Raspberry Pi meets ASP.NET SignalR!

※本記事は、ASP.NET Advent Calendar 2014 への寄稿記事です。

Linux 上で動く .NET アプリ - Mono ランタイム

先日、Microsoft が .NET をオープンソース化する、及び、MacOS や Linux 上での動作をサポートする、ということが大きなニュースになっていた。

このニュースには大きな意味がある。

が、それはそれとして、もちろん、これまでも・今でも、Mono という .NET のオープンソース実装を使うことで、Linux や MacOS 上で .NET アプリを動かすことができる。

...ところで、Raspberry Pi。

と、ここでいきなり、Raspberry Pi の話。
Raspberry Pi はいわゆる「ボードコンピュータ」っていうやつ。
小さなむき出しの基板一枚に必要なチップやコネクタを搭載していつつ、Linux OS がしっかり動いてしまうという面白いハードウェアだ。
さらに基板上には "GPIO" と呼ばれるデジタル入出力が可能なピンが用意されておりこのピンに電気装置をつないでやり取りできる。
LED(発光ダイオード)をチカチカ点滅させたり（いわゆる "Lチカ"）、気温や湿度をセンサー経由で取得したり、アイディア次第で色々だ。

Raspberry Pi で C#製アプリを実行する

さて、先に書いたとおり、.NET アプリは Linux 上の Mono の上で実行できる。
なので、例えば C# や F# 等で書かれた .exe ファイルを、Linux が走っている Raspberry Pi 上で実行することも可能だ。

例えば Raspberry Pi に OS "Raspbian" をインストールし、インターネット接続環境を整えた状態で、この Raspberry Pi 上の Raspbian にて下記の3つのコマンド実行すると、.NET アプリを実行するための環境ができあがる。

# ローカルにキャッシュされているパッケージ情報の更新を、管理者権限で実行

sudo apt-get update

# インストール済みのパッケージの最新版への更新を、管理者権限で実行

sudo apt-get upgrade 

# Mono 一式のインストールを、管理者権限で実行

sudo apt-get install mono-complete 

そして、手元の x64 な Windows PC 上で Visual Studio で開発した .exe ファイルを、scp コマンド等で Raspberry Pi 上に送り込めば、ARM CPU である Raspberry Pi 上で実行できてしまう。

具体的には、mono コマンドの引数に、実行したい .exe ファイルのパスを指定すればよい。

mono myapp.exe

※話が逸れるが、C# のコマンドラインコンパイラ csc.exe は、.NET Framwork がインストール済みの Windows なら同梱されているため、メモ帳で C# のソースコード書いて csc.exe でコマンドライン上でコンパイルすれば、Visual Studio 無くたって、.NET アプリは作れる。メモ帳は言い過ぎだとしても、SublimeText などの軽量・高機能なテキストエディタとその拡張で簡易だが俊敏な開発環境を作ることも可能だ。

ということで、実際、Raspberry Pi 上で実行する C# 等による .NET アプリ用に、GPIO にアクセスするためのライブラリが公開されていたりする。

RaspberryPi.NET
https://github.com/cypherkey/RaspberryPi.Net/
WiringPi.Net
https://github.com/danriches/WiringPi.Net

...と、まぁ、ここまではよくある(?)話。

Internet 上で「Raspberry Pi C#」とかで検索するといろいろ事例が見つかる。

「Raspberry Pi + Mono で、C# から Lチカできたぜ!」というのがまずは初めの一歩なのだが、ここでさらに一歩踏み込んで、
「Raspberry Pi + Mono 上で ASP.NET SignalR 動かすぜ!」
ということをやってみた(やっと本題)。

OWIN Self Hosting と SignalR

実は最近の ASP.NET、OWIN と呼ばれる新しいWebスタックの仕様およびその実装によって、
「コンソールアプリなんだけど、ASP.NET が走っている HTTP サーバーです」
というプログラムを容易に作成できるようになった。

このような形態で ASP.NET アプリを提供する方式を、"Self Hosting" と呼ぶらしい。
アプリそれ自身(Self)が、ASP.ENT をホストするからだろう。

そしてもちろん、このオレオレ ASP.NET サーバーには、リアルタイム双方向通信ライブラリである SignalR も搭載することができる。

そうすると、ASP.NET + SignalR による Web アプリをホスト・提供しつつ、GPIO に読み書きを行うコンソールアプリが、Raspberry Pi 上で動作するのだ。

すなわち。

このアプリが提供している ASP.NET Web アプリに、ネットワーク越しに何かデバイスのブラウザでアクセスすることで、

• そこに表示された UI をタップすると、Raspberry Pi の GPIO につながっているLEDを点灯・消灯したり、
• 同じく GPIO につながったセンサーからの入力が刻一刻と準リアルタイムで UI 側に表示されたり、

という機能が実現できるのだ。







... 伝わっただろうか?

なんか、文章だと
ぜんぜん伝わんない
気がする。


なので、動画に撮りました!



上記デモンストレーションで使用した回路や、アプリのソースコードについては、GitHub 上で公開している。

Sample code of ASP.NET SignalR OWIN Self Hosting console app which can run on Raspberry Pi!
http://sample-by-jsakamoto.github.io/SignalR-on-RaspberryPi/

なお、SignalR を RaspberryPi + Mono 上で動かす例としてはほかにも面白いものがあって、例えば下記の動画など、LEGO(?) で大層なおもちゃを作って幼い息子さんに遊ばせてたりする。

ここまでの話を振り返って

ここまでの内容をおさらいしておこう。

1. インストールステップが簡単

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install mono-complete

のコマンドをいちど実行して Mono による .NET アプリの実行環境を整備しておけば、あとは自作した .exe ファイルと周辺の .dll ファイルを送り込むだけだ。

そしてこの.exe を実行すれば、Raspberry Pi 上の GPIO と相互作用する、SignalR で実現したリアルタイム Web アプリが提供される。
Apache だのなんだののインストールと設定が不要
なのだ。

2. インターネット接続不要

そして面白いことに、この技法は、インターネット接続を必要としない。

インターネットにつながっていない閉鎖網のLAN内であっても、Raspberry Pi が Web アプリサーバーなので、この LAN に Raspberry Pi につながればよいのだ。

同じ IoT でも、Internet Of Thing ではなく、Intranet Of Thing である。

3. マルチデバイス

さらに、Web標準の技術なので、ブラウザが動作すれば、デバイスを問わない。
もちろん、ネイティブアプリのような使い勝手はないかもしれない。
しかし代わりに、各デバイスネイティブなアプリを作ったり配布したりする手間なく、各種PC上のブラウザはもちろん、iOS や、Android などでもアクセスできる。

まとめ

ということで、C# + ASP.NET - OWIN Self Hosting + SignalR - の知識・技量があれば、あともう一息、Raspberry Pi の GPIO 操作を習得することで、このような形で外界と相互作用しつつ、マルチデバイスで動作する、クラウド不要なネットワークアプリを作ることができる。

繰り返しになるが、面倒な環境設定も要らない。

C# + ASP.NET のスキルだけであっても、アイディア次第でさらに広い世界に応用できるのではないか、そう期待が膨らむ次第である。

Enjoy your Raspberry Pi and ASP.NET life!