day71 MQTT数据上传与ARM端交叉编译部署全链路实践
一、项目目标与通信架构
1. 功能目标
实现ARM开发板 通过MQTT协议将采集数据上传至远程服务器 （如中国移动 OneNET），并通过Web浏览器实时查看，无需专用上位机。
2. 通信架构图
ARM开发板 (ATK-IMX6U)
│
├─ MQTT推送 → MQTT服务器（如 OneNET） → topic: abc / aabbcc
│
├─ 上位机（PC）← MQTT订阅（监测及控制软件）
│
└─ Web浏览器 ← Web服务器 ← 数据库 ← MQTT服务器✅ 前提条件：
- 所有设备处于同一局域网或通过公网IP/中间服务器可达。
- 开发板具备联网能力（通过PC共享网络）。
二、MQTT客户端程序逻辑解析
核心流程（约40--50行代码）
| 步骤 | 功能说明 |
|---|---|
| ① 创建客户端对象 | 初始化 MQTT 客户端结构体指针 |
| ② 设置连接参数 | Broker地址、端口（8883）、Client ID、用户名、API Key |
| ③ 注册回调函数 | 连接断开回调、消息接收回调 |
| ④ 建立连接 | 调用 connect() 发起 TLS 安全连接 |
| ⑤ 发布消息 | 指定 topic、QoS=1、retain=false、payload（JSON格式） |
| ⑥ 等待确认 | 可选：检查发布结果 |
| ⑦ 断开连接 & 释放资源 | 避免内存泄漏 |
✅ 关键点：
- OneNET 要求 TLS 加密（端口 8883），必须链接 OpenSSL。
- payload 建议使用 JSON 格式，如
{"temp": 25.6}，便于 Web 端解析。
三、PC端MQTT依赖库编译（验证逻辑）
1. OpenSSL 编译（PC版）
bash
# 进入OpenSSL源码目录
./config enable-shared -fPIC # 启用动态库 + 位置无关代码
make
sudo make install # 安装到 /usr/local/ssl/💡 作用 ：生成
/usr/local/ssl/lib/libssl.so和/usr/local/ssl/include/openssl/，供 Paho 链接。
2. Paho MQTT C 库编译（PC版）
makefile
# 修改 Paho Makefile（关键行）
CC ?= gcc
CFLAGS += -I /usr/local/ssl/include
LDFLAGS += -L /usr/local/ssl/lib
CCFLAGS_SO += -fPIC # 必须包含 -fPIC
FLAGS_EXES += -L /usr/local/ssl/lib
bash
make
sudo make install # 安装到 /usr/local/lib 和 /usr/local/include✅ 理想结果 ：生成
libpaho-mqtt3c.so，可被gcc main.c -lpaho-mqtt3c -lssl -lcrypto -lrt正确链接。
⚠️ 常见报错：
relocation R_X86_64_PC32 ... recompile with -fPIC→ 确保 OpenSSL 和 Paho 都加-fPIC。undefined reference to 'clock_gettime'→ 链接时加-lrt。
四、ARM开发板端交叉编译
1. 交叉编译环境准备
bash
# Ubuntu 64位需安装32位兼容库
sudo apt-get install lib32ncurses5 lib32z1💡 作用 ：使
arm-linux-gcc工具链能在64位系统运行。
2. OpenSSL ARM版编译
bash
# 配置（指定安装路径 + 禁用汇编）
./config no-asm shared --prefix=$(pwd)/__install
makefile
# 修改 Makefile
CC = arm-linux-gcc
AR = arm-linux-ar $(ARFLAGS) r
RANLIB = arm-linux-ranlib
# 删除 -m64、-march=pentium 等x86专属选项
bash
make
make install # 生成 ARM 库到 ./__install/✅ 理想结果 ：
./__install/lib/libssl.a、libcrypto.a为 ARM 架构。
3. Paho ARM版编译（关键修改）
makefile
# 在 .PHONY 行下方添加
INCLUDES = -I/home/linux/code_test/mqtt_src/openssl-1.0.0s/__install/include
LIBSDIR = -L/home/linux/code_test/mqtt_src/openssl-1.0.0s/__install/lib
# 修改链接行（如第181、187、203、215行）
${CC} $(INCLUDES) -g -o $@ $< -l${MQTTLIB_CS} ${FLAGS_EXES} $(LIBSDIR)
# 若报 clock_gettime 错误，在 FLAGS_EXE 中加 -lrt
FLAGS_EXE = $(INCLUDES) $(LDFLAGS) -I ${srcdir} -lpthread -lrt -L ${blddir} $(LIBSDIR)
bash
make CC=arm-linux-gcc✅ 理想结果 ：
build/output/下生成libpaho-mqtt3c.so（ARM架构）。
💡 提示 ：Paho 源码中通常提供Makefile_arm和Makefile_PC，可直接重命名使用：
bashcp Makefile_arm Makefile
五、ARM端应用程序编译示例
示例 Makefile（~/mqtt_Lib/mqtt）
makefile
# 目标文件名
DST=all
# 源文件列表
SRC=mqtt.c main.c csv.c fb.c recv.c font_8x16.c
# 编译标志（-lrt 解决 clock_gettime）
FLAG=-g -Lpaho-mqtt3cs -lrt
# 默认编译器
CC=gcc
# 库路径（注意路径大小写）
LIBS+=-L/home/Linux/mqtt_Lib/paho.mqtt.c-master/build/output
LIBS+=-L/home/Linux/nqtt_Lib/openssl-1.0.0s/arm/Lib
# 头文件路径
INC+=-I/usr/Local/include
# PC编译目标
$(DST):$(SRC)
$(CC) $(SRC) $(FLAG)
# ARM交叉编译目标
arm:$(SRC)
arm-Linux-gcc $(SRC) $(FLAG) $(LIBS) $(INC) -lssl -lcrypto
cp a.out /home/Linux/nqtt_lib
# 清理
clean:
rm $(DST)🔍 代码逐行解释：
arm-Linux-gcc：使用 ARM 交叉编译器（注意大小写，应为arm-linux-gcc，但部分环境接受此写法）。-L...：指定 Paho 和 OpenSSL 的 ARM 库路径。-lssl -lcrypto：链接 OpenSSL 加密库。cp a.out ...：将生成的可执行文件拷贝到指定目录。
✅ 理想结果：
bashfile a.out # 输出：a.out: ELF 32-bit LSB executable, ARM, EABI5 version 1 (SYSV), ...
六、开发板联网：Ubuntu 双网卡共享上网
1. 虚拟机网卡设置（VMware）
| 网卡 | 模式 | 用途 |
|---|---|---|
| 网卡1 | 桥接（Bridge） | 连接局域网（如 192.168.1.x） |
| 网卡2 | NAT | 共享主机WiFi上网 |
📌 操作步骤：
- 虚拟机 → 设置 → 网络适配器 → 桥接（绑定主机有线网卡）
- 添加第二块网卡 → NAT 模式
2. Ubuntu 网卡配置（/etc/network/interfaces）
conf
auto lo
iface lo inet loopback
auto ens33 # 桥接网卡（连开发板）
iface ens33 inet static
address 192.168.1.3
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.1.1
auto ens36 # NAT网卡（连外网）
iface ens36 inet dhcp💡 作用：ens33 作为开发板网关（192.168.1.3），ens36 获取外网IP（如 192.168.110.129）。
3. 开启IP转发与NAT
bash
# 加载内核模块
sudo modprobe ip_tables
sudo modprobe ip_nat_ftp
# 关闭防火墙（调试用）
sudo ufw disable
# 开启IP转发（临时）
echo 1 | sudo tee /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
# 永久生效
sudo vim /etc/sysctl.conf
# 取消注释：net.ipv4.ip_forward = 1
sudo sysctl -p
# 设置NAT规则（192.168.1.0/24 → ens36的IP）
sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -s 192.168.1.0/255.255.255.0 -j SNAT --to 192.168.110.129
# 允许转发
sudo iptables -P FORWARD ACCEPT✅ 理想结果：开发板可通过 Ubuntu 访问外网。
4. 开发板网络配置（ATK-IMX6U）
bash
# 设置IP（与Ubuntu ens33同网段）
ifconfig eth0 192.168.1.100
# 设置默认网关（指向Ubuntu ens33）
route add default gw 192.168.1.3
# 配置DNS（解决域名解析）
echo "nameserver 8.8.8.8" > /etc/resolv.conf
echo "nameserver 114.114.114.114" >> /etc/resolv.conf🔍 测试命令：
bashping 192.168.1.3 # 通Ubuntu ping 8.8.8.8 # 通外网IP ping www.baidu.com # 通域名（验证DNS）
⚠️ 常见问题：
ping 8.8.8.8通但ping baidu.com不通 → 未配置 DNS。Destination Host Unreachable→ 路由或NAT未生效。
七、OneNET 平台接入流程
1. 平台操作
- 访问 https://open.iot.10086.cn/
- 创建产品 → 添加设备 → 获取 Device ID 和 Master APIKey
- 记录 MQTT 接入点（如
mqtts://mqtt.heclouds.com:8883）
2. 客户端连接参数
- Client ID：Device ID
- Username：空 或 Product ID
- Password：Master APIKey
- Topic ：
$dp（OneNET 默认数据点主题）或自定义
✅ 成功标志 ：OneNET 控制台 "设备详情" → "数据流" 中可见上传数据。
八、终端调试工具
- Minicom ：串口调试
- 版本：2.7.1
- 波特率：115200
- 数据格式：8N1
- 离线提示：
VT102 Offline - 快捷键：
CTRL-A Z查看帮助
九、荣誉与认证（OneNET平台）
中国移动 OneNET 平台已获：
- "绽放杯"5G创新应用大赛二等奖
- 中国电子学会科技进步奖
- 中国信息通信研究院 CNAS 认证
- 中国通信学会科技奖
- 可信云安全认证
十、总结与行动项
| 任务 | 验收标准 |
|---|---|
| ✅ 编译 ARM 版 Paho + OpenSSL | file a.out 显示 ARM 架构 |
| ✅ 配置 Ubuntu 双网卡共享 | 开发板 ping www.baidu.com 成功 |
| ✅ 开发板上传数据至 OneNET | OneNET 控制台可见实时数据 |
| ✅ Web 浏览器查看数据 | 无需上位机，直接网页访问 |
💡 经验总结：
- 网络调试需分层验证：物理 → IP → 路由 → DNS → 应用。
- 交叉编译务必检查 编译器 、头文件路径 、库路径。
- OneNET 强制 TLS，OpenSSL 不可省略。
"做技术，要么得到结果，要么得到经验------没有白干的事。"