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树莓派Zero 2 W（ubuntu-22.04）通过.NET6和libusb操作USB读写

有这个想法的初衷

喜欢电子和DIY硬件的朋友对稚晖君应该都不陌生，他定期都会分享一些自己做的好玩的硬件，他之前做了一个ElectronBot桌面机器人我就很感兴趣，所以就自己也做了一个。

起初我只是自己开发了一个叫电子脑壳的上位机软件，大家在之前的博客里应该也有见到，是个用WinUI（WASDK）开发的Windows应用软件。

站在用户的角度思考问题，与客户深入沟通，找到龙口网站设计与龙口网站推广的解决方案，凭借多年的经验，让设计与互联网技术结合，创造个性化、用户体验好的作品，建站类型包括：网站设计、成都做网站、企业官网、英文网站、手机端网站、网站推广、主机域名、雅安服务器托管、企业邮箱。业务覆盖龙口地区。

ElectronBot机器人要一直和电脑连接通过应用进行控制，很多的网友都想ElectronBot脱离电脑使用，于是我也想着能有什么好办法，所以也就有了这个标题的想法。

项目代码地址

技术选型

大家想到树莓派肯定就会想起python,大学的时候玩树莓派确实用python比较多，但是作为一个.NET开发人员当然要尝试下.NET的跨平台能力到底如何了。

由于先有了之前写的上位机软件电子脑壳，也想着让之前封装的SDK能够直接用在树莓派上，所以选择.NET是顺理成章的事情了。

  • 应用开发选择.NET框架
  • 通讯方式选择GRPC
  • USB操作选择LibUsbDotNet调用libusb

整体方案如下图：

环境配置

1. 树莓派系统安装及网络配置

树莓派支持的系统有很多种，像官方的Debian，Ubuntu等等。
我平时使用Debian比较多，但是测试的时候好像usb操作有些问题，应该是我用的.net互操作库对Debian支持的不太好，所以我选择了ubuntu的系统。

  • Raspberry Pi Imager 树莓派官方的系统烧录工具

  • Ubuntu系统下载地址 Download Ubuntu Server

安装烧录工具，下载系统，然后烧录系统。如下图所示：

目前树莓派Zero 2 W的Ubuntu只有Server版本和Core版本，需要使用命令行做操作。

网络配置可以参考下面的文章进行配置。

树莓派4B ubuntu server ssh服务器部署全过程详解（内网穿透）

能正常联网安装软件就可以了。

2. .NET6的运行环境

由于.NET6 Arm64官方没提供包管理安装，所以需要大家通过脚本，或者下载文件安装。
网络好的可以通过脚本安装，简单，本文以脚本安装示例。

参考文档如下：

使用安装脚本或通过提取二进制文件在 Linux 上安装 .NET

下载安装脚本dotnet-install.sh放到用户家目录

执行以下指令添加执行权限

sudo chmod +x ./dotnet-install.sh

执行指令安装

./dotnet-install.sh -c Current

下载解压结束需要我们配置环境变量，就像windows安装软件一样，配置完环境变量，才可以直接通过dotnet直接使用了，不然是提示找不到指令的。

以下指令是编辑环境变量的，我选择了~/.bashrc，在文档最底部添加环境变量内容。

sudo vim ~/.bashrc

内容

export DOTNET_ROOT=$HOME/.dotnet
export PATH=$PATH:$HOME/.dotnet:$HOME/.dotnet/tools

保存并退出，然后执行dotnet如果正常就可以进行下面的操作了。

实践过程记录

1. GRPC服务的开发与调试

首先用创建一个grpc服务

微软官方的文档协议文件编写介绍

协议文件编写和服务编写

以我的协议内容为例包含了float，bool，bytes类型

float 对应 c# float

bool 对应 c# bool

bytes 对应 c# byte[]

syntax = "proto3";

option csharp_namespace = "Verdure.ElectronBot.GrpcService";

package electronbotactiongrpc;

// The electronbotaction service definition.
service ElectronBotActionGrpc {
  // Sends a greeting
  rpc PlayEmoticonAction (EmoticonActionFrameRequest) returns (EbHelloReply);
}

// The request message containing the user's name.
message EmoticonActionFrameRequest {
 float J1 = 1;
 float J2 = 2;
 float J3 = 3;
 float J4 = 4;
 float J5 = 5;
 float J6 = 6;
 bool Enable = 7;
 bytes FrameBuffer = 8;
}

// The response message containing the greetings.
message EbHelloReply {
  string message = 9;
}

然后生成对应的服务代码

主要注意点是bytes类型的转换

服务端写好了以后，就可以写调用端代码了，为了图方便我就在电子脑壳代码里加了调用代码。

WinUI调用GRPC注意事项

直接将gprc相关的东西放到winui项目里好像有一些问题，所以我把它放到了一个库项目里进行操作了。

配置协议文件生成client代码

电子脑壳注入grpc-client

            services.AddGrpcClient(o =>
            {
                o.Address = new Uri("http://192.168.3.236:5241");
            });

数据发送端也要注意bytes类型的转换

grpc服务的打包发布

打包的时候选择目标运行时为可移植（windows和linux都可以运行）

项目代码地址

2. 服务的部署与效果验证

通过ftp工具将grpc服务放到树莓派上，首先需要连接ElectronBot之后再运行服务

进入项目所在目录执行指令如下：

 dotnet Verdure.ElectronBot.GrpcService.dll --urls="http://*:5241"

如果通讯正常，那么应该会报错，提示libusb找不到，系统已经安装了libusb，只是.net调用的时候目录没有找到，需要我们创建软连接。

LibUsbDotNet README最底部有说

树莓派实际操作如下：

  sudo find / -name "libusb-1.0*.so*" //列出库的目录位置
  cd /usr/lib/aarch64-linux-gnu/ //进入库所在目录
  sudo ln -s libusb-1.0.so.0 libusb-1.0.so //创建链接

通过上面的操作 libusb的操作应该就没有问题了。

运行的效果如下图：

特殊问题与心得体会

最大的一个问题就是在sdk放到linux系统上测试写入数据异常。

  • 需要sdk单独处理linux环境
  • 需要sdk补一些内核驱动卸载逻辑
  • 特别注意otg数据线不要使用那种一拖几的，用一个口的就行不然数据发送不过去

由于使用的LibUsbDotNet上述逻辑没暴露到上层，我只好拉了一个分支改了发了一个包，问pr也没人理我。

sdk内部特别处理的代码如下：

执行了一个设备的SetAutoDetachKernelDriver

if (wholeUsbDevice.DriverMode == UsbDevice.DriverModeType.MonoLibUsb)
{
_logger.LogInformation("MonoLibUsb DetachKernelDriver");

var retDetach = wholeUsbDevice.SetAutoDetachKernelDriver(true);

_logger.LogInformation(retDetach.ToString());
}

通过这次的尝试，我算是明白了理想很丰满，现实很骨感的意思，本来觉得树莓派Zero 2 W小巧便携，而且我只是用它接收数据发送数据，结果数据发送的时候屏幕的刷新很慢，不知道是性能差劲，还是usb传输是瓶颈。下次换个4b进行测试一下。

至此整个过程就分享完了，这个项目基本上涵盖了.net技术内的很多东西，如果ElectronBot和树莓派结合独立以后能够很好的使用，我觉得用MAUI开发一个手机端的管理工具也是顺理成章了，可以期待一下，能看到这里的可以在评论区给点意见了。

电子脑壳 GRPC服务项目代码地址

LibUsbDotNet地址


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