coreMQTT 연결 공유 데모 - FreeRTOS
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coreMQTT 연결 공유 데모

중요

이 문서는 FreeRTOS 릴리스 202012.00에서 사용하기 위한 FreeRTOS 사용 설명서의 보관 버전입니다. 이 문서의 최신 버전은 FreeRTOS 사용 설명서를 참조하세요.

소개

coreMQTT 연결 공유 데모 프로젝트에서는 다중 스레드 애플리케이션을 사용하여 클라이언트와 서버 간의 상호 인증과 함께 TLS를 사용하여 AWS MQTT 브로커에 대한 연결을 설정하는 방법을 보여줍니다. 이 데모에서는 mbedTLS 기반 전송 인터페이스 구현을 사용하여 서버 및 클라이언트 인증 TLS 연결을 설정하고 QoS 1 수준에서 MQTT의 구독-게시 워크플로를 보여줍니다. 이 데모는 주제 필터를 구독하고, 필터와 일치하는 주제에 게시하고, QoS 1 수준에서 서버로부터 해당 메시지가 다시 수신될 때까지 대기합니다. 브로커에 게시하고 브로커로부터 동일한 메시지를 다시 수신하는 이 주기는 무한정 반복됩니다. 이 데모의 메시지는 QoS 1 수준에서 전송되므로 MQTT 사양에 따라 최소 한 번의 전송이 보장됩니다.

참고

FreeRTOS 데모를 설정하고 실행하려면 FreeRTOS 시작하기의 단계를 따릅니다.

이 데모는 스레드 안전 대기열을 사용하여 MQTT API와 상호 작용하는 명령을 보관합니다. 이 데모에서 주목해야 할 네 가지 태스크가 있습니다.

  • 명령(기본) 태스크는 명령 대기열에서 명령을 가져와 처리합니다. 다른 태스크는 처리할 명령을 이 대기열에 배치합니다. 이 태스크는 루프를 시작하여 명령을 처리합니다. 종료 명령을 수신하면 이 태스크는 루프를 중단합니다.

  • 동기 게시자 태스크는 일련의 게시 작업을 생성하여 명령 대기열로 푸시합니다. 그러면 명령 태스크가 이러한 작업을 실행합니다. 이 태스크는 동기 게시를 사용합니다. 즉, 이 태스크는 각 게시 작업이 완료될 때까지 기다렸다가 다음 작업을 예약합니다.

  • 비동기 게시자 태스크는 일련의 게시 작업을 생성하여 명령 대기열로 푸시합니다. 그러면 명령 태스크가 이러한 작업을 실행합니다. 이 태스크와 이전 태스크의 차이점은 게시 작업이 완료될 때까지 기다리지 않고 다음 작업을 예약한다는 것입니다. 모든 게시 작업이 대기열에 추가된 후 각 게시 작업의 상태를 확인합니다. 동기 게시와 비동기 게시는 이러한 태스크의 동작에서만 차이가 있습니다. 실제 게시 명령에는 차이가 없습니다.

  • 구독자 태스크는 두 게시자 태스크가 게시하는 모든 메시지의 주제와 일치하는 주제 필터에 대한 MQTT 구독을 생성합니다. 이 태스크는 루프를 시작하여 다른 태스크가 게시한 메시지를 다시 수신할 때까지 기다립니다.

태스크에는 수신한 메시지를 보관하는 대기열이 있을 수 있습니다. 명령 태스크는 들어오는 메시지를 들어오는 주제를 구독하는 모든 태스크의 대기열로 푸시합니다.

이 데모에서는 상호 인증 TLS 연결을 사용하여 AWS에 연결합니다. 데모 도중 예기치 않게 네트워크 연결이 끊어지면 클라이언트는 지수 백오프 로직을 사용하여 재연결을 시도합니다. 클라이언트가 성공적으로 재연결되었지만 브로커가 이전 세션을 재개할 수 없는 경우 클라이언트는 이전 세션과 동일한 주제를 다시 구독합니다.

단일 스레드와 다중 스레드

coreMQTT 사용 모델에는 단일 스레드와 다중 스레드(멀티태스킹)의 두 가지가 있습니다. 이 데모에서는 자체 다중 스레딩 체계를 만드는 방법을 보여줍니다. 에이전트(또는 대몬(daemon)) 태스크 내에서 MQTT 프로토콜을 백그라운드에서 실행하는 또 다른 다중 스레드 예제도 있습니다. 자세한 내용은 MWTT Agent and Demos using coreMQTT를 참조하세요. 에이전트 태스크에서 MQTT 프로토콜을 실행하는 경우 MQTT 상태를 명시적으로 관리하거나 MQTT_ProcessLoop 함수를 직접 호출할 필요가 없습니다. 또한 에이전트 태스크를 사용하면 뮤텍스와 같은 동기화 프리미티브 없이도 여러 애플리케이션 태스크가 단일 MQTT 연결을 공유할 수 있습니다.

소스 코드

데모 소스 파일은 이름이 mqtt_demo_connection_sharing.c이며 freertos/demos/coreMQTT/ 디렉터리 및 GitHub 웹 사이트에서 찾을 수 있습니다.

기능

이 데모는 모두 네 개의 태스크를 생성합니다. 세 개는 MQTT API 호출을 요청하는 태스크이고 다른 하나는 이러한 요청을 처리하는 메인 태스크입니다. 이 데모에서는 메인 태스크가 세 개의 서브 태스크를 생성하는 루프를 시작하고, 처리 루프를 호출하고, 나중에 정리됩니다. 메인 태스크는 브로커에 대한 단일 MQTT 연결을 생성하고, 이 연결은 서브 태스크 간에 공유됩니다. 두 개의 서브 태스크는 브로커에 메시지를 게시하고, 세 번째 서브 태스크는 게시된 메시지의 모든 주제와 일치하는 주제 필터에 대한 MQTT 구독을 사용하여 메시지를 다시 수신합니다.

Typedefs

이 데모에서는 다음과 같은 구조, 열거형, 함수 포인터를 정의합니다.

명령

태스크는 MQTT API를 직접 호출하는 대신 Command_t 구조를 사용하여 적합한 API 작업을 대신 직접 호출하도록 메인 태스크에 지시하는 명령을 생성합니다. 명령의 유형은 다음과 같습니다.

  • PROCESSLOOP

  • PUBLISH

  • SUBSCRIBE

  • UNSUBSCRIBE

  • PING

  • DISCONNECT

  • RECONNECT

  • TERMINATE

TERMINATE 명령에는 해당하는 MQTT API 작업이 없습니다. 이 명령은 데모에서 명령 처리를 중지하고 정리 작업을 시작하도록 메인 태스크에 지시하는 데 사용됩니다. MQTT_Publish, MQTT_Subscribe, MQTT_Unsubscribe와 같은 일부 MQTT 명령에는 정보 게시 또는 구독과 같은 일부 추가 정보가 필요하기 때문에 CommandContext_t 필드를 사용합니다. 이 필드는 이 세 가지 명령에는 필수이며 나머지 명령에는 선택 사항입니다.

이러한 명령에는 이 컨텍스트가 필요하므로 명령이 대기열에 배치된 후 명령이 완료될 때까지 이 값을 변경하지 마세요. 명령이 완료되면 선택적 콜백을 간접 호출할 수 있습니다. 이 데모에서는 콜백을 사용하여 호출 태스크에 명령이 완료되었음을 알리는 태스크 알림을 생성합니다. 확인이 필요한 MQTT 작업의 경우(QoS가 0보다 큰 구독, 구독 취소 및 게시) 확인을 수신하면 명령이 완료된 것으로 간주됩니다. 그렇지 않으면 해당 MQTT API 직접 호출이 반환되면 명령이 완료됩니다.

mqtt_demo_connection_sharing.c 파일에서 다음 정의를 찾을 수 있습니다.

확인

일부 MQTT 작업에는 확인이 필요하기 때문에 예상되는 확인의 패킷 식별자가 포함된 AckInfo_t 배열과 이를 예상하는 원래 명령을 사용하여 완료 콜백을 호출할 수 있습니다.

구독

이 데모는 각 태스크의 구독을 추적할 수 있습니다. 이렇게 하려면 구독을 요청하는 각 태스크가 게시된 메시지(SubscriptionElement_t)를 다시 수신할 메시지 대기열을 제공해야 합니다. 여러 태스크가 별도의 응답 대기열을 사용해야 하므로 동일한 주제 필터를 구독할 수 있습니다.

수신된 게시 메시지

태스크는 메인 태스크와 병렬로 실행되므로 메인 태스크가 각 구독 태스크에서 수신된 게시 메시지를 읽을 때까지 기다려야 하는 것은 어렵고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 따라서 수신된 각 메시지는 게시된 메시지의 주제(PublishElement_T)를 구독하는 모든 태스크의 응답 대기열에 복사됩니다. MQTT 클라이언트에서 수신한 게시 패킷에는 클라이언트의 네트워크 버퍼에 대한 포인터가 포함되어 있으므로 수신 메시지의 페이로드와 주제 이름은 응답 대기열에 삽입되기 전에 별도의 버퍼에 복사됩니다. 이렇게 하면 MQTT 클라이언트가 네트워크 버퍼를 지운 후에도 구독 태스크는 수신된 정보를 계속 읽을 수 있습니다.

메인 태스크

메인 애플리케이션 태스크 RunCoreMQTTConnectionSharingDemo는 영구 MQTT 세션을 설정하고, 세 개의 서브 태스크를 생성하고, 종료 명령을 수신할 때까지 처리 루프를 실행합니다. 영구 세션이 사용되므로 예기치 않게 네트워크 연결이 끊어져도 데모가 백그라운드에서 브로커에 다시 연결되므로 구독 또는 브로커로부터 수신되는 게시 메시지가 손실되지 않습니다. 실행할 때마다 새로운 영구 세션을 생성하기 위해 데모는 clean session 플래그가 설정된 상태로 브로커에 연결한 다음 플래그가 설정되지 않은 상태에서 연결을 끊었다가 다시 연결합니다. 처리 루프가 종료되면 브로커와의 연결이 끊기고 네트워크 재연결이 설정된 지점부터 다시 루프를 시작합니다.

데모를 성공적으로 완료하면 다음 이미지와 비슷한 출력이 생성됩니다.

성공적으로 완료 시 MQTT 연결 공유 데모 터미널 출력
명령 루프

명령 루프 prvCommandLoop는 명령이 명령 대기열에 배치될 때까지 기다렸다가 적절한 MQTT API를 호출합니다. DISCONNECT 및 TERMINATE를 제외한 모든 명령에서 MQTT_ProcessLoop도 호출됩니다. 이 데모는 소켓에서 데이터를 사용할 수 있을 때 대기열에 PROCESSLOOP 명령을 추가하도록 소켓 웨이크업 콜백을 설정합니다. 하지만 이 시점에서 대기열에 이미 많은 명령이 있을 수 있습니다. 다른 명령이 처리되는 동안 들어오는 데이터를 무시하지 않도록 하기 위해 각 명령 다음에 MQTT_ProcessLoop가 단일 반복에 대해 호출됩니다.

처리 명령

prvProcessCommand 함수를 참조하세요.

동기 게시자 태스크

동기 게시자 태스크 prvSyncPublishTask는 동기식으로 PUBLISH 작업을 생성하고 각 작업이 완료될 때까지 기다렸다가 다음 작업을 예약합니다. 이 데모에서는 QoS 1을 사용하여 메시지를 게시하므로 이러한 작업은 게시 확인 패킷을 수신할 때까지 완료된 것으로 간주되지 않습니다.

비동기 게시자 태스크

비동기 게시자 태스크 prvAsyncPublishTask는 게시가 완료될 때까지 기다리지 않고 다음 게시를 대기열에 추가합니다. 이는 작업을 재개하기 전에 MQTT 작업이 완료될 때까지 기다릴 필요가 없다는 것을 보여줍니다. 각 게시 명령에는 고유한 컨텍스트 구조가 필요하므로 이 태스크는 동기 게시자 태스크처럼 단일 컨텍스트 구조를 재사용할 수 없습니다. 이전 명령에서 여전히 필요할 수 있기 때문입니다. 따라서 각 컨텍스트 구조에 메모리를 할당한 다음 게시할 모든 메시지가 대기열에 배치된 후 할당된 메모리가 모두 해제될 때까지 기다립니다.

구독자 태스크

구독자 태스크 prvSubscribeTask는 동기 및 비동기 태스크에서 게시된 메시지의 모든 주제와 일치하는 주제 필터를 구독합니다. 그런 다음 게시된 메시지가 모두 다시 수신되기를 기다렸다가 구독을 취소합니다. 또한 이 태스크는 메인 태스크에 명령 루프를 종료하라는 신호를 보내는 TERMINATE 작업을 생성하는 역할도 합니다.