基于RT-Thread和RA6M4实现samba服务移动网盘

描述

【基于RT-Thread和RA6M4实现samba服务的移动网盘】

本文详细介绍了基于RT-Thread操作系统和RA6M4处理器,如何移植和适配samba服务。同时,还提供Linux环境和QEMU仿真环境的参考移植,希望对大家有所启发和帮助。

1 前言

本文重点介绍了基于RT-Thread和RA6M4实现samba服务的移动网盘,包括RT-Thread操作系统的使用情况、硬件载体RA6M4处理器、Samba服务的适配移植等核心内容。

关于Samba服务,使用Linux系统作为开发环境的小伙伴一定非常熟悉,它是Linux操作系统中的文件系统与Windows操作系统的文件系统沟通的重要桥梁。更多关于它的更多介绍,可以详见 Samba 。

2 项目简介

2.1 项目名称

基于RT-Thread和RA6M4实现samba服务的移动网盘

2.2 设计思路

基于RT-Thread操作系统,使用RA6M4硬件载体实现samba服务器的功能,把文件通过 samba 协议共享出去。

2.3 主要解决的问题

在使用场景上,这个嵌入式移动网盘的投入使用,可以满足一定程度上解决云主机快速免费存储空间扩容的难题,且数据本地可控。

2.4 项目创新点

samba服务在小型RTOS设备上的移植和使用。

3 系统架构介绍

系统核心架构图如下图所示:

RA6M4

一言以蔽之:Windows系统通过samba协议访问搭载RT-Thread操作系统的RA6M4实现的smdb服务

4 系统设计说明

下面就系统的各个组件的设计,做简要的说明。

4.1 硬件部分

硬件部分主要分为四大部分:MCU主控、Wi-Fi模组。

Wi-Fi模组 : ESP8266

我这里使用的搭建ESP8266 Wi-Fi芯片的模组ESP-12F,它是由安信可科技开发的,该模块核心处理器 ESP8266 在较小尺寸封装中集成了 业界领先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU,带有 16 位精简模式,主频支持 80 MHz 和 160 MHz,支持 RTOS,集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA,板载天线。

RA6M4

MCU主控 :RA6M4

RA6M4

4.2 软件部分

应用逻辑部分

应用逻辑部分,比较简单,基本就是初始化系统、初始化Wi-Fi网络,初始化文件系统、初始化smbd的配置文件,以及启动smbd服务器,并处于监听状态,等待客户端来连接。

RA6M4

samba服务部分

本次移植samba源码,考虑到嵌入式设备的ROM/RAM比较紧张,特意找了很老的samba源码,最终的实现也证实了这一点,太新的版本压根不够资源去移植,且它依赖了大量Linux原生的接口,根本无从适配。

经过简单验证和挑选,我选的是 smaba-1.9.13,这个版本大概是 1995年发布的,大家可以想象下:

RA6M4

更多samba的历史版本,可以查看 这里

软件包部分

这里主要用了 at_device 软件包,并且使用它搭载 ESP8266 Wi-Fi模块,建立server角色的网络服务。

在测试工程中,还使用了 ramdisk 这个软件包,但是使用过程中,发现了一些问题,后面没有再使用。

RT-Thread内核部分

本项目使用了最新版本的RT-Thread,由于本项目需要使用 at-server 的功能,而Studio更新的 4.1.0 版本并没有很好地支持这个特性,后面在最新的代码仓库中看到了有关 at-server 的更新,于是手动更新到了最新的版本。

5 项目实施过程

主要实施过程如下所示:

5.1 项目预研

早期有做了一个 嵌入式移动网盘 的初步方案,不过当时是想自己实现协议,真正实现下来,难度可是非常大;不仅要自己设计协议,还要自己设计客户端、服务端,这期间的稳定性也没办法保证。

后来,我考虑到了使用 现在的samba协议做移植,但看了最新版本的smaba协议源码,感觉一般的嵌入式设备压根可能跑不起来,因为实现得太庞大了。

在这次项目前期,我想到会不会samba早期的实现包会比较轻量呢,也许能够在RTOS上基于嵌入式设备把它跑起来?抱着试一试的态度,才有了这个项目。

5.2 方案设计

整体方案设计,延续上文有提及的系统架构示意图,整体上思路还是比较简单,核心工作就是完成samba协议基于RT-Thread和RA6M4上的移植适配。

这个方案下,客户端(Windows侧)都是现成的,并不存在障碍,但是要保证实现的smbd服务能兼容Windows10的samba挂载请求。

5.3 方案移植

真正做方案移植的时候,我分三步走,每一步的输出都是后一步输入的重要前提:

第一步:检索可用的samba源码版本,使用原生的Linux系统快速验证

这一部分,重点是要快速验证可行性,并且只能是源码编译那种移植,不能用软件包,期间我总共下载了近 20 个版本,最终选定使用 1.9.13 版本,理由是它使用了SMB2协议版本,同时,它的源码结构是一开始的简单版本模式的最后一个版本,后面的版本源码目录就变得复杂了,层次关系比较乱。

RA6M4

第二步:使用Qemu-vexpress-A9做基于RT-Thread操作系统的移植适配

单在Linux上跑通了并不稀奇,也不见得就一定能在RT-Thread系统上跑通,所以为了尽快验证在RT-Thread跑通的可能性,我选用Qemu-vexpress-A9做仿真验证,解决一些接口移植的问题,同时还要调通smbd跑起来后,对Windows10的samba请求的兼容。

幸运地是,在Qemu上移植还是比较顺利的,我把一些操作系统没有实现的接口玻璃出来,同时一些RTT无法支持的特性就使用宏定义屏蔽,只要不影响核心逻辑功能即可。

RA6M4

另外一个,使用QEMU模拟器,使用使用 网卡桥接或网卡共享 使得windows可以链接QEMU建立的服务器,这个课题也在这部分的移植中有所收获,以后有时间可以写篇教程介绍介绍。

第三步:将Qemu模拟器跑通的源码移植到RA6M4上

最后一步才是真正的上战场,这里就需要先熟悉RA6M4的开发环境,工程模板的主题框架等等。

随后才慢慢开始移植ESP8266的接入,samba源码的接入,下载调试等等。

这期间也遇到了一个很坑的的事,在接入ESP8266的时候,不知参考了论坛哪篇文章,它展示的UART3的引脚号是错误的,结果把我误导了,导致ESP8266死活不成功。

后面还是自己翻手册,找到了配置引脚的地方,终于把Wi-Fi模块搞定了,真的是 尽信书,不如无书

RA6M4

5.4 方案调试

方案调试,一个是把ESP8266接入进来,让RA6M4具备对外的网络能力;另一个就是把samba服务在RA6M4上给跑起来。不过这说起来,真的就是一把鼻涕,一把累。后面的项目总结会祥讲,每一个成功的项目背后一定少不了困难。

5.5 方案优化

后续提升下RA6M4的server网络模式的稳定性、将文件系统挂载在flash上的可能性,同时实现samba服务中对用户名和密码的校验。

6 项目效果显示

相关的展示图片和演示视频,见下文:

【项目展示图片】

RA6M4RA6M4RA6M4

【项目演示视频】点击 这里 播放。

RA6M4

【项目开源代码】

REPO: RT-ThreadRA6M4Samba

分支名 主要内容
rt_thread-ra6m4-samba 基于RT-Thread操作系统及RA6M4适配移植,实现smbd服务
rt_thread-qemu-vexpress-a9-samba 基于RT-Thread操作系统及QEMU-VEXPRESS-A9模拟器环境适配移植,实现smbd服务
linuxx64samba 基于原生的Linux操作系统在X64服务器源码移植适配,实现smbd服务

7 项目复盘

RA6M4的下载真的太慢了,下载的过程都可以打个瞌睡了,比较影响调试

samba 源码的移植过程中,遇到很多Linux原生对文件系统权限管理的接口或内容,考虑到RTT这边实现的文件系统肯定没有相关的,所以裁掉了很多关于这方面的校验。同时,实现的samba目前还是guest模式,即不检验用户名和密码,后续可以再改进改进。

在我的这个项目中,说实话 RA6M4 这个使用起来还是比较 吃力,主要由两个方面:

1)这个项目强烈依赖网络,而本身资源环境并不带网络适配器,只能使用类似ESP8266这种外设网卡,而且是AT模式,加上RTT中的 at-server "并不稳定好用",所以前期我这里摸索困惑了好久好久,一度有放弃的念头;

2)这个项目强烈依赖文件系统,而RA6M4的例程里,对文件系统这一块也暂时未看到好的适配例程,只能自己去玩;所以为了加快方案的验证,我采用了 ramfs 用内存去仿真文件系统,一定程度上解决了一些问题;但是偏偏ramfs又不支持创建目录,经过搜索软件包,得知ramdisk这个软件包可以解决这个问题。结果使用后,挂载是挂载上了,也可以创建目录,但是/tmp目录下一堆的莫名文件,每个文件几百MB,也可能是一些配置搞错了,但是挂载出来的文件系统有问题;最后还是放弃了ramdisk。

综上两个最大的需求,都没有很好的解决方案,所以最终在RA6M4上实现的并不是很稳定。

类似的,同样的samba源码,在QEMU-VEXPRESS-A9上,跑得非常优秀,非常稳定,这个真就比不了。

RTT中实现 at-server 的可参考例程很少,在论坛里也发现好几个朋友有类似的困惑:第一个是如何使用,第二个是稳定性如何。后续有时间我再总结总结我使用这个 at-server 的一些经验。

搞了几个项目了,RT-Thread Studio还是用不惯,可能一直以来开发我都习惯了远离这种集成式的编程IDE,移植倾向于类似sublime这种轻量级的编辑工具,它只负责编辑,构建编译还是使用其他的方式进行。我总是觉得这样收放更加自如,现在使用Studio,有些时候总觉得缩手缩脚的,可能真的是使用不够熟吧。

 

RA6M4

8 致谢

感谢论坛各路大佬的支持,感谢瑞赛和RT-Thread的大力支持,期待后续有更多这样的优秀活动开放。

9 更多分享

架构师李肯

架构师李肯全网同名),一个专注于嵌入式IoT领域的架构师。有着近10年的嵌入式一线开发经验,深耕IoT领域多年,熟知IoT领域的业务发展,深度掌握IoT领域的相关技术栈,包括但不限于主流RTOS内核的实现及其移植、硬件驱动移植开发、网络通讯协议开发、编译构建原理及其实现、底层汇编及编译原理、编译优化及代码重构、主流IoT云平台的对接、嵌入式IoT系统的架构设计等等。拥有多项IoT领域的发明专利,热衷于技术分享,有多年撰写技术博客的经验积累,连续多月获得RT-Thread官方技术社区原创技术博文优秀奖,荣获CSDN博客专家、CSDN物联网领域优质创作者、2021年度CSDN&RT-Thread技术社区之星、2022年RT-Thread全球技术大会讲师、RT-Thread官方嵌入式开源社区认证专家、RT-Thread 2021年度论坛之星TOP4、华为云云享专家(嵌入式物联网架构设计师)等荣誉。坚信【知识改变命运,技术改变世界】!


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  审核编辑:汤梓红

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