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

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)講述了如何在該設備中添加Web網(wǎng)頁(yè)的方法及實(shí)現過(guò)程，以及在嵌入式設備中添加此功能應該考慮的資源因素。

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

1 時(shí)間服務(wù)器功能描述

北斗衛星接收終端接收北斗導航衛星發(fā)射的 RNSS （Radio Navigation Satellite System，無(wú)線(xiàn)導航衛星系統）無(wú)線(xiàn)電波信號，在設備內部通過(guò) PVT 解算，計算出用戶(hù)當前的位置、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，對時(shí)精度可達到 20ns 以?xún)?，是一種非常好的時(shí)間基準源。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(guò)格式轉換，將其轉換成標準 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)現對其它設備的授時(shí)功能，將北斗時(shí)間轉換成網(wǎng)絡(luò )時(shí)間服務(wù)器的基準時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò )時(shí)間服務(wù)器中授時(shí)和數據傳輸都使用網(wǎng)口，添加 Web 網(wǎng)頁(yè)，可以使參數的配置和監測也使用網(wǎng)口，一口多用，靈活方便，并且簡(jiǎn)化了設備的對外接口。

2 Web網(wǎng)頁(yè)實(shí)現方法

北斗網(wǎng)絡(luò )時(shí)間服務(wù)器內部采用 STM32 的 Cortex-M4 芯片作為主控 MCU，芯片內部帶有網(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)的硬件功能設計。在軟件設計中，使用開(kāi)源的 Lwip 協(xié)議棧來(lái)實(shí)現嵌入式網(wǎng)絡(luò )功能。Lwip 是一套專(zhuān)門(mén)為嵌入式系統設計的輕量級網(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）應用層協(xié)議。HTTP 應用層協(xié)議在 TCP/IP 傳輸層基礎上，使用 TCP/ IP 的端口 80，實(shí)現與 IE（Internet Explorer，網(wǎng)絡(luò )瀏覽器）之間的網(wǎng)絡(luò )通信。在嵌入式數據存儲方面，軟件設計中將 M4 芯片的內嵌 FLASH 分成兩部分，一部分用于存儲程序，一部分用于存儲參數。芯片內嵌的 Flash 具有掉電保存功能，設置好的配置參數每次設備上電后都可以自動(dòng)調入使用。設備中嵌入的 Web 網(wǎng)頁(yè)采用HTML（Hyper Text Markup Language，超文本標記語(yǔ)言）腳本語(yǔ)言編寫(xiě)，要使用的網(wǎng)頁(yè)首先在 PC（個(gè)人電腦）機上的編輯環(huán)境中設計完成，然后將網(wǎng)頁(yè)生成二進(jìn)制流的格式存儲到嵌入式 FLASH 中，嵌入的方法是在程序中創(chuàng )建數組，將數據拷貝輸入。多張網(wǎng)頁(yè)以鏈表的數據結構存儲，便于 IE 調用時(shí)查找。北斗網(wǎng)絡(luò )時(shí)間服務(wù)器在與 PC 機通信時(shí)，將 FLASH 中的網(wǎng)頁(yè)調入 Cortex-M4 的 RAM 中實(shí)現參數更新，PC 機上的 IE 瀏覽器可以直接打開(kāi) HTML 語(yǔ)言網(wǎng)頁(yè)，進(jìn)行瀏覽和參數修改。Cortex-M4 程序中定義的變量參數，根據現場(chǎng)數據變化后，將參數替換到 HTML 腳本的二進(jìn)制流中，通過(guò) HTTP 協(xié)議與 IE 瀏覽器進(jìn)行數據交互。在 IE 中設置的參數通過(guò) HTTP 協(xié)議傳輸給嵌入式設備，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)調用，另一方面存儲到嵌入式系統的數據 FLASH 中保存，這些被保存的參數在設備上電時(shí)，會(huì )根據程序調用，實(shí)時(shí)更新到網(wǎng)頁(yè)中。

在嵌入式設備中添加 Web 網(wǎng)頁(yè)，要充分評估有限的硬件資源，既要功能完善，也要考慮可靠性及實(shí)時(shí)性，網(wǎng)頁(yè)在設計中不宜太過(guò)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)參數設置和更新時(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)執行效率，更不能丟失設備數據。

3 結語(yǔ)

現代的嵌入式設備中，以太網(wǎng)通信功能越來(lái)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，設備在與 PC 機通信時(shí)，就可以通過(guò) IE 瀏覽器直接查看和設置服務(wù)器參數，不需要額外配置軟件，非常方便。

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(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年8月期)