利用 Azure IoT Edge 模块孪生实现电路状态管理

通过应用于 Docker 容器中运行 Johnny 5 的模块孪生的领域特定语言，在树莓派上闪烁 LED。

项目背景

概览：

Azure IoT Edge 允许间歇性连网设备通过“模块孪生”获取期望属性。这些孪生可作为期望状态配置驱动 Edge 模块内特定行为。Edge 模块以容器工作负载运行，支持自愈与快速部署，无需持续连网。有网时，设备可利用云服务调用模块内方法。

本项目开发基于 Azure IoT NodeJS SDK 的 IoT Edge 模块，从云端获取期望状态，配置树莓派 GPIO 引脚，利用 Johnny 5 对连接电路执行期望操作。

这支持有趣用例：* 单电路多运行模式，通过应用不同状态配置切换 * 经 Kubernetes 编排配置妥当时，两设备连接同一电路实现冗余硬件故障转移

背景：

期望状态配置是流行概念，常用于首次预配服务器及强制运行系统合规。我们将此概念扩展至电路，利用为间歇网络环境下韧性与健康运行设计的服务。此法允许运行时改变连接电路行为，支持涉及硬件冗余的有趣场景。

微软 Azure IoT Edge 运行时提供坚实基础。该运行时作为本地服务运行，允许编排容器化“模块”，按设备在 Azure 云配置。始终使用两个系统模块：edge-agent 获取并应用模块部署配置，edge-hub 提供缓存消息到云与模块间通信。

我们从创建基于 Azure IoT NodeJS SDK 的 IoT Edge 模块开始。该模块接收孪生配置，指定设备的期望与报告属性。我们采用领域特定语言解析为 Johnny 5 配置。这让我们在云端定义电路功能，并应用到 IoT Edge 模块。

示例配置如下：

“config”: “{\”peripherals\”:[{\”type\”:\”Led\”,\”name\”:\”alarm\”,\”settings\”
:{\”pin\”:\”GPIO18\”},\”initialState\”: {\”method\”:\”blink\”,\”period\”:500},\
“outputAlias\”:\”alias2\”},{\”type\”:\”Button\”,\”name\”:\”button\”,\”settings\”:
{\”pin\”:\”GPIO20\”},\”outputAlias\”:\”alias1\”}]}”,

此例定义 GPIO18 上的 LED 设备，initialState 为每 500ms 闪烁。LED 状态可通过 outputAlias 传播至其他模块。GPIO20 上的按钮将状态变化发布至 alias1。此配置下，可通过路由 outputAlias 在额外模块中独立响应状态变化。

目前支持通过此机制配置温度计、LED 与按钮设备。

复现步骤：

首先，您需要拥有部署了 IoT Hub 的 Microsoft Azure 订阅。

接着，按此处说明连接 LED 至树莓派 GPIO18 准备硬件。

硬件与云服务就绪后，按此指南在树莓派安装 Azure IoT Edge 运行时。安装后，按此说明手动预配设备。

接下来在 Azure 创建特殊部署以闪烁 LED。

按下图创建部署：

镜像 URL：

toolboc/johnny5onedge:0.0.981-arm32v7

容器创建选项：

{“ExposedPorts”:{“9229/tcp”:{}},“HostConfig”:{“PortBindings”:{“9229/tcp”:[{“HostPort”:“9229”}]},“Privileged”:true,“Devices”:[{“PathOnHost”:“/dev/i2c-1”,“PathInContainer”:“/dev/i2c-1”,“CgroupPermissions”:“rwm”},{“PathOnHost”:“/dev/gpiomem”,“PathInContainer”:“/dev/gpiomem”,“CgroupPermissions”:“rwm”}],“Mounts”:[{“Type”:“bind”,“Source”:“/lib/modules/”,“Target”:“/lib/modules/”}]}}

模块孪生期望属性：

{
“properties.desired”: {
“config”: “{\”peripherals\”:[{\”type\”:\”Led\”,\”name\”:\”alarm\”,\”settings\”:{\”pin\”:\”GPIO18\”},\”initialState\”: {\”method\”:\”blink\”,\”period\”:500},\”outputAlias\”:\”alias2\”},{\”type\”:\”Button\”,\”name\”:\”on\”,\”settings\”:{\”pin\”:\”GPIO20\”},\”outputAlias\”:\”alias1\”}]}”
}
}

完成后保存。跳过 “Specify Routes” 与 “Specify Metrics” 直到 “Target Devices”。

Priority 设为 10，目标条件添加 tags.environment=’blinK