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关于 k210 的 micropython 添加 ussl 模块,实现 https 访问支持的那些事。
阅读量:439 次
发布时间:2019-03-06

本文共 8740 字,大约阅读时间需要 29 分钟。

2020年5月15日 更新

修复了一下网络层的接口,之前写得太累了疏忽了细节问题,导致 http/https 的请求没有正确处理 eof 无法直接退出,导致陷入多次超时从而访问时间很长,高达 30s ,现在仔细处理了一下 EOF 的问题,基本上 http get 就可以 0.2s,https get 就改参数先优化到 4s 一次了,https 主要还是双向通信的细节没处理好,明天起来接着 XD 。

现在 https 优化到 2s 了,基本符合预期。

起因

事情已经过去快一周了吧,继上次修复 maixpy k210 的 esp8285 at 通信后,突然遇到泽畔大大问,要不要做 ussl 的支持?

评估了一下各方的实现,想了一下自己也刚好在做网络层的优化和处理,况且 micropython 在 stm32 、 esp32 上的也有对应的实现,那就添加实现进去吧,选取了 mbedtls 版本的 ussl 模块,实现相关文件如下。

这里说一下 ussl 的工作机制。

首先建立在 micropython 的 network 架构下的 socket 模块,提供了关键的 steam->write 和 steam->read 基础接口,实际上就是继承一个抽象 steam 对象的接口。

因此 ussl 提供了 wrap_socket 用来提升 socket 的功能,从而支持 https 的访问。

我们看一下 micropython 的实例就知道了。

try:    import usocket as _socketexcept:    import _sockettry:    import ussl as sslexcept:    import ssldef main(use_stream=True):    s = _socket.socket()    ai = _socket.getaddrinfo("google.com", 443)    print("Address infos:", ai)    addr = ai[0][-1]    print("Connect address:", addr)    s.connect(addr)    s = ssl.wrap_socket(s)    print(s)    if use_stream:        # Both CPython and MicroPython SSLSocket objects support read() and        # write() methods.        s.write(b"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")        print(s.read(4096))    else:        # MicroPython SSLSocket objects implement only stream interface, not        # socket interface        s.send(b"GET / HTTP/1.0\r\n\r\n")        print(s.recv(4096))    s.close()main()

实现的最终结果如下,不过目前的实测效果距离商业使用,保守来讲,还有很大的优化空间,主要在核心函数和配置方面要改善性能。

  • esp32 的效果

  • k210 的效果

实现细节

MaixPy k210 采用 components/micropython/CMakeLists.txt 来管理 micropython 的编译命令。

所以在不脱离主流的基础上,在 micropython-ulab 的配置后面继续添加如下配置。

if(1 OR CONFIG_MICROPY_SSL_MBEDTLS)        list(APPEND ADD_INCLUDE "${mpy_core_dir}/lib/mbedtls/include")        set(CMAKE_C_FLAGS "${CMAKE_C_FLAGS} -DMBEDTLS_CONFIG_FILE='\"${mpy_port_dir}/src/mbedtls/include/mbedtls_config.h\"'")        # message(${CMAKE_C_FLAGS})        append_srcs_dir(ADD_SRCS "port/src/mbedtls")        append_srcs_dir(ADD_SRCS "core/lib/mbedtls/library")        list(REMOVE_ITEM ADD_SRCS "${mpy_core_dir}/lib/mbedtls/library/net_sockets.c")    endif()

稍微解释一下

  • 将 mbedtls/include 和 mbedtls/library 添加到环境中,并排除 net_sockets.c 的实现,问题下述。

  • 给 CMAKE_C_FLAGS 添加 -DMBEDTLS_CONFIG_FILE 自定义的 mbedtls 配置文件,从而屏蔽内置的 config.h 。(奇怪的是 add_definitions 不 work ,就直接用 set 了)
#if !defined(MBEDTLS_CONFIG_FILE)#include "mbedtls/config.h"#else#include MBEDTLS_CONFIG_FILE#endif

所以现在把代码编译了进去,就完成了大部分的移植,是不是很简单?

当然,事情不会这么顺利的,在没有进行专门配置的时候,启动模块是可以的,现在开始实践发起一次 get https 网站的请求,测试 python code 如下:

wCli = MicroWebCli('https://tcc.taobao.com/cc/json/mobile_tel_segment.htm?tel=13631786501')# wCli = MicroWebCli('https://www.baifubao.com/callback?cmd=1059&callback=phone&phone=13631786501')# wCli = MicroWebCli('https://github.com')# wCli = MicroWebCli('https://ssl.logink.cn/')# wCli = MicroWebCli('https://cn.bing.com/?FORM=Z9FD1')# wCli = MicroWebCli('https://www.sojson.com')# wCli = MicroWebCli('https://www.baidu.com')while True:    try:        print('GET %s' % wCli.URL)        wCli.OpenRequest()        buf  = memoryview(bytearray(1024))        resp = wCli.GetResponse()        if resp.IsSuccess() :          while not resp.IsClosed() :            x = resp.ReadContentInto(buf)            if x < len(buf) :              buf = buf[:x]            print(bytes(buf))          print('GET success with "%s" content type' % resp.GetContentType())        else :          print('GET return %d code (%s)' % (resp.GetStatusCode(), resp.GetStatusMessage()))    except Exception as E:        print(E)    time.sleep(2)

问题一: -0x0034 错误代码

Gather entropy_len bytes of entropy to seed state

mbedtls_ctr_drbg_seed returned -52 或者-0x0034

错误解释:

MBEDTLS_ERR_CTR_DRBG_ENTROPY_SOURCE_FAILED        -0x0034  /**< The entropy source failed. */

原因:

给mbedtls提供的熵源不够混乱,应该用硬件随机数发生器。

解决:

mbedtls\config.h

#define MBEDTLS_ENTROPY_HARDWARE_ALT

解决方案可以参考

mbedtls_hardware_poll 实现可以参考 esp32 、stm32 的,如下是我后来实践到 k210 的,这个函数只会在发起链接的时候调用。

#include 
#include
#include "rng.h"#if !defined(MBEDTLS_CONFIG_FILE)#include "mbedtls/config.h"#else#include MBEDTLS_CONFIG_FILE#endif#include "mphalport.h"int os_get_random(unsigned char *buf, size_t len){ int i, j; unsigned long tmp; for (i = 0; i < ((len + 3) & ~3) / 4; i++) { tmp = rng_get() + systick_current_millis(); for (j = 0; j < 4; j++) { if ((i * 4 + j) < len) { buf[i * 4 + j] = (uint8_t)(tmp >> (j * 8)); } else { break; } } } return 0;}int mbedtls_hardware_poll( void *data, unsigned char *output, size_t len, size_t *olen ){ int res = os_get_random(output, len); *olen = len; return 0;}// int mbedtls_hardware_poll(void *data, unsigned char *output, size_t len, size_t *olen) {// uint32_t val;// int n = 0;// *olen = len;// while (len--) {// if (!n) {// val = rng_get();// n = 4;// }// *output++ = val;// val >>= 8;// --n;// }// return 0;// }

问题二: -0x7280 错误代码

错误类型是

#define MBEDTLS_ERR_SSL_CONN_EOF -0x7280 /**< The connection indicated an EOF. */

这个问题我看了很久,因为上来就给我当头一棒,任何 https 的访问都布星。

那就奇了怪了,然后我开了 debug 开关,开到等级 4 后。

#ifdef MBEDTLS_DEBUG_C    // Debug level (0-4)    mbedtls_debug_set_threshold(4);    #endif

发现 TM 有在流动数据,而且是在工作的,而且看数据发现是正常工作的。

那么开了 debug 和没有开 debug 的区别在哪里呢?

可以想象的是 debug 肯定会对程序执行产生一些细微的差距,最后通过几次 debug 的后定位到是这个函数的延时保障了程序的执行。

看起来是不是很奇怪?为什么呢?如果在这里简单的延时就会产生下述的效果。

也就是请求时好时坏,如果知道是需要延时的话,那么又该延时多少呢?

此时交给❤名侦探登场❤,真相只有一个!

首先函数来自于 f_send 操作,这个肯定是个回调,然后定位它。

void mbedtls_ssl_set_bio( mbedtls_ssl_context *ssl,        void *p_bio,        mbedtls_ssl_send_t *f_send,        mbedtls_ssl_recv_t *f_recv,        mbedtls_ssl_recv_timeout_t *f_recv_timeout ){    ssl->p_bio          = p_bio;    ssl->f_send         = f_send;    ssl->f_recv         = f_recv;    ssl->f_recv_timeout = f_recv_timeout;}

说明来自上层,那么继续,定位到 /home/junhuanchen/MaixPy/components/micropython/core/extmod/modussl_mbedtls.c 。

mbedtls_ssl_set_bio(&o->ssl, &o->sock, _mbedtls_ssl_send, _mbedtls_ssl_recv, NULL);

说明回调的是 _mbedtls_ssl_send 函数,如下。

STATIC int _mbedtls_ssl_send(void *ctx, const byte *buf, size_t len) {    mp_obj_t sock = *(mp_obj_t*)ctx;    const mp_stream_p_t *sock_stream = mp_get_stream(sock);    int err;    mp_uint_t out_sz = sock_stream->write(sock, buf, len, &err);    if (out_sz == MP_STREAM_ERROR) {        if (mp_is_nonblocking_error(err)) {            return MBEDTLS_ERR_SSL_WANT_WRITE;        }        return -err;    } else {        return out_sz;    }}

经过测试发现,延时不应该上在 sock_stream->write 之前,而是之后,那么这说明什么问题呢?

如果要解决问题,是可以在这里添加延时解决问题,但是这里是问题的源头吗?显然不是。

判断有二

  • esp32 为什么没有这个问题?
  • 这个模块的位置在 micropython core 体系下,说明有大量的实例支撑它们的逻辑正确性。

那么说明问题并不是这个地方导致的,在这个 micropython 的体系里,这时候只能说明一个问题,是网卡的 sock_stream->write 请求过快返回导致的问题。

而我在用的是 ESP8285 的 AT 网卡,这就可以联想到 esp_send 的工作机制不一定符合标准 socket 工作时序。

为什么呢?

因为 AT 的请求只需要将数据发送过去即可完成传输,但传输正确与否请求这端不直接参与,这与其他芯片的工作到链路层发送数据的机制不同,所以就会提前返回。

如果我的假设是正确的,那么我应该把问题定位到这里 components/micropython/port/src/standard_lib/network/esp8285/modesp8285.c 之中的 esp8285_socket_send 函数。

STATIC mp_uint_t esp8285_socket_send(mod_network_socket_obj_t *socket, const byte *buf, mp_uint_t len, int *_errno) {	if((mp_obj_type_t*)&mod_network_nic_type_esp8285 != mp_obj_get_type(MP_OBJ_TO_PTR(socket->nic)))	{		*_errno = MP_EPIPE;		return MP_STREAM_ERROR;	}	nic_obj_t* self = MP_OBJ_TO_PTR(socket->nic);    if(socket->peer_closed)    {        *_errno = MP_ENOTCONN;        return MP_STREAM_ERROR;    }    Buffer_Clear(&self->esp8285.buffer);//clear receive buffer    socket->first_read_after_write = true;	if(0 == esp_send(&self->esp8285,(const char*)buf,len, (uint32_t)(socket->timeout*1000) ) )	{		*_errno = MP_EPIPE;		return MP_STREAM_ERROR;	}    // printk("%s len %d\r\n", __func__, len);    mp_hal_delay_us(len * 50); // maybe 50 us time required to send per byte    // vTaskDelay(len / portTICK_PERIOD_MS);    return len;}

在这里我做了一个假设性的 timing 测试,假设为了修复它与其他芯片同步的工作时序,那么我应该在发送数据后进行一段时间的延时,但这个延时是多久呢?

我现在通信在用的波特率都是 921600 ,在这个假设可行的情况下,我假定每个字节发送到对端需要的时间为 100 us 即 mp_hal_delay_us(len * 50); ,以此进行测试。

结论是实测 100 us 恢复正常工作,表示已经修复成功,那么就结束了吗?

还没,我们应该还要继续确定,真正预期的延时应该是多少?

接着二分法到 50 us 也成功。

继续二分法到 25 us 也成功。

继续二分法到 10 us 却不成功。// 虚伪二分

那么结论也有个大概了,考虑到 921600 的速率过快,我原本思考要么就 25 us 最优方案。

但后来发现,每次请求的数据并不会应该这个值而有所改善性能,反而可能会存在小概率请求失败,那既然没影响,应该保守设置到 50 us 比较合理。

此时修改的位置非常合理,一方面不破坏 esp32 spi 那端的网卡,另一方面也不破坏 micropython core 的代码,从而比较优雅的解决问题。

最后做个总结

实测 https 的网站都有如下,不过 github.com 的 hostname 经常获取不到,dns 炸裂

wCli = MicroWebCli('')

wCli = MicroWebCli('')
wCli = MicroWebCli('')
wCli = MicroWebCli('')
wCli = MicroWebCli('')
wCli = MicroWebCli('')
wCli = MicroWebCli('')

已修复如下问题。

另外 HTTPS 的访问速度没有想象的快,从建立链接到收发数据就需要差不多 20s,相比 HTTP 的 10 秒一次请求,这中间有很大的优化空间。

简单判断跟加密解密的软实现函数的效率有关,也可能跟目标网站的响应速度以及对应的 TLS 传输协议有关,可以进一步优化 mbedtls 的配置文件。

需要实测真实用户的 https 的使用环境才能进一步优化。

2020年5月11日 junhuanchen 留

转载地址:http://xnbyz.baihongyu.com/

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