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。
树莓派学习笔记——webiopi安装与入门_第1张图片
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。
树莓派学习笔记——webiopi安装与入门_第2张图片   
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。
树莓派学习笔记——webiopi安装与入门_第3张图片
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:

<html>
<head>
 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
 <meta name="viewport" content = "width = 420, user-scalable = no" /> 
 <title>WebIOPi | Raspberry Pi IoT Framework</title>
</head>
<body>
<h1>WebIOPi Main Menu</h1>
<h2><a href="/app/gpio-header">GPIO Header</a></h2>
<p>Control and Debug the Raspberry Pi GPIO with a display which looks like the physical header.</p>
<h2><a href="/app/gpio-list">GPIO List</a></h2>
<p>Control and Debug the Raspberry Pi GPIO ordered in a single column.</p>
<h2><a href="/app/serial-monitor">Serial Monitor</a></h2>
<p>Use the browser to play with Serial interfaces configured in WebIOPi.</p>
<h2><a href="/app/devices-monitor">Devices Monitor</a></h2>
<p>Control and Debug devices and circuits wired to your Pi and configured in WebIOPi.</p>
</body>
</html>

    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:
<html>
<head>
 <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8">
 <meta name="viewport" content = "width = 420, user-scalable = no" /> 
 <title>WebIOPi | GPIO Header</title>
 <script type="text/javascript" src="/webiopi.js"></script>
 <script type="text/javascript">
 webiopi().ready(function() {
  webiopi().RPiHeader().createTable("content");
  w().refreshGPIO(true);
 });
 </script>
</head>
<body>
<div id="content" align="center"></div>
</body>
</html>

    【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

树莓派学习笔记——webiopi安装与入门_第4张图片
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。

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