Nerves

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Nerves

Nerves 简介

我们将在本课中介绍 Nerves， Nerves 项目是在嵌入式软件开发中使用 Elixir 的框架。正如 Nerves 官网所说，它允许您“使用 Elixir 制作和部署防弹嵌入式软件”。本课将与其他 Elixir School课程略有不同。 Nerves 学习起来有点困难，因为它需要一些先进的系统设置和额外的硬件，因此可能不适合初学者。

要使用 Nerves 编写嵌入式代码，您需要一个，一个带有您所选硬件支持的存储卡的读卡器，以及可以通过网络访问此设备。

在这里我们建议使用 Raspberry Pi (树莓派)，因为它具有可控的 LED 板。同时也建议将目标设备连接到一个屏幕，因为这样可以简化使用 IEx 的调试。

环境安装

Nerves 项目本身有一个很好的，但文档里面大量的细节对于一些用户来说可能有点压力。相反地，本教程将尝试呈现“少说话，放码过来”。

首先，您需要安装环境。您可以在 Nerves wiki 的部分找到该指南。请确保您同时也已经具备指南中提到的 OTP 和 Elixir 的相同版本。不使用正确的版本会导致安装时出现问题。在撰写本文时，任何 Elixir 版本（使用 Erlang/OTP 21编译）都应该可以工作。

环境安装完成后，您应当已经准备好构建您的第一个 Nerves 项目了！

我们的目标是嵌入式开发中的 “Hello world” ：通过调用简单的 HTTP API 来控制闪烁的 LED。

创建项目

要创建一个新项目，请运行 mix nerves.new network_led 并在提示是否获取和安装依赖项时输入 Y。

你应该会看到以下输出：

Your Nerves project was created successfully.

You should now pick a target. See https://hexdocs.pm/nerves/targets.html#content
for supported targets. If your target is on the list, set `MIX_TARGET`
to its tag name:

For example, for the Raspberry Pi 3 you can either
  $ export MIX_TARGET=rpi3
Or prefix `mix` commands like the following:
  $ MIX_TARGET=rpi3 mix firmware

If you will be using a custom system, update the `mix.exs`
dependencies to point to desired system's package.

Now download the dependencies and build a firmware archive:
  $ cd network_led
  $ mix deps.get
  $ mix firmware

If your target boots up using an SDCard (like the Raspberry Pi 3),
then insert an SDCard into a reader on your computer and run:
  $ mix firmware.burn

Plug the SDCard into the target and power it up. See target documentation
above for more information and other targets.

我们的项目已经创建完成，并准备好被写入到我们测试设备中！我们现在开始试试吧！

让我们先设置我们的依赖项：

$ export MIX_TARGET=rpi3
$ cd network_led
$ mix deps.get

....

Nerves environment
  MIX_TARGET:   rpi3
  MIX_ENV:      dev
Resolving Nerves artifacts...
  Resolving nerves_system_rpi3
  => Trying https://github.com/nerves-project/nerves_system_rpi3/releases/download/v1.7.0/nerves_system_rpi3-portable-1.7.0-17EA89A.tar.gz
|==================================================| 100% (133 / 133) MB
  => Success
  Resolving nerves_toolchain_arm_unknown_linux_gnueabihf
  => Trying https://github.com/nerves-project/toolchains/releases/download/v1.1.0/nerves_toolchain_arm_unknown_linux_gnueabihf-darwin_x86_64-1.1.0-2305AD8.tar.xz
|==================================================| 100% (50 / 50) MB
  => Success

注意：确保在运行 mix deps.get 之前设置了指定目标设备的环境变量，因为它将为指定设备下载相应的系统镜像和工具链。

烧录固件

现在我们可以使用闪存驱动器了。将卡放入读卡器，如果您在前面的步骤中正确设置了所有内容，在运行 mix firmware.burn 并确认要使用的设备之后，您应该得到以下提示：

Building ......../network_led/_build/rpi_dev/nerves/images/network_led.fw...
Use 7.42 GiB memory card found at /dev/rdisk2? [Yn]

如果你确定这是你想要烧录的卡 - 选择 Y, 一段时间后存储卡就烧好了：

Use 7.42 GiB memory card found at /dev/rdisk2? [Yn]
|====================================| 100% (32.51 / 32.51) MB
Success!
Elapsed time: 8.022 s

现在是时候将存储卡放入您的设备并验证它是否有效。

如果您连接了一个屏幕 - 在插入此存储卡的设备启动后，您应该看到一个 Linux 启动序列。

网络设置

其实它已作为 nerves_init_gadget 的依赖项存在于您的项目中。但是，默认情况下，它使用 DHCP（在运行 config: nerves_init_gadget 之后，请参阅 config/config.exs 中的配置）。拥有静态 IP 地址更容易。

要设置静态网络，您需要在 config/config.exs 文件中添加以下行:

# Statically assign an address
config :nerves_network, :default,
  eth0: [
    ipv4_address_method: :static,
    ipv4_address: "192.168.88.2",
    ipv4_subnet_mask: "255.255.255.0",
    nameservers: ["8.8.8.8", "8.8.4.4"]
  ]

请注意，您需要根据所在的局域网的具体情况设置这里的参数，在我的网络中有一个未分配的 IP 192.168.88.2，所以使用了这个 IP。但是在您的网络环境中，这些参数可能会有所不同。

更改后，我们需要运行 mix firmware.burn 重新烧录固件的更改版本，然后使用新卡启动设备。

当您打开设备电源后，可以使用 ping 命令查看它是否在线。

Request timeout for icmp_seq 206
Request timeout for icmp_seq 207
64 bytes from 192.168.88.2: icmp_seq=208 ttl=64 time=2.247 ms
64 bytes from 192.168.88.2: icmp_seq=209 ttl=64 time=2.658 ms

此输出表示设备已经连上网，并且可以被访问到了

远程更新

到目前为止，我们一直在烧录 SD 卡并将它们通过物理方式加载到我们的硬件中。虽然这很好，但通过网络推送我们的更新更为直接。 nerves_firmware_ssh 包正是做这个事的。默认情况下，它已存在于您的项目中，并配置为自动检测并在目录中查找 SSH 密钥。

要使用网络固件更新功能，您需要通过 mix firmware.gen.script 生成上传脚本。该命令将生成一个新的 upload.sh 脚本，我们可以运行该脚本来更新固件。

如果在上一步之后网络正常运行，您就可以开始使用了。

要更新您的设置，最简单的方法是使用 mix firmware && ./upload.sh 192.168.88.2：第一个命令创建更新的固件，第二个命令通过网络推送它并重新启动设备。您最终可以停止将 SD 卡插入和拔出设备！

提示：ssh 192.168.88.2 在应用程序的上下文中为您提供设备上的 IEx shell。

故障排除：如果您的主文件夹中没有现有的 ssh 密钥，则会出现错误 No SSH public keys found in ~/.ssh. 在这种情况下，您需要运行 ssh-keygen 并重新烧录固件以使用网络更新功能.

控制 LED

设置依赖关系后，需要为设备配置 LED 列表。例如，对于所有 Raspberry Pi 型号，板载只有一个 LED：led0。让我们通过在 config/config.exs 中添加一行 config: nerves_leds, names:[green: "led0"] 来使用它。

defmodule NetworkLed.Blinker do
  use GenServer

  @moduledoc """
    Simple GenServer to control GPIO #18.
  """

  require Logger
  alias Nerves.Leds

  def start_link(state \\ []) do
    GenServer.start_link(__MODULE__, state, name: __MODULE__)
  end

  def init(state) do
    enable()

    {:ok, state}
  end

  def handle_cast(:enable, state) do
    Logger.info("Enabling LED")
    Leds.set(green: true)

    {:noreply, state}
  end

  def handle_cast(:disable, state) do
    Logger.info("Disabling LED")
    Leds.set(green: false)

    {:noreply, state}
  end

  def enable() do
    GenServer.cast(__MODULE__, :enable)
  end

  def disable() do
    GenServer.cast(__MODULE__, :disable)
  end
end

要启用此功能，还需要将其添加到 lib/network_led/application.ex 中的监督树中：在 def children（_target）do 组下添加 {NetworkLed.Blinker, name: NetworkLed.Blinker}。

请注意，Nerves 在应用程序中有两个不同的监督树 - 一个用于主机，一个用于实际设备。

在此之后 - 就是这样！您实际上可以上传固件并通过目标设备上的 ssh 运行 IEx 检查 NetworkLed.Blinker.disable() 关闭 LED（默认情况下在代码中启用），以及 NetworkLed.Blinker.enable() 打开它。

我们可以从命令提示符控制 LED 了！

现在，剩下的唯一缺失的部分是通过网络界面控制 LED。

添加 Web 服务器

首先，我们将 {plug_cowboy, '〜> 2.0“}， 添加到 mix.exs 并安装依赖项。

然后，在 lib/network_led/http.ex 中添加实际进程来处理这些请求：

defmodule NetworkLed.Http do
  use Plug.Router

  plug(:match)
  plug(:dispatch)

  get("/", do: send_resp(conn, 200, "Feel free to use API endpoints!"))

  get "/enable" do
    NetworkLed.Blinker.enable()
    send_resp(conn, 200, "LED enabled")
  end

  get "/disable" do
    NetworkLed.Blinker.disable()
    send_resp(conn, 200, "LED disabled")
  end

  match(_, do: send_resp(conn, 404, "Oops!"))
end

最后一步 - 将 {Plug.Cowboy, scheme: :http, plug: NetworkLed.Http, options: [port: 80]} 添加到应用程序监督树中。

固件更新后，您可以试试。访问 http://192.168.88.2/ 将返回纯文本响应，http://192.168.88.2/enable 和 http://192.168.88.2/disable 将控制禁用并启用该 LED！

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