摘 要：通過(guò)CGI和Flash動(dòng)態(tài)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)儀表" title="網(wǎng)絡(luò)儀表">網(wǎng)絡(luò)儀表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)" title="實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)">實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方案。描述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架和儀表的硬件組成，移植了ARM-Linux" title="ARM-Linux">ARM-Linux操作系統(tǒng)，選取Boa作為嵌入式Web Server，通過(guò)編寫CGI程序并結(jié)合Flash無(wú)狀態(tài)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)儀表? ARM-Linux? 嵌入式Web Server? CGI? Flash
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??? 網(wǎng)絡(luò)儀表是由指針式儀表、數(shù)字儀表、智能儀表發(fā)展起來(lái)的新一代儀表，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、診斷、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提高生產(chǎn)效率和管理水平，并最有效地發(fā)揮設(shè)備功能[1]。
在實(shí)時(shí)性要求較高的電力參數(shù)" title="電力參數(shù)">電力參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)中，為了保證觀測(cè)的實(shí)時(shí)性，以往的處理方法是通過(guò)JavaScript或?yàn)g覽器支持的語(yǔ)言定時(shí)刷新頁(yè)面，但這樣會(huì)導(dǎo)致瀏覽器端所顯示的儀表數(shù)據(jù)不停閃動(dòng)變換，令觀測(cè)者無(wú)法接受；而用HTML只能直白的顯示數(shù)據(jù)，無(wú)法動(dòng)態(tài)描繪波形。怎樣既能解決刷新問(wèn)題，又能通過(guò)動(dòng)態(tài)波形描繪儀表數(shù)據(jù)？通過(guò)將CGI與Shock Wave Flash相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)在瀏覽器上的實(shí)時(shí)刷新和波形動(dòng)態(tài)描繪，使人機(jī)界面更加友好，數(shù)據(jù)顯示更加直觀，能成功地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)的目的。
1 網(wǎng)絡(luò)儀表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
? 系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、網(wǎng)絡(luò)儀表和遠(yuǎn)程監(jiān)控端三部分組成?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器采集待檢測(cè)對(duì)象的信息并傳送給網(wǎng)絡(luò)儀表。網(wǎng)絡(luò)儀表以Web Server為核心，接收現(xiàn)場(chǎng)傳感器傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)，并通過(guò)RJ45網(wǎng)絡(luò)接口連接到Internet。遠(yuǎn)程監(jiān)控端可以通過(guò)瀏覽器直接訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)儀表服務(wù)器，且允許多點(diǎn)訪問(wèn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并可以修改參數(shù)，對(duì)儀表進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試、校正[2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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2? 網(wǎng)絡(luò)儀表的硬件組成
一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)儀表硬件系統(tǒng)以具有Web通信功能的嵌入式微處理器為核心，處理器選用16/32-bit RISC、高性價(jià)比、低功耗、集成度高的Samsung S3C2410，該芯片采用203MHz的ARM920T內(nèi)核。外圍的16MB的Flash用來(lái)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核、TCP/IP協(xié)議棧、CGI程序和Web文檔；SDRAM供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)使用；以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)與Internet/Intranet連接。其核心硬件組成如圖2所示。
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該網(wǎng)絡(luò)儀表是針對(duì)電力變電站的電力參數(shù)測(cè)量而設(shè)計(jì)。主控芯片S3C2410集成了一個(gè)８路10位A/D轉(zhuǎn)換器，在2.5MHz轉(zhuǎn)換時(shí)鐘下其最大轉(zhuǎn)換率為500KSPS，非線性度為正負(fù)１位?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的多路信息通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量傳遞給主控芯片，可實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)的多通道測(cè)量[3]。
3 網(wǎng)絡(luò)儀表的軟件層及關(guān)鍵技術(shù)
儀表軟件層根據(jù)功能可分為現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)采集處理和遠(yuǎn)程顯示兩部分?，F(xiàn)場(chǎng)儀表軟件層采用ARM-Linux操作系統(tǒng)下的Boa作為儀表的Web Server，建立基于B/S模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)功能。
3.1 ARM-Linux操作系統(tǒng)
為了降低成本，選用開(kāi)放源代碼的ARM-Linux操作系統(tǒng)，主要包括交叉編譯" title="交叉編譯">交叉編譯工具鏈的安裝和內(nèi)核的編譯兩部分內(nèi)容。
3.1.1 安裝交叉編譯工具鏈
交叉編譯工具鏈?zhǔn)钦麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)儀表軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和移植的基礎(chǔ)工具，其正確安裝可以加快系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的速度。主要命令如下：
mkdir –p /usr/local/arm
?tar jxvf cross-2.95.3.tar.bz2
?mv 2.95.3 /usr/local/arm
?export PATH=＄PATH:/usr/local/arm/2.95.3/bin
3.1.2 編譯ARM-Linux內(nèi)核
???? 內(nèi)核的編譯主要包括配置內(nèi)核、編譯內(nèi)核、產(chǎn)生內(nèi)核映像文件三步[4]。命令如下：
???? ?make menuconfig
???? ?make dep
???? ?make zImage
3.2 Web Server的選擇和移植
因?yàn)閮x表采集的數(shù)據(jù)需要在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上瀏覽，必須移植相應(yīng)的Web Server才能實(shí)現(xiàn)該功能。在ARM-Linux下主要有三個(gè)Web Server：Boa、httpd和thttpd。Boa是一個(gè)單線程的HTTP服務(wù)器，它不同于其他傳統(tǒng)的Web服務(wù)器，不為每個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，只有當(dāng)CGI程序運(yùn)行時(shí)才創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程。另外，Boa體積非常小，通常只有幾十KB，非常適合于嵌入式系統(tǒng)中使用。因此通過(guò)移植Boa來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)儀表遠(yuǎn)程測(cè)控功能[5]。在移植過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：
??? (1)交叉編譯工具的選擇
Boa使用configure配置完成后，以arm-linux-gcc作為交叉編譯工具。
??? (2)ServerRoot的定義
在編譯Boa之前，通過(guò)修改defines.h文件來(lái)指定boa.conf所在的路徑。
??? (3)boa.conf和MIME.types的配置
為使Web Server正常運(yùn)行，必須對(duì)boa.conf和MIME.types文件進(jìn)行配置，主要是指定相應(yīng)的端口、服務(wù)器名稱、錯(cuò)誤日志文件存放的目錄（必須為可讀寫）、HTML及CGI文件路徑。
3.3 CGI結(jié)合Flash的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)機(jī)理
CGI（Common Gateway Interface）的工作流程是瀏覽器將用戶輸入的數(shù)據(jù)傳遞給服務(wù)器，Web Server根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)設(shè)置環(huán)境變量，并新開(kāi)一子進(jìn)程來(lái)執(zhí)行CGI腳本。CGI腳本從環(huán)境變量中讀取數(shù)據(jù)，然后使用STDOUT輸出HTML形式的結(jié)果文件，顯示給遠(yuǎn)程瀏覽器端用戶[6]。工作流程如圖3所示。
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Flash是Macromedia公司出品的用于瀏覽器上動(dòng)態(tài)顯示且可互動(dòng)的一種Active控件。因?yàn)镕lash是一種完全由程序來(lái)描述且區(qū)別于點(diǎn)陣圖的矢量控件，所以體積特別小，可輕松移植到嵌入式設(shè)備中，滿足嵌入式開(kāi)發(fā)的小型化需求。此外，F(xiàn)lash內(nèi)嵌了一種強(qiáng)大的面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言ActionScript，開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)控件變得異常簡(jiǎn)單，并可用Loadvariables(url, target, method)方法接收外部變量，實(shí)現(xiàn)Flash的無(wú)狀態(tài)刷新和無(wú)狀態(tài)響應(yīng)機(jī)制[7]。Flash向Boa服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求并調(diào)用CGI程序源代碼如下：
??? if(strcmp(getenv('REQUEST_METHOD'),'POST'))?
????//getenv()用來(lái)取得環(huán)境變量的內(nèi)容
??? {?
? ???? cl = atoi(getenv('CONTENT_LENGTH'));?
???? for(x=0;cl && (!feof(stdin));x++)
??? //feof檢查文件流是否到達(dá)文件尾
???? {
???? ??m=x;
???? ??entries[x].val = fmakeword(stdin,'&',&cl);
???? ??plustospace(entries[x].val);
???? ??unescape_url(entries[x].val);
???? ??entries[x].name = makeword(entries[x].
???? ?val,'=');
?? ??? }
????? }
4 遠(yuǎn)程儀表數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示的實(shí)現(xiàn)
動(dòng)態(tài)功能通過(guò)Flash每秒自動(dòng)向Boa服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，CGI程序接受請(qǐng)求后，通過(guò)設(shè)置ADCCON模數(shù)轉(zhuǎn)換控制寄存器，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器，讀取實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)指定相應(yīng)轉(zhuǎn)換通道，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，讀取ADCDAT模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，然后再將結(jié)果以固定的字符串格式發(fā)送給Flash[8]。電力參數(shù)顯示結(jié)果如圖4所示。
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??? 由于Flash的無(wú)狀態(tài)刷新和無(wú)狀態(tài)響應(yīng)機(jī)制，可以無(wú)需刷新瀏覽器就實(shí)時(shí)讀取儀表數(shù)據(jù)，同時(shí)借助Flash強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)繪圖功能，可以實(shí)時(shí)地接受CGI發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成波形動(dòng)態(tài)描繪出來(lái)，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)在瀏覽器上的實(shí)時(shí)刷新和動(dòng)態(tài)描繪，達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)儀表數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。
基于網(wǎng)絡(luò)儀表的電力參數(shù)測(cè)量都是以傳統(tǒng)的靜態(tài)HTML頁(yè)面刷新機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的。這一機(jī)制用于顯示需要?jiǎng)討B(tài)刷新的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)存在閃爍缺陷。本文基于動(dòng)態(tài)Web技術(shù)，通過(guò)編寫Flash程序來(lái)無(wú)刷新請(qǐng)求CGI，合理地解決了上述缺陷，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。
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