在嵌入式设备中使用nanopb协议传输

1 protobuf简介

Protobuf的功能是将是结构化数据转化为二进制流，比如，
struct _msg
{
Int val;
}msg;

Unsigned char streambuf[256];
Msg A;
A.val = 1;

Protobuf.encode(streambuf,A);
如上，将结构化数据转为二进制流存到streambuf。使用时，再将二进制充转化为结构化数据，如：

Msg B;
Protobuf.decode(streambuf,B);

则B.val制就是A.val了。好处应该是为了节省空间吧。

2 protobuf使用

protobuf有各种版本的代码包，C++、JAVA、C、OBJ-C、.NET等。比如google原生的代码，针对桌面系统的C++/JAVA等(https://github.com/google/protobuf/releases)。

但它们的使用方法类似，主要如下：
1）在LINUX/WINDOWS/IOST系统下编译代码包，编译出工具链，如，protobuf可执行文件
2）用编译出来的工具链将.proto脚本转化为对应的语言文件，如转为C文件。

3）转化出来的文件配合protobuf的库或者源文件就可以在目标环境下使用了

3 嵌入式设备中的使用

嵌入式设备中使用的protobuf版本，我们选择的是nanoprobuf。Nanopb是Google Protocol Buffers数据格式的简单C实现。它针对32位微控制器，但也适用于其他紧凑（2-10 kB ROM，<1 kB RAM）内存限制的嵌入式系统。

首先，从https://jpa.kapsi.fi/nanopb/download/下载Nanopb的最新版本。Nanopb一般发布4个包，3个含系统名的包是针对该系统已编译好工具链的，另一个是源码包。比如，nanopb-0.3.9-linux-x86.tar.gz就是Linux环境下可直接使用的工具链。我们要下载的就是LINUX版本。

下载nanopb-0.3.9-linux-x86.tar.gz完毕后，用命令tar -xvf nanopb-0.3.9-linux-x86.tar.gz解压。
然后到example目录下，example是protobuf的使用例子，其中simple目录是最简单的一个例子，我们就用simple来说明。
进入simple目录，可以看到一个simple.c和simle.proto脚本。.proto是结构化脚本，使用前要用工具链将其转为C文件。simple是main函数，里面调用proto脚本转化的C文件里的结果，并演示如何将结构数据转为二进制流，再将二进制流恢复为结构数据。

在simple路径下，使用命令 ../../generator-bin/protoc --nanopb_out=. simple.proto，将simple.proto转化为simple.pb.c和simple.pb.h两个文件。--nanopb_out=. 表示将转化的文件输出到当前目录。注意参数之间的空格。可以看到在simple目录下，有个Ｍakefile脚本，那么我们在simple路径下用make命令就可以编译出simple可执文件了。然后执行./simple，便可看到执行结果。代码稍微解释一下：

第一段是将结构数据转为二进制流：

/* Encode our message */
{
        /* Allocate space on the stack to store the message data.
         *
         * Nanopb generates simple struct definitions for all the messages.
         * - check out the contents of simple.pb.h!
         * It is a good idea to always initialize your structures
         * so that you do not have garbage data from RAM in there.
         */
        SimpleMessage message = SimpleMessage_init_zero;

        /* Create a stream that will write to our buffer. */
        pb_ostream_t stream = pb_ostream_from_buffer(buffer, sizeof(buffer));

        /* Fill in the lucky number */
        message.lucky_number = 13;

        /* Now we are ready to encode the message! */
        status = pb_encode(&stream, SimpleMessage_fields, &message);
        message_length = stream.bytes_written;

        /* Then just check for any errors.. */
        if (!status)
        {
            printf("Encoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&stream));
            return 1;
        }
}

如上，是将message结构数据转为二进制流存到buffer里。这个buffer可以存到文件或者发送到网络。

第二段是将二进制流转化为结构数据：

{
        /* Allocate space for the decoded message. */
        SimpleMessage message = SimpleMessage_init_zero;
        
        /* Create a stream that reads from the buffer. */
        pb_istream_t stream = pb_istream_from_buffer(buffer, message_length);

        /* Now we are ready to decode the message. */
        status = pb_decode(&stream, SimpleMessage_fields, &message);

        /* Check for errors... */
        if (!status)
        {
            printf("Decoding failed: %s\n", PB_GET_ERROR(&stream));
            return 1;
        }

        
        /* Print the data contained in the message. */
        printf("Your lucky number was %d!\n", message.lucky_number);
}

如上，是将二进制流buffer转为message结构数据。

以上，都是在LINUX环境下的验证，最后我们要将所需的C文件移植到嵌入式平台上。打开Makefile脚本，可以看到，总共需要的文件是：
simple.c
simple.pb.c
pb_encode.c
pb_decode.c
pb_common.c

Simple.c是main函数，是不用移植的，所以总共就除simple.c的4个文件，以及它们对应的头文件：pb_encode.h、pb_decode.h、pb_common.h、pb.h、simple.pb.h，simple.pb.h在simple目录下，其它的在nanopb-0.3.5-linux-x86目录下。将这些文件拷到嵌入式平台下编译就完成了。