初涉Raspberry Pi的VCHI（转）

树老大

最近想给RPi写个监控应用，打算用node.js写成Web端，方便在笔记本上用浏览器来查看。

监控的内容不仅仅是RPi上Linux的运行状况，还要有RPi硬件的状态信息，如果CPU温度、时钟频率、电压等。RPi的固件中提供了一个程序来获取这些硬件的状态数据——/opt/vc/bin/vcgencmd，此命令的详细用法见这个说明页面。

如果要在node.js程序里获取这些数据，可以通过child_process模块的spawn或exec方法来开启一个新的进程，并运行vcgencmd，进而读取其标准输出流的内容。这样，每次需要一个数据都要新建一个进程，感觉资源耗费比较大。毕竟单核的ARM，只有700MHz的处理速度，还是要省着用。况且监控程序更不应该消耗如此大的计算资源。

于是想通过node.js的addon方式来获取硬件的状态信息。幸好，vcgencmd是在RPi开源的VideoCore接口上编写的，raspberrypi的github上提供了源码。通过查看源码，去掉其中使用的互斥锁及事件的API后，发现vcgencmd其实是调用VideoCore的VCHI。该接口其实是通过消息队列实现的。客户程序给特定的消息队列发送命令，即运行vcgencmd时使用的参数，之后再从队列中读取消息，便所需要的硬件状态数据了。从开放的源码中不能获知具体的实现方式，不过可以推测，发送消息和接收消息应该是两个不同的队列。VideoCore的服务程序应该是从消息队列A中读取命令，经过处理后，再放到消息队列B让客户程序读取的。

既然看不到具体的实现细节就算了，只要有接口就可以开始编码了。突然很惊喜地在vchi.h文件中发现VCHI的API中有设置回调函数的选项，即SERVICE_CREATION_T结构体的callback属性，便有了以异步方式调用VCHI的想法，配合node.js的事件驱动模式，感觉运行效率会比创建新进程运行vcgencmd要好很多。但这毕竟是理论上的想法，实际上可否实现还得等代码写出来运行后才知道，因为VCHI与v8的接口之间能否相互相调用还是一个问题。

VCHI回调函数中的reason参数的值代表是了调用此回调函数的事件，可用的事件列表及相应的说明被定义在vchi-common.h文件的VCHI_CALLBACK_REASON_T枚举类型中。其中的VCHI_CALLBACK_MSG_AVAILABLE是消息可用事件，即可以通过vchi_msg_dequeue函数来读取命令运行结果的消息体了。

在只用VCHI编写的测试程序中，发现回调函数中获取消息体是可行的，而且也是真正的异步处理。但不知道为什么把它写入Node,js的addon代码后，运行到回调函数时会Segment fault。也许真的像我之前所预料的，v8和VCHI之间还是不太兼容对方，而且特别是VCHI函数中用了一句

HandleScope scope;

所带来的效果是无法预料的，因为它的作用是在当前栈中分配很多本地v8的类型控制器。经过调试，基本能够确定程序是运行到这句时出现Segment fault的。

可能是个人喜欢追求完美的性格问题，总是喜欢做这些不太合适的cross over，而且常常在这些边界位置上纠结。这次也不例外，出现问题后很想找到原因。但才发现无从下手，因为没有VCHI的实现代码，而且对v8的运行机制也不熟悉。最后只好放弃了！

除了创建进程外，还剩下的选择还有

• 同步调用vchi_msg_queue和vchi_msg_dequeue
• 使用libuv的work queue在新线程中调用vchi_msg_queue和vchi_msg_dequeue实现异步调用
  

权衡了一下，VCHI应该是比较接近硬件底层的接口，与系统调用应该差不多了，而且可能是运行在内核态，所以运行的效率应该很快。虽然同步调用vchi_msg_dequeue需要一直循环到接收到消息为止，但阻塞的时间应该不长。如果在新线程中实现异步调用，一来创建线程会消耗资源外，异步回调的程序写起来是比较麻烦。对于这种只是获取一个很少量的数据的调用而言感觉没有必要。所以选择了同步调用的方式。

其实也要想过直接使用vcgencmd所使用的接口，即vc_vchi_gencmd.h文件中提供的接口，但查看了其实现文件vc_vchi_gencmd.c，发现其中用了互斥锁和IPC事件信号的API，而且提供的接口可用于创建多个VCHI连接的。虽然不知道过中的缘由，但感觉自己写的监控程序中这些东西都是不需要的。（其实是追求完美而钻牛角尖的老毛病又犯了。）不管怎么样，跟着感觉走吧，发现问题再改也不迟，反正也不是什么重要的东西，经得起折腾。

node.js调用VCHI的实现的addon的代码如下：

1. #include <node.h>
   
2. #include <v8.h>
   
3. 
   
4. #include <string>
   
5. 
   
6. #include <interface/vchi/vchi.h>
   
7. #include <interface/vmcs_host/vchost.h>
   
8. #include <interface/vmcs_host/vc_gencmd_defs.h>
   
9. #include <interface/vcos/vcos_types.h>
   
10. #include <vcinclude/common.h>
    
11. 
    
12. 
    
13. #define GENCMD_MAX_LENGTH 1024
    
14. 
    
15. using namespace v8;
    
16. using namespace std;
    
17. 
    
18. static VCHI_INSTANCE_T vchi_instance;
    
19. static VCHI_CONNECTION_T vchi_connection;
    
20. static VCHI_SERVICE_HANDLE_T vchi_service_handle;
    
21. 
    
22. 
    
23. static string getString(Local<Value> arg) {
    
24.   Local<String> value = arg->ToString();
    
25.   int len = value->Length();
    
26.   char buf[len + 1];
    
27.   memset(buf, 0, len + 1);
    
28.   value->WriteAscii(buf);
    
29.   string str(buf);
    
30.   return str;
    
31. }
    
32. 
    
33. 
    
34. Handle<Value> Exec(const Arguments& args) {
    
35.   HandleScope scope;
    
36. 
    
37.   if (args.Length() < 1) {
    
38.     ThrowException(Exception::Error(String::New("must specify command")));
    
39.     return scope.Close(Undefined());
    
40.   }
    
41.   if (!args[0]->IsString()) {
    
42.     ThrowException(Exception::Error(String::New("command must be a string")));
    
43.     return scope.Close(Undefined());
    
44.   }
    
45.   string cmd = getString(args[0]);
    
46. 
    
47.   if (vchi_initialise(&vchi_instance) != 0) {
    
48.     ThrowException(Exception::Error(String::New("VCHI initialization failed")));
    
49.     return scope.Close(Undefined());
    
50.   }
    
51.   if (vchi_connect(NULL, 0,  vchi_instance) != 0) {
    
52.     ThrowException(Exception::Error(String::New("VCHI connection failed")));
    
53.     return scope.Close(Undefined());
    
54.   }
    
55. 
    
56.   SERVICE_CREATION_T gencmd_parameters;
    
57.   gencmd_parameters.version = VCHI_VERSION(VC_GENCMD_VER);
    
58.   gencmd_parameters.service_id = MAKE_FOURCC("GCMD");
    
59.   gencmd_parameters.connection = &vchi_connection;
    
60.   gencmd_parameters.rx_fifo_size = 0;
    
61.   gencmd_parameters.tx_fifo_size = 0;
    
62.   gencmd_parameters.callback = NULL;
    
63.   gencmd_parameters.callback_param = NULL;
    
64.   gencmd_parameters.want_unaligned_bulk_rx = VC_FALSE;
    
65.   gencmd_parameters.want_unaligned_bulk_tx = VC_FALSE;
    
66.   gencmd_parameters.want_crc = VC_FALSE;
    
67.   if (vchi_service_open(vchi_instance, &gencmd_parameters, &vchi_service_handle) != 0) {
    
68.     ThrowException(Exception::Error(String::New("VCHI service open failed")));
    
69.     return scope.Close(Undefined());
    
70.   }
    
71. 
    
72.   if (vchi_msg_queue(vchi_service_handle, cmd.c_str(), cmd.length() + 1, VCHI_FLAGS_BLOCK_UNTIL_QUEUED, NULL) != 0) {
    
73.     ThrowException(Exception::Error(String::New("fail to send message accross VCHI service")));
    
74.     vchi_service_release(vchi_service_handle);
    
75.     return scope.Close(Undefined());
    
76.   }
    
77. 
    
78.   char buffer[GENCMD_MAX_LENGTH];
    
79.   uint32_t actual_buffer_size;
    
80.   while (vchi_msg_dequeue(vchi_service_handle, buffer, sizeof (buffer), &actual_buffer_size, VCHI_FLAGS_NONE) != 0);
    
81. 
    
82.   int ret_code = VC_VTOH32(*(int *)buffer);
    
83.   if (ret_code < 0) {
    
84.     string err_msg = "fail to receive message from VideoCore ";
    
85.     err_msg += "(Error code: ";
    
86.     err_msg += ret_code;
    
87.     err_msg += ")";
    
88. 
    
89.     ThrowException(Exception::Error(String::New(err_msg.c_str())));
    
90.     while (vchi_service_close(vchi_service_handle) != 0);
    
91.     return scope.Close(Undefined());
    
92.   }
    
93. 
    
94.   actual_buffer_size -= sizeof (int);
    
95.   char response[actual_buffer_size + 1];
    
96.   memset(response, 0, actual_buffer_size + 1);
    
97.   memcpy(response, buffer + sizeof (int), actual_buffer_size);
    
98.   while (vchi_service_close(vchi_service_handle) != 0);
    
99.   return scope.Close(String::New(response));
    
100. }
     
101. 
     
102. void init(Handle<Object> target) {
     
103.   target->Set(String::NewSymbol("exec"), FunctionTemplate::New(Exec)->GetFunction());
     
104. }
     
105. 
     
106. NODE_MODULE(gcmd, init);

复制代码

由于addon中调用了VCHI，所以编译时需要包含VCHI的头文件路径及链接时需要用于的动态链接库文件/opt/vc/lib/libbcm_host.so，node-gyp的构建配置文件binding.gyp如下：

1. {
   
2.   "targets": [
   
3.     {
   
4.       "target_name": "gcmd",
   
5.       "sources": [ "src/gcmd.cc" ],
   
6.       "include_dirs": [
   
7.         "/opt/vc/include",
   
8.         "/opt/vc/include/interface/vcos/pthreads",
   
9.         "/opt/vc/include/interface/vmcs_host/linux"
   
10.       ],
    
11.       "libraries": [
    
12.         "/opt/vc/lib/libbcm_host.so"
    
13.       ],
    
14.       "cflags": [
    
15.         "-std=c++11"
    
16.       ]
    
17.     }
    
18.   ]  
    
19. }

复制代码

经过测试，没发现什么问题。在node.js层面上还将从VCHI获取到的硬件状态数据加工了一下，即把字符串转换成数值，并用js类封装好再返回给调用者。

最后还是没有罢休，google了一下关于v8的HandleScope的内容，找到了一篇分析v8与node.js整合机制的文章。从文章的内容了解到v8的工作方式，推断VCHI的回调函数中使用HandleScope出现问题的原因可能是在于HandleScope的分配出了问题，至于是什么问题就没有进行深入调试，日后有时间再继续深究一下。

本文转自：http://gutspot.com/