树莓派学习笔记——webiopi安装与入门

0.前言

    webiopi是一个可控制树莓派GPIO的web框架，该框架面向物联网IoT开发。该项目托管于google，并可在sourceforge上下载到源代码。现在webiopi已经发展到0.7版本，webiopi支持REST Server，CoAP server，并提供python库和javascript库，毫无疑问的说webiopi是一个优秀的框架。从sourceforge上的信息来看，下载量前三位为美国，德国和英国，天朝的下载量排在了26位（2014年3月8日），所以我觉得应该写点什么普及一下webiopi，并顺便激励一下仍在玩“单片机”的中国嵌入式工程师们，往前走“一步”海阔天空也。

     虽然webiopi是一个优秀的框架，但是webiopi由python，javacript语言编写，并提供了REST和CoAP形式访问方式，学习和掌握webiopi需要不少的基础知识。对于那些认为C语言、寄存器操作、16进制协议可以解决一切问题的嵌入式工程师来说，python和javacript，REST和CoAP协议显得臃肿不堪并毫无用处。但是事实并非如此。

如果您还没有入门树莓派，那么可参考我的另外几篇博客，或许会有所收获。

【树莓派学习笔记——GPIO功能学习】熟悉一下树莓派的GPIO

【Yeelink Http请求格式分析】 了解一种Restful风格API

【CoAP协议学习——CoAP基础】对CoAP协议有一个简单的认识

1.webiopi的安装

【1】前往sourceforge下载最新版的webiopi

【2】使用FTP软件上传至树莓派（可选非必须）

【3】解压软件并安装，可输入以下命令

$ tar xvzf WebIOPi-x.y.z.tar.gz
$ cd WebIOPi-x.y.z
$ sudo ./setup.sh

    【注意】x y z代表webiopi的版本号，使用tar和cd命令之后可使用tab补全webiopi的文件名。安装的过程需要持续一些时间，webiopi会自动安装一些必要软件并解决依赖关系。

【4】测试安装是否成功

    可输入以下命令，webiopi -h，若安装成功便可获得以下输出。

图1 验证webiopi是否安装成功

 

2.运行webiopi

    可输入以下指令运行webiopi

    sudo webiopi -d -c /etc/webiopi/config

    【几点说明】

    -d 代表打开调试模式，运行webiopi时会在控制台中输出若干信息。

    -c 代表设置配置文件，配置文件的路径为/etc/webiopi/config，配置文件中有哪些内容，这个会在以后的博客中分析。

    若未端口设置webiopi的端口，端口号的默认值为8000

    在浏览器中输入树莓派的IP地址，例如192.168.1.107:8000。

    先会弹出一个登录窗，需要设置用户名和密码。用户名默认为webiopi，默认密码为raspberry。

   

图2 登录界面

    然后便有一个导航界面

图3 导航界面

    

最后可进入若干功能演示界面。先设置IO口功能为输出，再可设置IO口状态，点击7号“方块”便可翻转IO口状态。

图4 GPIO Header功能演示界面

3.webiopi实现初探

    【1】index.html

   安装完webiopi之后，webiopi的home目录为/usr/share/webiopi/htdocs，在htdoc目录中有index.html文件便是上文的导航界面。具体的html代码如下：

 
  
 


WebIOPi Main Menu
GPIO Header
Control and Debug the Raspberry Pi GPIO with a display which looks like the physical header.
GPIO List
Control and Debug the Raspberry Pi GPIO ordered in a single column.
Serial Monitor
Use the browser to play with Serial interfaces configured in WebIOPi.
Devices Monitor
Control and Debug devices and circuits wired to your Pi and configured in WebIOPi.

    若点击GPIO Header便会链接到"/app/gpio-header。

    【2】gpio-header

    gpio-header文件夹下的index.html要稍微复杂一些，具体的文件内容如下：

    【几点说明】

    【1】GPIO的控制由webiopi.js中的相关API函数完成，webiopi.js提供了丰富的API函数，可以方便用户在浏览器中创建控件，和一般的WEB框架不同的是，这些控件可以和树莓派联系在一起。

    【2】webiopi.js通过REST API控制树莓派的相关GPIO，例如：

        # 设置GPIO4 为输出

        POST /GPIO/4/function/out

        # 设置GPIO4输出高电平

        /GPIO/4/value/1

        

    webiopi官方教程说的更具体一些，左边代表浏览器而右侧代表webiopi（树莓派）

    w().digitalWrite(4,1) 向webio发送POST请求，更深入分析代码的话需要对javascript和jquery有所了解。

    GPIO.digitalWrite(4,1)最终执行了该POST请求，修改了IO口状态，更深入分析的话需要对python有所了解。

图5 webioPi基本框架

4.深入一些

    为了更深入分析webiopi的机制，可通过HttpRequester工具验证REST API，这样为深入研究webiopi做些准备。

    例如，设置GPIO4为输出状态并设置GPIO4为输出状态。

    【几点说明】Http请求工具为firefox浏览器插件，简单实用。当然cRUL工具也可以完成以下步骤。

图6 修改GPIO4为输出

图7 修改GPIO4输出高电平

5.CoAP访问

    webiopi除了支持REST之外，还支持CoAP。CoAP是一个轻量级的建立在UDP之上的传输协议。REST API建立在TCP（或者HTTP）之上，在两个设备之间传输实现需要建立TCP连接（三次握手），传输的过程中每个数据包都需要应答，传输接收之后需要关闭连接（二次确认关闭）。而CoAP协议建立在UDP之上，在REST基础上做了简化。CoAP协议首部只有4个字节，传输的过程中又分为需要应答包和不需要应答包，所以相比TCP来说节约了网络带宽更适合小设备使用。CoAP是个不错的协议，幸好webiopi也支持它。

    若测试CoAP，可在firefox浏览器中安装copper插件，这使得firefox浏览器可以输入coap开头的url地址，而不仅仅是http开头的url地址。其他的部分和REST相似，例如修改GPIO4的高低电平输出。

图8 CoAP协议控制GPIO4

    CoAP协议的更多内容将会在以后的博文中慢慢分析。