为Raspberry Pi开发.NET应用程序：第2部分

目录

介绍

背景

问题描述

解决方案结构

关注点分离

重构

单元测试、模拟和依赖注入

运行代码

兴趣点

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一个简单而现实的Raspberry Pi .NET解决方案，演示了项目布局，单元测试和最佳实践。开发是在能够运行Visual Studio Code的计算机上进行的，该计算机通过SSH远程连接到Raspberry Pi。

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介绍

可以在.NET中为Raspberry Pi编写应用程序，就像在任何其他环境中一样。编写良好的.NET（和C＃）代码的优点是，可以实现更具伸缩性和可维护性的解决方案。在本文中，我将描述可用于创建此类解决方案的项目结构。这将包括单元测试，模拟和依赖注入。该应用程序将是一个简单的应用程序，但是解决方案结构将实现任何大型开发项目的两个关键目标：

1. 该代码应尝试实现关注点分离。
2. 该代码应有助于重构。

这两个原则将在本文后面进行演示。我将使用.NET Core IoT库，这是Microsoft的官方解决方案，用于与Raspberry Pi等平台上的低级设备接口。

背景

第1部分：在Raspberry Pi上轻松设置.NET Core并使用VS代码进行远程调试

在上一篇文章中，我描述了如何设置开发环境，该环境将使使用自动化部署和调试的远程Raspberry Pi开发变得容易。那篇文章包括几个简单的程序。本文将以该文章为基础，并说明如何创建更现实，更大的解决方案。

问题描述

我为此示例解决方案选择了一个简单的问题。对此的要求很明确，但这是有意的。解决方案结构是重要的部分，并且通过解决一个简单的问题，这有望使焦点集中在解决方案上。

因此出现了问题：将有两个按钮开关和两个LED。我们将创建一个控制台应用程序，使每个LED都可以打开或关闭。这些按钮将识别短按的时间。我们还将有两种测试模式——一种持续使LED闪烁直到长按按钮2为止，另一种显示消息以表明已按下哪个按钮，长按按钮2也会终止该模式。

我已将开关和LED连接到以下GPIO引脚：

显然，这是一个人为的例子。一个更现实的解决方案将对输入和输出有所帮助，并且可能包括更复杂的设备。在撰写本文时，IOT项目包括70多个与温度，加速度计和光传感器等设备以及许多有线和无线设备的接口。

解决方案结构

顶层结构如下所示：

> .vscode
> Doc
> RpiBlinkButtonApp
> RpiBlinkButtonLib
> RpiBlinkButtonLibTests
> Scripts
.gitignore

有三个代码文件夹，RpiBlinkBut​​tonApp，RpiBlinkBut​​tonLib和RpiBlinkBut​​tonLibTests。在更大的解决方案中，可能会有更多的类库项目，并且每个类库都应该有自己的Tests项目。可能会有更多Application项目。另外，请注意，我没有为该App项目提供单元测试，但是对于真正的解决方案，也应该为此项目提供单元测试。

该.vscode和脚本文件夹是基于以前的文章，以及包括脚本和配置，以支持远程部署和调试。

关注点分离

本文中方法的主要目标之一是关注点分离。这对于较大的解决方案很重要，在这种解决方案中，通常不可能或不希望为了整个解决方案而理解整个解决方案。为此，需要有清晰的抽象层。显而易见的第一个抽象层是实际的物联网库本身。值得看一下该存储库中的代码，但理解所有内容以使用它并不是必需的。

我们的第一个抽象是拥有一个类库项目。在该项目中，我选择创建两个控制器类。该LED控制器类封装了两个LED——我选择了有红色和绿色LED。有两种方法可以打开或关闭红色或绿色LED。按钮控制器有两个按钮，并且因为这些是稍微更复杂（例如，要求取消开关），控制器使用另一个类，GpioButton。但是，使用按钮控制器应该很容易，我决定提供一个ButtonPressed事件，该事件的EventArgs参数描述发生了什么类型的事件（短按或长按的按钮1或2）。

重构

该代码应该适合重构。与项目开始时一成不变的设计不同，现代代码应随着项目的进行不断地重构。包括VS Code在内的IDE提供了使此过程更容易的工具，但我们还需要确保代码的复杂性不会失控，因为一旦发生这种情况，就很难进行重构，并且在某些情况下变得不可能。

重构的另一个关键部分是确信重构没有破坏任何东西。这是进行良好单元测试的关键原因之一。

单元测试、模拟和依赖注入

库中的每个类都有其自己的测试类。理想情况下，我们只想测试该类并把对其他类的调用存根。最好的方法是模拟被调用的类。我已经使用了Moq，可以通过NuGet轻松安装。模拟的关键部分是使用依赖注入和控制反转。他们的主要思想是，我们将实例化的对象传递给我们的类，而不是将类创建对象本身。这样，我们就可以传递模拟对象而不是真实对象。这样的一个例子是在ButtonControllerTests中的CreateMockedObjects()：

private MockButtonCollection CreateMockObjects()
{
    var mockObjects = new MockButtonCollection();

    mockObjects.Button1 = new Mock<GpioButton>(null);
    mockObjects.Button2 = new Mock<GpioButton>(null);
    mockObjects.GpioDriver = new Mock<GpioDriver>();

    // Mock the methods to setup a pin
    mockObjects.GpioDriver.Protected().Setup<bool>("IsPinModeSupported", ItExpr.IsAny<int>(),
                                                   ItExpr.IsAny<PinMode>()).Returns(true);

    // Create a ButtonController
    mockObjects.GpioController = new GpioController(PinNumberingScheme.Logical,
                                                      mockObjects.GpioDriver.Object);

    mockObjects.ButtonController = new ButtonController(mockObjects.GpioController,
                                      mockObjects.Button1.Object, mockObjects.Button2.Object);

    // Initialize the button controller
    mockObjects.ButtonController.Initialize();

    return mockObjects;
}

另一个例子是我们传递给GpioButton类的DateTimeProvider类。可以如下模拟：

var mockDateTime = new Mock<IDateTimeProvider>();

var dateNow = DateTime.UtcNow;

mockDateTime.SetupSequence(m => m.UtcNow)
  .Returns(dateNow)
  .Returns(dateNow.AddMilliseconds(20))
  .Returns(dateNow.AddMilliseconds(30));

这使我们可以返回特定的值，在这种情况下，第一个调用UtcNow()获取当前时间，随后的调用获取时间+ 20ms，然后是+ 30ms。然后，我们可以在GpioButton中控制这样的代码：

else if ((_dateTime.UtcNow - PressedStart).TotalMilliseconds >= LONG_PRESS_DURATION)
{
  longReleaseAction();
}

依赖项注入的问题之一是使用不可模拟的第三方类。一个很好的例子是GpioController。为了使类成为可模拟的，它需要从接口派生（例如IList），或者需要具有虚拟方法。GpioController两者都不具备，因此我们无法创建模拟程序GpioController。幸运的是，GpioController构造函数确实将 GpioDriver作为参数。这使我们可以创建一个模拟GpioDriver。然后，我们可以调用GpioController，将调用我们的模拟程序GpioDriver。一个简单的例子就是LedControllerTests，在其中我们可以检查SetLed()方法实际写入正确的gpio pin：

public void SetLed_ShouldCall_DriverWriteMethod(string method, int pin, bool on)
{
  // Given I have created a mock Gpio driver
  var mockDriver = new Mock<GpioDriver>();

  // And I have mocked the methods to write to a pin
  mockDriver.Protected().Setup<bool>("IsPinModeSupported", ItExpr.IsAny<int>(),
                                                  ItExpr.IsAny<PinMode>()).Returns(true);
  mockDriver.Protected().Setup<PinMode>("GetPinMode", ItExpr.IsAny<int>())
                        .Returns(PinMode.Output);

  // And created a LedController
  var gpioController = new GpioController(PinNumberingScheme.Logical, mockDriver.Object);
  var ledController = new LedController(gpioController);
  ledController.Initialize();

  // When I call the controller - e.g. led.SetRed(true)
  typeof(LedController).GetMethod(method).Invoke(ledController, new object[] { on });

  // Then I expect the pin to be written to
  mockDriver.Protected().Verify("Write", Times.Once(), ItExpr.Is<int>(p => p == pin),
                  ItExpr.Is<PinValue>(m => m == (on ? PinValue.High : PinValue.Low)));
}

运行代码

有两个步骤可以运行或调试程序。假设已按照这些文章的第1部分设置了Raspberry Pi，则需要两个步骤。这些步骤是：

1. 设置Raspberry Pi名称（通过Ctrl Shift P）
2. 从菜单或活动栏（通常位于左侧）运行

兴趣点

使用Raspberry Pi C＃代码与处理任何其他C＃代码一样容易。我们拥有重构、智能感知等所有可用工具，这些工具使我们比在Raspberry Pi上尝试编写Raspberry Pi应用程序容易得多。

我在这里没有介绍它，但是很明显，我们可以包含其他任何.NET应用程序中都将包含的功能，例如实体框架，具有广泛支持的Web应用程序等。

在.NET中为Raspberry Pi进行开发与在Python，JavaScript和C ++中进行开发（在使用此处描述的Raspberry Pi设置在VS Code中都应该可以进行开发）不同，在.NET中，C＃代码在开发机器上，而对于其他语言，源通常位于目标计算机上。我想无论哪种方式都没关系（尽管您可能有自己的偏好），但是了解这一点可以使事情更清楚。

从理论上讲，我们可以在开发机器上本地运行代码（无论是Linux，MacOS还是Windows）。但是，gpio调用将不起作用（如果尝试使用，则会发现它们抛出“不支持”的异常）。但是应该可以创建与之通信的模拟器GpioDriver。但是，这超出了本文的范围！