肖晨陽

摘要：設計一種經(jīng)過簡單的硬件改造，通過樹莓派硬件遠程控制多臺計算機的開關(guān)機的方案，從硬件設計、軟件服務端設計、云服務器中轉(zhuǎn)信息三個方面介紹了設計方案。方案實施表明，方案能夠完成設計目標并具有很好的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：樹莓派;軟件服務端設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）29-0225-02

筆者在承擔病毒三維重構(gòu)的并行算法研究的過程，團隊搭建了一個小型的計算機集群，通過計算機集群來進行病毒三維重構(gòu)的運算。在實踐過程中，遇到以下情況：有時候人員出差在外、外出會議、回家后，某臺計算機出現(xiàn)了故障;另外有時候會出現(xiàn)某臺計算機需要開機等情況，而人員恰恰不在實驗室，導致程序運行中斷，往往需要返回實驗室，進行開機或者關(guān)機等處理，費時費力，影響工作。基于這種現(xiàn)狀，我們設計一種遠程計算機開關(guān)機的方法來解決此問題。

1 硬件設計

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

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

樹莓派計算機除了有以太網(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算機的電源開關(guān)鍵。從而實現(xiàn)遠程控制開關(guān)機的目的。

由于樹莓派提供了多個GPIO口，如圖1所示，我們可以用一臺樹莓派控制多臺計算機的開關(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。每個針腳用杜邦線（導線）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)絡功能，能夠運行我們設計的遠程控制軟件。

2 軟件設計

2.1 程序控制GPIO

樹莓派Linux已經(jīng)對GPIO進行了驅(qū)動級支持，并提供了應用層接口命令GPIO。

用gpio readall獲取個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，從而實現(xiàn)計算機開關(guān)鍵閉合和打開。

2.2 遠程控制樹莓派。

由于被控計算機在內(nèi)網(wǎng)，無法通過公網(wǎng)進行直接訪問，因此我們購買了一個云服務器作為控制信息的中轉(zhuǎn)，實現(xiàn)間接訪問。樹莓派計算機通過客戶端連接，并登記注冊到公網(wǎng)云服務器，保持網(wǎng)絡連接。

當我們需要對內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的計算機進行關(guān)機或者開機時，外網(wǎng)客戶端連接云服務器，向云服務器發(fā)送控制信息，服務器收到控制信息后，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口對被控計算機進行開機或者關(guān)機操作。

2.3 軟件流程設計

1）內(nèi)網(wǎng)樹莓派啟動后，Client0啟動程序和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)送一個心跳（hearbeat）信息，保證TCP連接不中斷。

3）當需要控制被控機器時，clientl啟動程序和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對應的計算機啟動或者關(guān)機。

根據(jù)上述流程，我們用C語言編寫了一個軟件服務端和兩個客戶端程序。

3 方案實施

本文設計的遠程控制計算機方案，應用于本實驗室由8臺計算機組成的小型集群，經(jīng)過對計算機的簡單改裝，能夠成功實現(xiàn)遠程對指定計算機進行模擬計算機開關(guān)鍵進行開機和關(guān)機。經(jīng)過近一年時間的運行，運行情況良好。

4 結(jié)論

本文采用廉價的樹莓派硬件，通過控制所帶的GPIO控制口，控制計算機的開關(guān)鍵，從而實現(xiàn)控制開機和關(guān)機功能，而遠程控制的功能實現(xiàn)，則通過一個公網(wǎng)云服務器，作為控制信息的中轉(zhuǎn)，實現(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，需要對特定計算機進行啟動和關(guān)機的問題。在此基礎(chǔ)上，充分利用樹莓派提供的多個GPIO口，實現(xiàn)一臺樹莓派控制多臺計算機的開關(guān)機的操作。本方案結(jié)構(gòu)簡單，對計算機改動極少，完全不影響原有功能，具有方便使用等特點。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】