嵌入式 Linux 系列 06：设备服务、MQTT 协议和配置持久化

很多嵌入式 Linux 产品的核心不是驱动，而是设备服务。它负责联网、接收云端或其他设备的控制协议、保存配置、上报状态、处理升级和自恢复。设备服务写得稳不稳，直接影响产品现场表现。

一、设备服务负责什么

常见职责：

• 加载本地配置。
• 建立 MQTT 或 HTTP 连接。
• 上报设备状态。
• 接收控制命令。
• 写入持久化配置。
• 控制本地外设或业务进程。
• 记录日志。
• 异常退出后恢复。

典型目录：

/usr/bin/device_agent
/data/config/device.json
/data/log/device_agent.log
/etc/init.d/S50device_agent

二、MQTT topic 设计

可以按设备 ID 组织：

device/{device_id}/cmd
device/{device_id}/ack
device/{device_id}/state
device/{device_id}/log

示例命令：

{
  "cmd": "set_timezone",
  "request_id": "20260626214854001",
  "timezone": "Asia/Shanghai"
}

ack：

{
  "cmd": "set_timezone_ack",
  "request_id": "20260626214854001",
  "result": "ok"
}

request_id 很重要。没有它，重试、超时和重复消息会很难处理。

三、命令处理流程

收到 MQTT 命令后建议按顺序处理：

1. 解析 JSON。
2. 校验 cmd 和 request_id。
3. 校验参数白名单。
4. 执行业务动作。
5. 持久化配置。
6. 通知相关服务。
7. 发布 ack。
8. 记录日志。

不要先 ack 再执行。否则上层以为成功，设备实际失败。

四、配置持久化

配置建议放在：

/data/config/device.json

写入时使用临时文件和原子替换：

int save_config_atomic(const char *path, const char *content)
{
    char tmp[256];
    snprintf(tmp, sizeof(tmp), "%s.tmp", path);

    FILE *fp = fopen(tmp, "w");
    if (!fp) {
        return -1;
    }

    fputs(content, fp);
    fflush(fp);
    fsync(fileno(fp));
    fclose(fp);

    return rename(tmp, path);
}

异常断电时，这种方式比直接覆盖原文件安全。

五、服务自恢复

最简单的 supervisor 脚本：

#!/bin/sh

APP=/usr/bin/device_agent
LOG=/data/log/device_agent.log

mkdir -p /data/log

while true; do
    "$APP" >> "$LOG" 2>&1
    echo "device_agent exited, restart after 2s" >> "$LOG"
    sleep 2
done

真实项目还需要：

• 防止频繁崩溃导致刷日志。
• 和硬件 watchdog 配合。
• 支持优雅退出。
• 区分升级重启和异常重启。

六、以设置时区为例

MQTT 收到时区修改后：

1. 校验时区是否在白名单。
2. 写入 /data/config/timezone。
3. 优先 bind mount 到 /etc/localtime。
4. 失败时设置 TZ 并重启依赖本地时间的服务。
5. 发布 ack。

这类命令不要只改内存状态。设备重启后必须能恢复。

七、日志要能定位现场问题

日志至少包含：

• 时间。
• 模块。
• request_id。
• 命令名称。
• 参数摘要。
• 结果。
• 错误码。

示例：

2026-06-26 21:48:54 mqtt cmd=set_timezone request_id=... timezone=Asia/Shanghai result=ok

现场排查时，日志比口头描述可靠。