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## Entwicklungsumgebung
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In diesem Kapitel wird die Entwicklungsumgebung
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für die Implementierung der Fallstudie beschrieben.
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Hierbei wird erklärt wie das Flutter Projekt
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aufgesetzt wurde und wie man es zur Entwicklung
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mit eingebetteten Linux Systemen wie dem Raspberry Pi
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konfiguriert.
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In der Entwicklungsumgebung wird davon ausgegangen, dass
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entweder ein Linux oder macOS System genutzt wird, weil
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Windows zu diesem Zeitpunkt nicht unterstützt wird (genauer
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erläutert in Kapitel \ref{raspberrySetup}). In
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Windows sollten die Schritte mit WSL (Windows Subsystem
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for Linux) nachvollzogen werden. WSL erlaubt es eine
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vollwertige Linux Distribution in Windows zu nutzen [@InstallWSL2023].
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Die Nutzung von WSL wurde jedoch nicht getestet, das Projekt
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wurde nur mit Linux und macOS durchgeführt. Es ist also
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möglich, dass es zu Probleme bei der Nutzung von Windows kommen kann.
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### Visual Studio Code
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Für die Implementierung wurde die
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plattformübergreifende Open-Source-Entwicklungsumgebung
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Visual Studio Code (VS Code) von Microsoft verwendet.
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VS Code ist eine sehr beliebte Entwicklungsumgebung
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für die Entwicklung von Webanwendungen, mobilen
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Anwendungen und Desktopanwendungen. Die Entwicklungsumgebung
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bietet eine Vielzahl von Erweiterungen, die die
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Entwicklung von Anwendungen in verschiedenen
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Programmiersprachen und Frameworks unterstützen.
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#### Genutzte Erweiterungen
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In dem Reiter "Erweiterungen" (Strg + Shift + X in Windows/Linux, Command + Shift + X in macOS)
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in VS Code wurden die folgenden Erweiterungen installiert:
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- dart-code.dart-code
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- dart-code.flutter
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- circlecodesolution.css-flutter-color
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- djbkwon.flutter-dependency-docs
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- pkief.material-icon-theme
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- alejandro-fa.vscode-theme-dartpad
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Dazu gehören die offiziellen Erweiterungen für Flutter und Dart
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von Google (dart-code.dart-code und dart-code.flutter), ein Plugin
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für die Anzeige von Farben in Editor bei Dart Code (circlecodesolution.css-flutter-color),
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ein Plugin für die Anzeige der Links zu den Dokumentationen der
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Abhängigkeiten in der pubspec.yaml Datei (djbkwon.flutter-dependency-docs)
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und zwei Plugins für die Anpassung des Themes von VS Code (pkief.material-icon-theme, alejandro-fa.vscode-theme-dartpad).
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Bei der Icon Theme "Material Icon Theme" empfiehlt es sich den Befehl "Material Icons: Change Folder Theme" auszuführen und "None" auszuwählen,
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damit die Ordnerstruktur des Projektes besser dargestellt wird. Das Theme "DartPad Candy" ist zusätzlich auch
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zu empfehlen, da es die Farben des Editors zu denen vom DartPad anpasst. DartPad
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ist ein Online-Editor für Flutter und Dart, welcher von Google entwickelt wurde [@DartPad].
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Das Farbdesign ist dadurch angenehmer als das Standarddesign von VS Code
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für die Entwicklung von Flutter Anwendungen, da es speziell für die Dart
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Programmiersprache angepasst ist.
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Mit Windows die Erweiterung "ms-vscode-remote.remote-wsl" installiert werden,
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mit der das WSL System in VS Code integriert wird. Danach sollte man
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zu diesem WSL System wechseln.
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### Flutter Versionsverwaltung
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Das Versionsmanagement von Flutter ist standardmäßig
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sehr einfach gehalten. Es gibt nur eine globale
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Installation von Flutter, die manuell auf dem System
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installiert wird. Diese globale Installation
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arbeitet mit Git und nutzt verschiedene Branches
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für die verschiedenen Versionen von Flutter,
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diese Branches nennt Google Channels. Die
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Channels sind _stable_, _beta_ und _master_.
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Die _stable_ Version ist immer die aktuellste
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stabile Version von Flutter, diese wird für die
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Produktion und für die meisten Entwickler empfohlen.
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Die _beta_ Version ist die neueste stabile Version
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von Flutter, welche neue Features beinhalten kann und
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nicht für die Produktion empfohlen wird. Diese Version
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wird später zur nächsten _stable_ Version höhergestuft
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und wird von Google jedoch auch bereits extensiv getestet
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und sollte sehr stabil sein. Die _master_ Version ist die neueste
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Entwicklungsversion von Flutter, diese Version ist
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nicht stabil und wird nicht für die Produktion
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empfohlen. Diese Version beinhaltet alle neuesten
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Commits welche von Entwicklern in das Flutter
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Repository gepusht wurden [@googleinc.UpgradingFlutter].
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Hierbei gibt es jedoch einige Probleme, die
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durch die globale Installation von Flutter
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entstehen. Die globale Installation von Flutter
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ist nicht für die Arbeit mit verschiedenen
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Projekten und verschiedenen Versionen von Flutter
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ausgelegt. Es gibt keine Möglichkeit, verschiedene
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Versionen von Flutter zu installieren und zu
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verwalten. Außerdem gibt es keine einfache Möglichkeit,
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eine bestimmte Version von Flutter zu installieren,
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es wird immer die neueste _stable_, _beta_ oder
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_master_ Version installiert. So wurde in der
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Entwicklung der Anwendung von der Fallstudie Flutter Version 3.19.2
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verwendet, welche jedoch zu einem späteren Zeitpunkt
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nicht mehr aktuell ist.
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Zur Lösung dieser Probleme wurde in dem Projekt
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Puro verwendet. Puro ist ein in Dart geschriebenes
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CLI (Command Line Interface, dt. Kommandozeile) Tool, welches es ermöglicht,
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verschiedene Versionen von Flutter zu installieren
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und zu verwalten. Dazu bietet Puro eine Integration
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mit den Entwicklungsumgebungen VS Code und IntelliJ.
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Puro ist Open-Source und auf GitHub verfügbar [@PingbirdPuro2024].
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Im folgenden wird erklärt wie Puro genutzt wird um Flutter
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zu installieren und wie es im Projekt konfiguriert wird.
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#### Puro Installation
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Unter MacOS und Linux kann Puro mit dem folgenden
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CLI-Befehl installiert werden:
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```bash
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curl -o- https://puro.dev/install.sh | PURO_VERSION="1.4.5" bash
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```
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Puro unterstützt hierbei unter Linux und Windows zur Zeit
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der Arbeit nur die AMD64 Architektur (Intel und AMD Prozessoren).
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Unter macOS wird neben AMD64 auch die ARM64 Architektur (Apple Silicon Prozessoren)
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unterstützt.
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#### Installation von Flutter mit Puro
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Puro arbeitet mit Umgebungen (Environments) um die verschiedenen
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Versionen von Flutter zu verwalten.
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In der Anwendung der Fallstudie wurde die Umgebung
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auf "_bachelor_elinux_" gesetzt, diese Umgebung
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muss folgendermaßen erstellt werden:
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```{.bash .number-lines caption="Erstellung der Puro Umgebung" captionpos=t label=CreateBachelor}
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puro create bachelor_elinux 3.19.2
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```
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Nachdem die Umgebung erstellt wurde, kann diese
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mit dem Befehl im Pfad des Projekts genutzt werden:
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```{.bash .number-lines caption="Nutzung der Puro Umgebung im Pfad" captionpos=t label=UseBachelor}
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puro use bachelor_elinux
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```
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Puro erstellt dann eine _.puro.json_ Datei
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und passende Einstellungen in _.vscode/settings.json_
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in dem Pfad des Projektes. Dadurch nutzt VS Code
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automatisch die richtige Version von Flutter
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wenn das Flutter Projekt gestartet wird.
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<!-- MacOS und Linux
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```bash
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curl -o- https://puro.dev/install.sh | PURO_VERSION="1.4.4" bash
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```
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Windows
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```powershell
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Invoke-WebRequest -Uri "https://puro.dev/builds/1.4.4/windows-x64/puro.exe" -OutFile "$env:temp\puro.exe"; &"$env:temp\puro.exe" install-puro --promote
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```
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Puro Optimierungen:
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- parallel git clone and engine download
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- global cache for git history
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- global cache for engine versions
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With other approaches, each Flutter repository is in its own folder, requiring you to download and store the git history, engine, and framework of each version:
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Puro implements a technology similar to GitLab's object deduplication to avoid downloading the same git objects over and over again. It also uses symlinks to share the same engine version between multiple installations:
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```bash
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puro use -g stable
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```
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```bash
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puro create bachelor_elinux 3.19.0
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```
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```bash
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puro use bachelor_elinux
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```
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`.puro.json`:
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```json
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{
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"env": "bachelor_elinux"
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}
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```
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`.vscode/settings.json`
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```json
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{
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"dart.flutterSdkPath": "/Users/pi/.puro/envs/bachelor_elinux/flutter",
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"dart.sdkPath": "/Users/pi/.puro/envs/bachelor_elinux/flutter/bin/cache/dart-sdk"
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}
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```
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```bash
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puro flutter --version
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```
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```bash
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Flutter 3.19.0 • channel stable • https://github.com/flutter/flutter.git
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Framework • revision bae5e49bc2 (6 days ago) • 2024-02-13 17:46:18 -0800
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Engine • revision 04817c99c9
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Tools • Dart 3.3.0 • DevTools 2.31.1
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```
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## Setup von Raspberry Pi -->
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### Einrichtung des Raspberry Pis als Entwicklungsplattform {#raspberrySetup}
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In diesem Kapitel wird die Einrichtung des Raspberry Pi
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als Entwicklungsplattform für die Implementierung der Flutter Anwendung
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beschrieben.
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#### Raspberry Pi Imager
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Mit dem Programm _Raspberry Pi Imager_ kann das offizielle
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und auf Debian basierte Betriebssystem _Raspberry Pi OS_
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auf eine SD-Karte geschrieben werden [@raspberrypiltd.RaspberryPiOS]. In dem Programm
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kann man dazu unter "Advanced Options" den SSH Zugriff
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aktivieren und den öffentlichen SSH Schlüssel hinzufügen.
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Die Informationen der Benutzeroberfläche machen es hier nicht
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ganz klar, aber damit ist gemeint, dass der Schlüssel des
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Gerätes von dem aus der Imager genutzt wird, in dem
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Raspberry Pi OS vorkonfiguriert wird. Es wird also erwartet,
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dass das Gerät, von dem aus der Imager genutzt wird, auch
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zum Zugriff auf den Pi per SSH genutzt wird. Diese Option
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sorgt dafür, dass man sich von dem PC, auf dem der Imager genutzt
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wurde, ohne Passwort-Eingabe per SSH mit dem Pi verbinden kann.
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\begin{figure}[H]
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\caption{Ausgewählte Optionen im Raspberry Pi Imager}
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\label{newsList}
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\centering
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{\shadowimage[width=7cm]{./assets/raspberry/imagerOptions.png}}
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\end{figure}
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Im Imager muss zusätzlich auch die Version vom Raspberry Pi OS
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mit Desktop ausgewählt werden. Es wird empfohlen diese Version
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zu nutzen, weil hier sicher ist, dass alle Grafikkarten und Eingabegeräte Treiber
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und Bibliotheken wie Schriftarten installiert sind. Diese werden
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für die Flutter Anwendung benötigt.
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#### Deaktivierung des Desktops
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Der Desktop von Raspberry Pi OS ist nicht notwendig und
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muss in dem "raspi-config" Kommandozeilen-Programm deaktiviert werden:
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```{.bash .number-lines caption="Starten von raspi-config" captionpos=t label=raspiConfig}
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sudo raspi-config
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```
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In Raspi-Config muss dann unter "System Options" und "Boot / Auto Login"
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die Option "Console" ausgewählt werden und der Raspberry muss neugestartet werden.
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Dies ist notwendig da Flutter-Pi ohne Desktop-Server genutzt werden muss.
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<!-- #### Tailscale
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```bash
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curl -fsSL https://tailscale.com/install.sh | sh
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``` -->
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#### Installation Flutter-Pi
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Danach kann Flutter-Pi nach der offiziellen Anleitung
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aus der README Datei des Projekts auf GitHub installiert
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werden [@winklerArderaFlutterpi2024]. Im Folgenden werden die
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notwendigen Befehle dazu gelistet:
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```{.bash .number-lines caption="Installation von Flutter-Pi" captionpos=t label=FlutterPiInstallation}
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# Installation aller Abhängigkeiten
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sudo apt install cmake libgl1-mesa-dev libgles2-mesa-dev libegl1-mesa-dev libdrm-dev libgbm-dev ttf-mscorefonts-installer fontconfig libsystemd-dev libinput-dev libudev-dev libxkbcommon-dev
|
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|
|
sudo apt install libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev libgstreamer-plugins-bad1.0-dev gstreamer1.0-plugins-base gstreamer1.0-plugins-good gstreamer1.0-plugins-ugly gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-libav gstreamer1.0-alsa
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|
# Aktualisierung der Schriftarten
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sudo fc-cache
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# Installation von Flutter-Pi
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git clone https://github.com/ardera/flutter-pi
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cd flutter-pi
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mkdir build && cd build
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cmake ..
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make -j`nproc`
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sudo make install
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```
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Flutter-Pi kommt mit einem eigenen Build-Tool, welches
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genutzt werden muss um die Flutter Anwendungen für Flutter-Pi
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zu kompilieren. Dieses Tool kann mit dem folgenden Befehl
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installiert werden:
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```{.bash .number-lines caption="Installation von flutterpi_tool" captionpos=t label=FlutterPiTool}
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|
puro flutter pub global activate flutterpi_tool
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|
```
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Das Build-Tool von Flutter-Pi funktioniert momentan nur auf Linux und
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macOS Systemen.
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#### Hinzufügen des Raspberry Pis als Custom Device
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Zuletzt muss der Raspberry Pi als "Custom Device" (dt. Angepasste Geräte) zu
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der Flutter Konfiguration auf dem PC hinzugefügt werden,
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auf dem vorher der Imager genutzt wurde und VS Code und Puro
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installiert wurden. In der GitHub Wiki von Flutter wird
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erklärt wie man "Custom Embedder" als "Custom Devices" zur
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lokalen Flutter Installation hinzufügen kann [@UsingCustomEmbeddersa].
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Die Informationen sind jedoch sehr spärlich und vieles musste
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durch Ausprobieren herausgefunden werden.
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Zuerst müssen die Custom Devices aktiviert werden:
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```{.shell .number-lines caption="Installation von Flutter-Pi" captionpos=t label=customDevicesEnable}
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puro flutter config --enable-custom-devices
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|
```
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Durch die Ausführung des Befehls wird die Datei _~/.config/flutter/custom_devices.json_ erstellt
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und für die lokale Flutter Installation wurde aktiviert, dass Custom Devices aus dieser
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Datei ausgelesen werden können.
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In der Datei _custom_devices.json_ wird dann der Raspberry Pi
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hinzugefügt werden. Da die Dokumentationen dazu sehr spärlich
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sind, folgt hier die komplette Konfiguration für den Raspberry Pi 4
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welche auch in dem Projekt verwendet wurde:
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```{.json .number-lines caption="Beispiel Konfiguration von custom_devices.json" captionpos=t label=customDevicesJson}
|
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|
|
{
|
||
|
|
"custom-devices": [
|
||
|
|
{
|
||
|
|
"id": "rpi",
|
||
|
|
"label": "Raspberry Pi 4",
|
||
|
|
"sdkNameAndVersion": "rpi4",
|
||
|
|
"platform": null,
|
||
|
|
"enabled": true,
|
||
|
|
"ping": ["ping", "-c", "1", "raspberrypi"],
|
||
|
|
"pingSuccessRegex": null,
|
||
|
|
"postBuild": ["flutterpi_tool", "build", "--arch=arm64", "--cpu=pi4"],
|
||
|
|
"install": [
|
||
|
|
"scp",
|
||
|
|
"-r",
|
||
|
|
"-o",
|
||
|
|
"BatchMode=no",
|
||
|
|
"${localPath}",
|
||
|
|
"pi@raspberrypi:/tmp/${appName}"
|
||
|
|
],
|
||
|
|
"uninstall": [
|
||
|
|
"ssh",
|
||
|
|
"-o",
|
||
|
|
"BatchMode=no",
|
||
|
|
"pi@raspberrypi",
|
||
|
|
"rm -rf \"/tmp/${appName}\""
|
||
|
|
],
|
||
|
|
"runDebug": [
|
||
|
|
"ssh",
|
||
|
|
"-o",
|
||
|
|
"BatchMode=no",
|
||
|
|
"pi@raspberrypi",
|
||
|
|
"flutter-pi /tmp/${appName}"
|
||
|
|
],
|
||
|
|
"stopApp": [
|
||
|
|
"ssh",
|
||
|
|
"-o",
|
||
|
|
"BatchMode=no",
|
||
|
|
"pi@raspberrypi",
|
||
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"pkill",
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"flutter-pi"
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],
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"forwardPort": [
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"ssh",
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"-o",
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"BatchMode=no",
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"-o",
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"ExitOnForwardFailure=yes",
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"-L",
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"127.0.0.1:${hostPort}:127.0.0.1:${devicePort}",
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"pi@raspberrypi",
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"echo 'Port forwarding success'; read"
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],
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"forwardPortSuccessRegex": "Port forwarding success",
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}
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]
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}
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```
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Im Quellcode von Flutter konnte zu der _custom-devices.json_ Datei die
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Schema-Datei _custom-devices.schema.json_ gefunden werden, welche
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als Referenz und Hilfe für die Konfiguration genutzt wurde.
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In der Beispielkonfiguration von Auflistung \ref{customDevicesJson} wird
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der Raspberry Pi 4 als Custom Device mit dem Label "Raspberry Pi 4"
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und der ID "rpi" hinzugefügt. Der "ping" Befehl wird genutzt um zu
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überprüfen ob das Gerät erreichbar ist und wenn es ist, wird es
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bei der Ausführung von Flutter mit dem definierten Label
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und der ID in der Geräteliste angezeigt.
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Im "postBuild" Befehl wird das
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Flutter-Pi Build-Tool mit den Parametern "--arch=arm64" und "--cpu=pi4"
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genutzt um die Anwendung für den Pi 4 und der ARM64 Architektur zu
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kompilieren. Aus der Dokumentation des Flutter-Pi Build-Tools kann entnommen werden,
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dass es beim "cpu" Parameter nur die Optionen "pi3" und "pi4" gibt, welche
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spezielle Optimierungen für den Raspberry Pi 3 und 4 beinhalten. Für alle anderen
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Geräte kann der Parameter weg gelassen werden und nur der passende "arch" Parameter
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zur Prozessorarchitektur ist wichtig mit den Optionen "arm", "arm64" und "x64".
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Es werden alle Geräte mit diesen Prozessortypen unterstützt [@winklerArderaFlutterpi_tool2024].
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Mit dem "install" Befehl wird die Anwendung
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mit dem _scp_ Kommandozeilen-Befehl (OpenSSH Secure Copy)
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vom lokalen PC auf den Raspberry Pi kopiert. Dank des SSH Schlüssels,
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welcher im Imager hinzugefügt wurde, ist keine Passwort-Eingabe
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notwendig wie auch bei allen anderen folgenden SSH Befehlen aus
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der Konfiguration. Als Ordner wird ein temporärer Ordner auf dem
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Pi genutzt, in Linux wird dazu das _/tmp_ Verzeichnis genutzt.
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Alle Dateien darin werden nach einem Neustart des Geräts gelöscht.
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Der "uninstall" Befehl löscht dann die Anwendung wieder manuell vom Raspberry Pi
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und der "runDebug" Befehl startet die Anwendung auf dem Pi mit dem _flutter-pi_
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Befehl. Der "stopApp" Befehl stoppt die Anwendung auf dem Pi manuell
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mit dem _pkill_ Befehl.
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Im "forwardPort" Befehl wird ein Port auf dem Pi auf einen Port auf dem
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lokalen PC weitergeleitet, dies ist notwendig um die Anwendung auf dem
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Pi zu debuggen.
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Nach der Konfiguration kann der Raspberry Pi beim Ausführen der
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Flutter Anwendung ausgewählt werden und die Anwendung kann auf dem
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Raspberry Pi gestartet werden, während der Code auf dem lokalen PC
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in VS Code geschrieben und debuggt werden kann. Dabei funktioniert
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auch das Hot-Reload Feature von Flutter.
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Im Test funktioniert diese Konfiguration gut, es gibt aber ein paar Probleme.
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Beim Beenden der Anwendung wird der _stopApp_ Befehl nicht ausgeführt, der
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Befehl in der Konfiguration kann aber manuell ausgeführt werden und funktioniert
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dann. Zusätzlich funktioniert der Hot-Reload nicht beim ersten Mal und es
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wird der Fehler aus Abbildung angezeigt. Es kann dann ein Hot-Restart
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durchgeführt werden und danach funktioniert auch das Hot-Reload Feature
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wie erwartet. Ein paar Mal kam es aber auch vor, dass die App dabei abstürzte.
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Es funktioniert also gut, ist aber noch instabil.
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\begin{figure}[H]
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\caption{Die Fehlernachricht beim ersten Hot-Reload}
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\label{newsList}
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\centering
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{\includegraphics[width=10cm]{./assets/raspberry/hotReloadError.png}}
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\end{figure}
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Der Fehler tritt wahrscheinlich auf, weil die Anwendung nicht den Einstiegspunkt
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in der "_MaterialApp_" richtig neuladen kann. Es ist aber unklar wieso
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es nur beim ersten Mal passiert und die Fehlernachricht hilft in diesem
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Fall nicht weiter.
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