Golang笔记–03

前言

这段时间对 Go 语言的使用依旧是对接物联网设备，解析协议与管理连接，同时review了一下之前同事写的代码改bug，踩到了 MySQL 的坑，具体放到下一篇来讲。

另外本周在树莓派上通过串口调试模块，一开始选择了C语言，接着又切到Python，依旧卡在配置开发环境，一些树莓派上的C Native库在macOS无法编译通过，最后还是使用Go，两天时间写代码和调试，用Go来控制GPIO和串口真的非常方便。

Golang面向对象

在iOS及macOS中面向对象是天生的，操作的都是对象，对象都是指针类型，很多人也从运行时源码详细解析了Objective-C面向对象原理，而Golang在语法上就没有继承的概念，不过可以嵌入和接口来实现。

假定现在有一种数据包Packet，Packet可能有响应BytesResp，类型为[]byte，不通类型的数据包具有各自的解析方式、推送后台接口URL、JSON数据格式、插入数据库的SQL，但他们具有相同的头部（包含设备信息、数据域长度、校验值等等）、起始符和终止符，设备通过TCP长连接与程序保持通信，引用上一篇Golang笔记中的例子，我们在拿到二进制数据后，解析数据，并返回响应。

p, err := model.NewPacketWithByte(data)
if err != nil {
	log.WithField("err", err).Info("数据解析错误")
	continue
}
pushData(p.JSONData(), p.PushURL())
go func() {
	err = dataBase.InsertPacket(p)
	if err != nil {
		log.WithField("err", err).Info("插入数据失败")
	}
}()
resp := p.BytesResp()
if resp != nil {
	conn.Write(resp)
}

第一行代码从二进制数据解析到一个实现了Packet接口的对象，定义如下

type Packet interface {
	InsertSQL() string
	BytesData() []byte
	BytesResp() []byte
	JSONData() []byte
	PushURL() string
}

最初的做法是在第一行解析数据时，返回不同的struct，每个struct包含一个Header字段，各自实现Packet定义的方法，而设备通信协议中定义了大概16种类型，按照一个请求对应一个响应，总共定义了32种struct，编写和改动都很麻烦，十分冗杂。而且对于来自设备的主动请求，总需要在最后返回响应，对于服务器主动下发的请求，获得设备响应后并不需要再返回响应，一些数据只需要记录头部信息与原始数据，另一部分则需要逐字节解析并入库。

原先的Header以及心跳包HeartBeat定义如下，HeartBeat实现了Packet定义的全部方法，多了很多冗余的代码。

type Header struct {
	DevEUI          string `json:"DevEUI"`
	ControlCode     string `json:"ControlCode"`
	DataFieldLength int    `json:"DataFieldLength"`
	CS              int    `json:"CS"`
}
type HeartBeat struct {
	Header                Header  `json:"Header"`
	UTCTime               string  `json:"UTCTime"`
	Latitude              float64 `json:"Latitude"`
	Longitude             float64 `json:"Longitude"`
	Preserve              string  `json:"Preserve"`
}
func (h *HeartBeat) InsertSQL() string {
        ......
}
......
func (h *HeartBeat) PushURL() string {
        ......
}

HeartBeat实现了Packet定义的全部方法，可以当作Packet使用，但如果Header实现了Packet的全部方法并作为匿名字段嵌入HeartBeat，那么HeartBeat也会获得Header的全部方法，如果在HeartBeat上重新实现Packet定义的BytesResp()方法，直接调用时就会覆盖内部Header的实现，但可以通过显式指定Header来调用，修改后如下。

type Header struct {
	DevEUI          string `json:"DevEUI"`
	ControlCode     string `json:"ControlCode"`
	DataFieldLength int    `json:"DataFieldLength"`
	CS              int    `json:"CS"`
}
type HeartBeat struct {
	Header               
	UTCTime               string  `json:"UTCTime"`
	Latitude              float64 `json:"Latitude"`
	Longitude             float64 `json:"Longitude"`
	Preserve              string  `json:"Preserve"`
}
func (h *Header) InsertSQL() string {
        ......
}
......
func (h *Header) PushURL() string {
        ......
}

通过在Header中提供了默认的接口实现，减少冗余代码，需要特殊处理的数据包可以自行实现接口，覆盖方法。

Golang串口及GPIO编程

由于需要采集地磁场变化数据，如果让硬件工程师重新设计PCB，打样加编程，估计这个月都搞不完，所以想到用树莓派来对接，树莓派3自带40Pin引脚，关于开启串口编程的功能也是整了很久，都可以写一篇文章来讲了，这里指记录下如何通过串口和GPIO调用模块。

手上的模块带有12个引脚，其中：

一个VCC接3.3V电源输入；

两个GND接地；

一个RST复位，低电平5ms以上有效；

一个IO1输入读取上位机状态，低电平时才发送数据；

一个INTin输入用于触发接受指令，下降沿触发后，等待80ms接受指令；

一个INTout输出用于触发上位机发送数据，下降沿触发后发送数据；

另外两个是TX和RX，供串口读写，保留三个引脚。

用到两个第三方库：

const (
	io1    = uint8(5)
	rst    = uint8(6)
	intIn  = uint(13)
	intOut = uint(19)
)
var s *serial.Port
var outPin rpio.Pin
var inPin rpio.Pin

go-rpio默认使用bcm编码，将模块的四个引脚分别接到了对应的GPIO口上

func startGPIO() {
	err := rpio.Open()
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	log.Info("open rpio successfully")
        // io1供模块读取，维持低电平
	io1Pin := rpio.Pin(io1)
	io1Pin.Output()
	io1Pin.Low()
        // rst一般情况下不触发，维持高电平
	rstPin := rpio.Pin(rst)
	rstPin.Output()
	rstPin.High()
        // intOut由模块输出，在树莓派3上设置为输入，并检测下降沿
	outPin = rpio.Pin(intOut)
	outPin.Input()
	outPin.Detect(rpio.FallEdge)
        // intOut由树莓派3向模块输出，下降沿触发，初始状态设置为高电平
	inPin = rpio.Pin(intIn)
	inPin.Output()
	inPin.High()

}

初始化串口

成功开启树莓派3的串口编程后，默认设备为 /dev/ttyAMA0 ，大多数设备默认的数据位为8，停止字为1，校验为None，波特率自行设置，读超时时间为可以用来设置非阻塞的串口读取。

func startSeril() {
	c := &serial.Config{Name: "/dev/ttyAMA0", Baud: 115200, ReadTimeout: time.Second * 5}
	p, err := serial.OpenPort(c)
	s = p
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
	}
	log.Info("open serial port successfully")
}

异步轮询INTout

若检测到下降沿，开始读取串口，否则休眠10ms。

读取串口，检测到结束符或读超时（上面设置为5秒）才停止读取，数据解析自行实现，最后清除串口缓冲区。

func startRead() {
	go func() {
		for {
                        // 检测下降沿
			if outPin.EdgeDetected() {
				read()
			} else {
                        // 主动休眠
				time.Sleep(time.Millisecond * 10)
			}
		}
	}()
}
func read() {
        // 开辟data用于存储数据
	data := []byte{}
        // 循环读写
	for {
                // 自行设定读缓冲区长度
		buf := make([]byte, 50)
		n, err := s.Read(buf)
		if err != nil {
			log.WithField("err", err).Info("read error")
			break
		}
		dataRead := buf[:n]
		data = append(data, dataRead...)
                // 检测到停止字
		if dataRead[n-1] == 0xfe || dataRead[n-1] == 0x21 {
			break
		}
	}
        if len(data) > 0 {
                // 解析数据
		decodeBytes(data)
	}
        // 清除串口缓存，包括未读取与未发送的数据
	s.Flush()
}

初始化模块

这里需要编写一个发送命令方法，控制GPIO与串口。

func sendCMD(cmd string) bool {
	result := false
        // 拉低电平，触发下降沿
	inPin.Low()
        // 等待2ms后拉高电平
	time.Sleep(time.Millisecond * 2)
	inPin.High()
        // 休眠80ms
	time.Sleep(time.Millisecond * 80)
        // 通过串口下发指令，最多尝试3次，若失败则休眠2ms再继续
	data := []byte(cmd)
	for i := 0; i < 3; i++ {
		_, err := s.Write(data)
		if err != nil {
			log.WithField("err", err).Info("failed to send cmd: " + cmd)
			time.Sleep(time.Millisecond * 2)
		} else {
			log.Info("REQ: " + cmd)
			result = true
			break
		}
	}
	return result
}

在main方法中依次调用这些方法，完成对模块的初始化和调用，其他模块的对接应该也可以使用类似的流程。

总结

学习和使用了这么久的Golang，花了漫长才理解如何面向对象，之前对接的设备，数据包之间都没有太大关联性，也就没有继承复用的情况，一门语言还是需要通过不断在各种场景下实战才能累积经验。

Golang很适合树莓派，从底层地址操作到Kubernetes都能胜任，灵活而强大，主要还是配置和开发方便，在PC上写好代码，拷贝到树莓派上直接编译运行，另外可以接入4G模块，在户外采集处理后直接上报服务器，需要微调源码时也能直接在树莓派上操作，总之有很大的想象空间的。