嵌入式北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的Web網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)

摘要：本文介紹了嵌入式北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的基本功能，重點(diǎn)講述了如何在該設(shè)備中添加Web網(wǎng)頁(yè)的方法及實(shí)現(xiàn)過程，以及在嵌入式設(shè)備中添加此功能應(yīng)該考慮的資源因素。

關(guān)鍵詞：TCP/IP；HTTP；Cortex-M4；RAM；鏈表

1 時(shí)間服務(wù)器功能描述

北斗衛(wèi)星接收終端接收北斗導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射的 RNSS （Radio Navigation Satellite System，無線導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)）無線電波信號(hào)，在設(shè)備內(nèi)部通過 PVT 解算，計(jì)算出用戶當(dāng)前的位置、速度以及時(shí)間信息。北斗的時(shí)間信息具有非常好的特性，其中包括年、月、日、時(shí)、分、秒等完整信息，并且其輸出的 1pps 秒脈沖上升沿，對(duì)時(shí)精度可達(dá)到 20ns 以內(nèi)，是一種非常好的時(shí)間基準(zhǔn)源。北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器就是利用北斗接收終端中精確的時(shí)間信息，通過格式轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn) NTP（Network Time Protocol，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）協(xié)議傳輸，在以太網(wǎng)端口實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的授時(shí)功能，將北斗時(shí)間轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的基準(zhǔn)時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器中授時(shí)和數(shù)據(jù)傳輸都使用網(wǎng)口，添加 Web 網(wǎng)頁(yè)，可以使參數(shù)的配置和監(jiān)測(cè)也使用網(wǎng)口，一口多用，靈活方便，并且簡(jiǎn)化了設(shè)備的對(duì)外接口。

2 Web網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)方法

北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器內(nèi)部采用 STM32 的 Cortex-M4 芯片作為主控 MCU，芯片內(nèi)部帶有網(wǎng)絡(luò)媒體控制器（MAC），只需要外接接口芯片就可以完成以太網(wǎng)的硬件功能設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，使用開源的 Lwip 協(xié)議棧來實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡(luò)功能。Lwip 是一套專門為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的輕量級(jí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，支持 TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議 / 網(wǎng)際協(xié)議）傳輸層協(xié)議，支持 HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）應(yīng)用層協(xié)議。HTTP 應(yīng)用層協(xié)議在 TCP/IP 傳輸層基礎(chǔ)上，使用 TCP/ IP 的端口 80，實(shí)現(xiàn)與 IE（Internet Explorer，網(wǎng)絡(luò)瀏覽器）之間的網(wǎng)絡(luò)通信。在嵌入式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，軟件設(shè)計(jì)中將 M4 芯片的內(nèi)嵌 FLASH 分成兩部分，一部分用于存儲(chǔ)程序，一部分用于存儲(chǔ)參數(shù)。芯片內(nèi)嵌的 Flash 具有掉電保存功能，設(shè)置好的配置參數(shù)每次設(shè)備上電后都可以自動(dòng)調(diào)入使用。設(shè)備中嵌入的 Web 網(wǎng)頁(yè)采用HTML（Hyper Text Markup Language，超文本標(biāo)記語(yǔ)言）腳本語(yǔ)言編寫，要使用的網(wǎng)頁(yè)首先在 PC（個(gè)人電腦）機(jī)上的編輯環(huán)境中設(shè)計(jì)完成，然后將網(wǎng)頁(yè)生成二進(jìn)制流的格式存儲(chǔ)到嵌入式 FLASH 中，嵌入的方法是在程序中創(chuàng)建數(shù)組，將數(shù)據(jù)拷貝輸入。多張網(wǎng)頁(yè)以鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，便于 IE 調(diào)用時(shí)查找。北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器在與 PC 機(jī)通信時(shí)，將 FLASH 中的網(wǎng)頁(yè)調(diào)入 Cortex-M4 的 RAM 中實(shí)現(xiàn)參數(shù)更新，PC 機(jī)上的 IE 瀏覽器可以直接打開 HTML 語(yǔ)言網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)行瀏覽和參數(shù)修改。Cortex-M4 程序中定義的變量參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)變化后，將參數(shù)替換到 HTML 腳本的二進(jìn)制流中，通過 HTTP 協(xié)議與 IE 瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在 IE 中設(shè)置的參數(shù)通過 HTTP 協(xié)議傳輸給嵌入式設(shè)備，一方面更新到 HTML 腳本的二進(jìn)制流中，用于下次 IE 點(diǎn)擊時(shí)調(diào)用，另一方面存儲(chǔ)到嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù) FLASH 中保存，這些被保存的參數(shù)在設(shè)備上電時(shí)，會(huì)根據(jù)程序調(diào)用，實(shí)時(shí)更新到網(wǎng)頁(yè)中。

在嵌入式設(shè)備中添加 Web 網(wǎng)頁(yè)，要充分評(píng)估有限的硬件資源，既要功能完善，也要考慮可靠性及實(shí)時(shí)性，網(wǎng)頁(yè)在設(shè)計(jì)中不宜太過繁瑣，畢竟底層硬件資源有限，增加硬件資源就是增加成本。在網(wǎng)頁(yè)參數(shù)設(shè)置和更新時(shí)間段，要充分考慮網(wǎng)頁(yè)任務(wù)和北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器其它任務(wù)的配合，做到任務(wù)執(zhí)行時(shí)間的合理分配，既不互相影響，保證其它任務(wù)的實(shí)時(shí)性，也要提高網(wǎng)頁(yè)執(zhí)行效率，更不能丟失設(shè)備數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代的嵌入式設(shè)備中，以太網(wǎng)通信功能越來越普遍，在北斗接收終端中添加以太網(wǎng)功能，形成北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器，拓展了北斗時(shí)間的應(yīng)用形式。同時(shí)，將 Web 網(wǎng)頁(yè)也嵌入到北斗網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器中，設(shè)備在與 PC 機(jī)通信時(shí)，就可以通過 IE 瀏覽器直接查看和設(shè)置服務(wù)器參數(shù)，不需要額外配置軟件，非常方便。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)