Raspberry Pi Programmierung mit C++ und GTK+

In diesem Tutorial zeige ich wie man mit C++ und GTK+ ein grafisches Fensterprogramm für den Raspberry Pi entwickelt. Zuletzt haben wir ja bereits über ein Script ein grafisches Terminal Programm entwickelt. Mit C++ und GTK+ hat man die größte Flexibilität und kann jede beliebige Anwendersoftware erstellen.

Raspberry Pi Programmierung mit C++ und GTK+

Am Raspberry Pi entwickeln ist etwas für richtige Freaks. Ich habe gerne die maximale Leistung zur Verfügung, weshalb ich das auf meinem i7 Rechner mache. In diesem Tutorial werde ich remote am Raspberry Pi testen und Debuggen, am Laptop jedoch unter Visual Studio entwickeln und kompilieren. Die Entwicklung wäre zwar auch zu 100% auf dem Raspberry Pi möglich, beispielsweise mit der C++ IDE CodeBlocks oder CodeLite, jedoch dauert das kompilieren lange und man benötigt noch Maus und Tastatur…

Projekt einrichten

Beginnen wir also damit unsere Hardware und schließlich das Projekt einzurichten. Ich habe einen Raspberry Pi mit aktuellem Raspbian Buster laufen, der ist im Netzwerk per SSH und VNC verfügbar. Zusätzlich dazu habe ich einen Laptop im selben Netzwerk auf dem Visual Studio 2019 installiert ist. Bevor wir nun ein neues Projekt anlegen können muss sichergestellt werden, dass die erforderlichen Erweiterungen für die IDE installiert sind. Bei mir sind das:

Erst wenn die Linux Entwicklung mit C++ installiert ist, dann können wir ein neues leeres Linux Projekt anlegen. Ansonsten bleibt nur Projekt mit freigegebenen Elementen zur Wahl, wenn C++ als Sprache und Linux als Plattform gewählt wird:

Erstes Beispielprogramm

Das Projekt ist nun angelegt, aber leer. Um nun das erste kleine Programm am Raspberry Pi zu testen müssen wir nun noch eine main.cpp Datei hinzufügen. Dort legen wir gleich ein minimales GTK+ Beispiel an. Über einen Rechtsklick auf den Projektnamen findet man im Kontextmenü den Punkt Hinzufügen. Dort wählen wir „Neues Element…“ und erstellen eine main.cpp:

Der Source Code für ein minimales GTK+ Programm, es wird nur ein Fenster erstellt und angezeigt:

#include <gtk/gtk.h>
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	GtkWidget *window;
 
	gtk_init(&argc, &argv);
	window = gtk_window_new(GTK_WINDOW_TOPLEVEL);
        gtk_window_set_title(GTK_WINDOW(window), "GTK Beispiel");
	gtk_widget_show(window);
 
	printf("Running gtk_main\n");
	gtk_main();
 
	printf("Exiting\n");
	return(0);
}

Du wirst vermutlich sofort feststellen: es funktioniert nichts. Der Visual Studio Editor mit IntelliSense zeigt jede Menge Fehler an:

Uns fehlt offensichtlich die gtk.h Datei und vermutlich der ganze Rest von GTK, das wir zum kompilieren benötigen. Müssen wir nun GTK und dessen Abhängigkeiten installieren. GTK womöglich selber kompilieren? Kurz: nein! Wir haben ja den Raspberry Pi und dort ist alles nötige zur GTK Entwicklung bereits installiert.

GTK 3 installieren

Damit wir am Raspberry Pi ein GTK Programm kompilieren können benötigen wir die Header Dateien und die Bibliotheken. GTK ist im aktuellen Debian Buster nicht installiert, das können wir aber schnell mit dem Befehlt

sudo apt-get install libgtk-3-dev

ändern. Es werden 100 MB an Daten installiert. Ich verwende bewusst GTK 3, weil es die aktuellste Version ist. Wir stehen aber kurz vor der Veröffentlichung von GTK 4.

Header Dateien freigeben

Unter Raspbian Linux findet man die nötigen Header Dateien zum Kompilieren unter C++ im /usr Verzeichnis. Diesen werden wir nun einfach als Samba Freigabe erstellen und im Visual Studio auf dem Laptop eintragen. Genaue Details zu Samba und dem Raspberry Pi findest du im zuvor verlinkten Artikel. Es müssen folgende Schritte durchgeführt werden:

• Samba installieren
  dazu über das Terminal auf dem Raspberry Pi oder über die PowerShell mit SSH verbinden und

  sudo apt-get install samba

  ausführen. Samba ist standardmäßig nicht installiert.

• smb.conf um den Share für /usr erweitern
  dazu fügen wir folgende Freigabe ans Ende der smb.conf Datei hinzu. Achtung: die Datei muss mit root Rechten editiert werden:

  sudo nano /etc/samba/smb.conf

  [usr]
     path=/usr
     browseable=yes
     read only=yes
     valid usr=pi
     public=yes
     hide dot files=yes
     follow symlinks=yes
     wide links=yes
     unix extensions=no

• Samba Server neu starten

  sudo /etc/init.d/smbd restart

• Zugriff am Windows Laptop (oder PC) testen
  über die IP Adresse vom Pi können wir auf den freigegebenen Ordner zugreifen. Wir haben nur Leserechte:

Include Pfad in Visual Studio setzen

Mit dem erstellten Dateizugriff auf dem Raspberry Pi können wir nun auch unter Visual Studio die entsprechenden Include Pfade setzen. Für unser minimales GTK Beispielprogramm benötigen wir lediglich den Header für GTK, dieser ist wie folgt hinzuzufügen:

In den Projekteigenschaften unter C/C++->Allgemein->Zusätzliche Includeverzeichnisse. Achtung: beim Pfad unbedingt immer doppelte Backslashes eingeben. Einfache Backslashes führen unter Umständen zu einem Fehler.

Flags setzen

Um das Projekt erfolgreich zu kompilieren müssen die beiden GTK+ Flags für den Compiler und den Linker gesetzt werden. Das können wir über Visual Studio wie folgt machen:

Als Comiler Flag unter C/C++->Befehlszeile folgendes eintragen:

`pkg-config --cflags gtk+-3.0`

Als Linker Flag unter Linker->Befehlszeile folgendes eintragen:

`pkg-config --libs gtk+-3.0`

Ausgabe konfigurieren

Wir arbeiten zwar am Laptop auf Visual Studio, getestet wird aber am Raspberry Pi. Konsolenprogramme kann man recht einfach auch über Visual Studio, da dort bei der Ausführung eine Linux Konsole angezeigt wird. Was aber bei grafischen Programmen? Wir wollen, dass die Fenster auch am Display vom Raspberry Pi angezeigt werden, das können wir in den Projekteinstellungen vom Visual Studio Projekt unter Debugging->Befehle vor Start auch machen:

Durch „export DISPLAY=:0.0“ wird sichergestellt, dass das Fenster auch am primären Display (dem Desktop Nummer 1 vom Raspberry Pi) gerendert wird. Wir sehen das entweder über einen Monitor, der direkt über HDMI am Raspberry Pi angeschlossen ist, oder über eine aktiven VNC Session.

Kompilieren und Testen

Beim ersten Versuch das Programm zu kompilieren erscheint ein Dialog, in dem wir Verbindungsdaten mit dem Raspberry Pi eingeben müssen:

In dem Dialog gibt man neben der IP Adresse auch den Benutzernamen und das Passwort an. Falls man einen SSH Key hinterlegt hat reicht die Angabe eines privaten Schlüssels und einer eventuell hinterlegten Passphrase. Hat man alles korrekt eingestellt, dann wird das Programm kompiliert und ausgeführt. Ihr solltet nun am Raspberry Pi das geöffnete Fenster des Beispielprogramms sehen:

Auf dem Raspberry Pi erscheint nun wie von Geisterhand ein neues Fenster. Im Visual Studio sieht man im Linux-Konsolenfenster die Ausgabe von printf (Running gtk_main). Damit ist das einfachst mögliche Beispiel zu GTK 3 auch schon fertig. Du erkennst vermutlich gleich, dass es nicht perfekt ist. Man kann das Fenster über das X schließen, das Programm läuft jedoch im Hintergrund weiter. Die Events vom Fenster müssen erst implementiert werden. Einen guten Einstieg in GTK 3 findet man auf der Entwicklerseite von gnome.org.

Fazit

Es braucht schon ein wenig Arbeit um ein GTK 3 remote Linux Projekt für die Entwicklung Fenster basierter Programme am Raspberry Pi aufzusetzen. Ist der Schritt aber einmal getan kann man recht schnell eigene grafische Programme für den Raspberry Pi bauen und testen. Das Setup mit einem Entwicklungssystem und dem Raspberry Pi als Debugsystem ist optimal.

Welche Erfahrungen habt ihr mit diesem Setup gemacht? Wo gibt es noch Probleme oder Unklarheiten?