上位机tcp协议

背景

关于上位机的文章，作者在之前就分享过好几个上位机的开发流程分享。如下表：

序号	内容	语言
1	《如何定制自己的HID调试助手》	C#
2	《C# 串口上位机开发》	C#
3	《Qt 串口上位机开发》	QT
4	《教你动手写UDP协议栈 - OTA上位机》	python
5	《基于RT-THREAD nano的平衡车--上位机软件》	QT
6	《R-Plan上位机》	QT

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：

在项目文件中添加如下内容：

QT       += network

TCP网络编程需要用到的头文件：

#include <QTcpSocket>
#include <QTcpServer>

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

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();
}

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);
    }
}

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!";
}

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);
    }
}

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"));
    }
}

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：

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);

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/bearpi_rt-thread.git
分支：tcp_demo
如果你们觉得不错，记得加个：Star。

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小熊派开发

整体功能演示

源代码厂库

知秋君

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