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。
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

1. sudo chmod +x ./dotnet-install.sh

复制代码

执行指令安装

1. ./dotnet-install.sh -c Current

复制代码

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。

1. sudo vim ~/.bashrc

复制代码

内容

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

复制代码

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[]

1. syntax = "proto3";
3. option csharp_namespace = "Verdure.ElectronBot.GrpcService";
5. package electronbotactiongrpc;
7. // The electronbotaction service definition.
8. service ElectronBotActionGrpc {
9.   // Sends a greeting
10.   rpc PlayEmoticonAction (EmoticonActionFrameRequest) returns (EbHelloReply);
11. }
13. // The request message containing the user's name.
14. message EmoticonActionFrameRequest {
15. float J1 = 1;
16. float J2 = 2;
17. float J3 = 3;
18. float J4 = 4;
19. float J5 = 5;
20. float J6 = 6;
21. bool Enable = 7;
22. bytes FrameBuffer = 8;
23. }
25. // The response message containing the greetings.
26. message EbHelloReply {
27.   string message = 9;
28. }

复制代码

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

1.             services.AddGrpcClient<ElectronBotActionGrpc.ElectronBotActionGrpcClient>(o =>
2.             {
3.                 o.Address = new Uri("http://192.168.3.236:5241");
4.             });

复制代码

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：

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

复制代码

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：

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

复制代码

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

1. if (wholeUsbDevice.DriverMode == UsbDevice.DriverModeType.MonoLibUsb)
2. {
3. _logger.LogInformation("MonoLibUsb DetachKernelDriver");
5. var retDetach = wholeUsbDevice.SetAutoDetachKernelDriver(true);
7. _logger.LogInformation(retDetach.ToString());
8. }

复制代码

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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