //tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    inet_aton("127.0.0.1", &tSocketServerAddr.sin_addr);
    memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);

    iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));	
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("connect error!\n");
        return -1;
    }

    g_iSocketClient = iSocketClient;
    return iSocketClient;    
}

4、编译程序

4.1、交叉编译库文件

在RPC Server应用程序中，会引用一个头文件jsonrpc-c.h，使用该头文件需要提前交叉编译jsonrpc-c库。而jsonrpc-c库还依赖libev库。

4.1.1、编译libev库

# 1、解压库文件
tar xjf libev.tar.bz2
cd libev/

# 2、配置
./configure --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf --prefix=$PWD/tmp

# 3、编译
make -j 16

# 4、安装
make install

# 5、查看安装后的目录
ls tmp/

4.1.2、编译jsonrpc库

# 1、安装编译jsonrpc库时需要用到的工具
sudo apt install libtool

# 2、解压库文件
tar xjf jsonrpc-c.tar.bz2
cd jsonrpc-c/

# 3、配置
autoreconf -i
./configure --host=arm-buildroot-linux-gnueabihf --prefix=$PWD/tmp CFLAGS="-I$PWD/../libev/tmp/include" LDFLAGS="-L$PWD/../libev/tmp/lib"

# 4、编译
make -j 16

# 5、安装
make install

# 6、查看安装后的目录
ls tmp/

4.2、编译应用程序

4.2.1、编译RPC Server应用程序

Makefile参考：

TARGET=rpc_server
CC=arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc

TOP_DIR=$(shell pwd)/../
LIBEV_DIR=${TOP_DIR}/libev/tmp/
JSONRPC_DIR=${TOP_DIR}/jsonrpc-c/tmp/

CFLAGS=-I${LIBEV_DIR}/include -I${JSONRPC_DIR}/include
LDFLAGS=${JSONRPC_DIR}/lib/libjsonrpcc.a  ${LIBEV_DIR}/lib/libev.a -lm -lpthread

c_files = cJSON.c rpc_server.c led.c dht11.c 

all:
	${CC} ${CFLAGS} -o ${TARGET} ${c_files} ${LDFLAGS}

clean:
	rm -f *.o ${TARGET}

4.2.2、编译RPC Client应用程序

在Qt creator中正常编译。

5、测试

将编译出来的rpc_server和qt可执行程序拷贝到单板中，先运行rpc_server，等待约5s后，运行qt程序。

6、总结

韦东山视频教程：5-1_把程序拆分为前后台_哔哩哔哩_bilibili

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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