基于樹莓派的遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)開關(guān)機(jī)方法的設(shè)計(jì)

肖晨陽

摘要：設(shè)計(jì)一種經(jīng)過簡單的硬件改造，通過樹莓派硬件遠(yuǎn)程控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)的開關(guān)機(jī)的方案，從硬件設(shè)計(jì)、軟件服務(wù)端設(shè)計(jì)、云服務(wù)器中轉(zhuǎn)信息三個(gè)方面介紹了設(shè)計(jì)方案。方案實(shí)施表明，方案能夠完成設(shè)計(jì)目標(biāo)并具有很好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：樹莓派;軟件服務(wù)端設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-3044（2020）29-0225-02

筆者在承擔(dān)病毒三維重構(gòu)的并行算法研究的過程，團(tuán)隊(duì)搭建了一個(gè)小型的計(jì)算機(jī)集群，通過計(jì)算機(jī)集群來進(jìn)行病毒三維重構(gòu)的運(yùn)算。在實(shí)踐過程中，遇到以下情況：有時(shí)候人員出差在外、外出會(huì)議、回家后，某臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)了故障;另外有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)某臺(tái)計(jì)算機(jī)需要開機(jī)等情況，而人員恰恰不在實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)致程序運(yùn)行中斷，往往需要返回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行開機(jī)或者關(guān)機(jī)等處理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響工作?；谶@種現(xiàn)狀，我們設(shè)計(jì)一種遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)開關(guān)機(jī)的方法來解決此問題。

1 硬件設(shè)計(jì)

購置ARM硬件樹莓派計(jì)算機(jī)，通過和RJ45網(wǎng)線和計(jì)算機(jī)集群在同一局域網(wǎng)，并使之保持互聯(lián)網(wǎng)連接。

樹莓派計(jì)算機(jī)，是一種基于ARM的嵌入式硬件平臺(tái)，體積小，只有一個(gè)通用的信用卡大小，有4G的存儲(chǔ)器，能夠安裝Linux操作系統(tǒng)。

樹莓派計(jì)算機(jī)除了有以太網(wǎng)口和常見的USB接口外，額外提供了一組40針的GPIO接口。我們利用GPIO口的輸出控制被控計(jì)算機(jī)的電源開關(guān)鍵。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開關(guān)機(jī)的目的。

由于樹莓派提供了多個(gè)GPIO口，如圖1所示，我們可以用一臺(tái)樹莓派控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)的開關(guān)鍵。

1.1 樹莓派GPIO介紹

在樹莓派3上GPIO接口由40針引腳組成，有些針腳有特殊的用途，如2、4引腳固定輸出5V電壓，1、17引腳輸出3.3V電壓，6、9、20、39等為地線。其他引腳大多數(shù)是可以編程的引腳，一般用GIPX的編號來表示。每個(gè)針腳用杜邦線（導(dǎo)線）和外部相連。

1.2 樹莓派的操作系統(tǒng)

樹莓派的操作系統(tǒng)采用經(jīng)過定制的Linux系統(tǒng)，具有豐富的網(wǎng)絡(luò)功能，能夠運(yùn)行我們設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制軟件。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 程序控制GPIO

樹莓派Linux已經(jīng)對GPIO進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)級支持，并提供了應(yīng)用層接口命令GPIO。

用gpio readall獲取個(gè)GPIO接口的編號及其定義。

通過Linux內(nèi)置的wiringPi庫，可以用C語言編程控制GPIO接口。

使用wiringPi函數(shù)庫中的digitaIWrite函數(shù)對指定引腳輸出高電平或者電平，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)開關(guān)鍵閉合和打開。

2.2 遠(yuǎn)程控制樹莓派。

由于被控計(jì)算機(jī)在內(nèi)網(wǎng)，無法通過公網(wǎng)進(jìn)行直接訪問，因此我們購買了一個(gè)云服務(wù)器作為控制信息的中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)間接訪問。樹莓派計(jì)算機(jī)通過客戶端連接，并登記注冊到公網(wǎng)云服務(wù)器，保持網(wǎng)絡(luò)連接。

當(dāng)我們需要對內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行關(guān)機(jī)或者開機(jī)時(shí)，外網(wǎng)客戶端連接云服務(wù)器，向云服務(wù)器發(fā)送控制信息，服務(wù)器收到控制信息后，將控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給樹莓派，樹莓派客戶端軟件根據(jù)控制信息通過GPIO口對被控計(jì)算機(jī)進(jìn)行開機(jī)或者關(guān)機(jī)操作。

2.3 軟件流程設(shè)計(jì)

1）內(nèi)網(wǎng)樹莓派啟動(dòng)后，Client0啟動(dòng)程序和Server建立TCP連接。端口為8018。Client0發(fā)送register請求到Server。

2）每隔5秒，發(fā)送一個(gè)心跳（hearbeat）信息，保證TCP連接不中斷。

3）當(dāng)需要控制被控機(jī)器時(shí)，clientl啟動(dòng)程序和Server建立TCP連接。端口為8018，發(fā)送控制指令“boot XX”或者“shut-down XX”給Server。

4） Server收到信息后“boot XX”或者“shutdown XX”信息后將信息發(fā)送給client0。

5）Client0收到信息后，根據(jù)boot或者shutdown對應(yīng)的計(jì)算機(jī)啟動(dòng)或者關(guān)機(jī)。

根據(jù)上述流程，我們用C語言編寫了一個(gè)軟件服務(wù)端和兩個(gè)客戶端程序。

3 方案實(shí)施

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)方案，應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)室由8臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的小型集群，經(jīng)過對計(jì)算機(jī)的簡單改裝，能夠成功實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對指定計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬計(jì)算機(jī)開關(guān)鍵進(jìn)行開機(jī)和關(guān)機(jī)。經(jīng)過近一年時(shí)間的運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。

4 結(jié)論

本文采用廉價(jià)的樹莓派硬件，通過控制所帶的GPIO控制口，控制計(jì)算機(jī)的開關(guān)鍵，從而實(shí)現(xiàn)控制開機(jī)和關(guān)機(jī)功能，而遠(yuǎn)程控制的功能實(shí)現(xiàn)，則通過一個(gè)公網(wǎng)云服務(wù)器，作為控制信息的中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送控制信息到樹莓派硬件，從而解決了異常情況下，需要對特定計(jì)算機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)和關(guān)機(jī)的問題。在此基礎(chǔ)上，充分利用樹莓派提供的多個(gè)GPIO口，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)樹莓派控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)的開關(guān)機(jī)的操作。本方案結(jié)構(gòu)簡單，對計(jì)算機(jī)改動(dòng)極少，完全不影響原有功能，具有方便使用等特點(diǎn)。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】