20251224 - 嵌入式 Linux 开发中的MQTT指南

这是一份 MQTT 从零到一 的详细指南。

本文侧重于 MQTT 在嵌入式和物联网（IoT）场景中的核心逻辑与应用。

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) 是一种基于 发布/订阅（Publish/Subscribe） 模式的轻量级通讯协议。它构建于 TCP/IP 协议之上。

理解 MQTT，只需理解这三个角色：

注意：在 MQTT 中，客户端（Client）既可以是发布者，也可以是订阅者，甚至同时都是。

MQTT 不像 HTTP 那样是"请求-响应"模式（A 问 B，B 回答 A），而是基于 Topic（主题） 的事件驱动模式。

消息通过 Topic 进行分类。Topic 类似于文件路径，用斜杠 / 分隔。

例子：
- uav/001/battery （001号无人机的电量）
- factory/sensor/temp （工厂传感器的温度）
通配符（非常重要）：

订阅者可以使用通配符一次订阅多个主题：
- + (单层通配符)：uav/+/battery ------ 订阅所有无人机的电量（如匹配 uav/001/battery，但不匹配 uav/001/gps/lat）。
- # (多层通配符)：uav/# ------ 订阅无人机下的所有数据。

这是实际传输的数据。MQTT 对数据格式不限制。

这是 MQTT 最强大的功能之一，适合不稳定的网络（如无人机远距离通信）。你可以设定 3 个等级：

对于嵌入式开发，这两个特性极其有用：

问题：如果无人机突然断电或断网，Broker 怎么知道它掉线了？
解决：客户端连接时，预先在 Broker 存一条"遗嘱"。如果客户端非正常断开（没有发 DISCONNECT 包），Broker 会自动把这条遗嘱发给其他订阅者。
应用：上位机立刻弹窗 "设备已离线"。

使用 Linux 开发板，我们可以直接用命令行工具 mosquitto 来体验全过程。

环境准备（在你的 Ubuntu 虚拟机或 I.MX6ULL 板子上）：

Bash 复制代码

sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients
# mosquitto 是 Broker 服务
# mosquitto-clients 包含 mosquitto_pub 和 mosquitto_sub 两个工具

假设你的 终端A 是无人机（发布者），终端B 是地面站（订阅者）。

第一步：开启 Broker

通常安装后服务会自动运行。如果没有，执行 mosquitto -v 启动。

第二步：终端B 订阅（监听）

Bash 复制代码

# -h localhost: 连接本地 Broker
# -t "uav/data": 订阅的主题
mosquitto_sub -h localhost -t "uav/data"
# 此时终端B会进入阻塞状态，等待消息

第三步：终端A 发布（发送）

Bash 复制代码

# -m: 消息内容
mosquitto_pub -h localhost -t "uav/data" -m "Height: 100m"

结果：

你会看到终端B 瞬间打印出了 Height: 100m。

对于 I.MX6ULL 开发（或论文研究），不能只用命令行，而是需要写 C 代码。

标准库 ：Eclipse Paho MQTT C 或 libmosquitto。
开发流程 ：
1. 交叉编译库 ：下载 Paho MQTT 源码，用交叉编译器（arm-linux-gnueabihf-gcc）编译出动态库 .so。
2. 编写代码 ：
  - MQTTClient_create(): 创建客户端对象。
  - MQTTClient_connect(): 连接 Broker。
  - MQTTClient_subscribe(): 定义回调函数处理接收到的数据。
  - MQTTClient_publishMessage(): 发送数据。

特性	传统 Socket / HTTP	MQTT	对你的价值
带宽	协议头大，包含大量无用元数据	最小仅 2 字节头	无人机远距离传输通常带宽受限，MQTT 更省流量。
连接	短连接为主，服务器不知道设备是否在线	长连接，有心跳保活	你可以实时监控无人机的在线/离线状态。
模型	1对1	1对多	一个无人机发数据，你的电脑、手机、数据库可以同时收到，无需无人机发送多次。