嵌入式北斗網(wǎng)絡時間服務器的Web網(wǎng)頁實現(xiàn)

摘要：本文介紹了嵌入式北斗網(wǎng)絡時間服務器的基本功能，重點講述了如何在該設備中添加Web網(wǎng)頁的方法及實現(xiàn)過程，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 時間服務器功能描述

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

2 Web網(wǎng)頁實現(xiàn)方法

北斗網(wǎng)絡時間服務器內(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，使用開源的 Lwip 協(xié)議棧來實現(xiàn)嵌入式網(wǎng)絡功能。Lwip 是一套專門為嵌入式系統(tǒng)設計的輕量級網(wǎng)絡協(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，實現(xiàn)與 IE（Internet Explorer，網(wǎng)絡瀏覽器）之間的網(wǎng)絡通信。在嵌入式數(shù)據(jù)存儲方面，軟件設計中將 M4 芯片的內(nèi)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(shù)。芯片內(nèi)嵌的 Flash 具有掉電保存功能，設置好的配置參數(shù)每次設備上電后都可以自動調(diào)入使用。設備中嵌入的 Web 網(wǎng)頁采用HTML（Hyper Text Markup Language，超文本標記語言）腳本語言編寫，要使用的網(wǎng)頁首先在 PC（個人電腦）機上的編輯環(huán)境中設計完成，然后將網(wǎng)頁生成二進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(shù)組，將數(shù)據(jù)拷貝輸入。多張網(wǎng)頁以鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲，便于 IE 調(diào)用時查找。北斗網(wǎng)絡時間服務器在與 PC 機通信時，將 FLASH 中的網(wǎng)頁調(diào)入 Cortex-M4 的 RAM 中實現(xiàn)參數(shù)更新，PC 機上的 IE 瀏覽器可以直接打開 HTML 語言網(wǎng)頁，進行瀏覽和參數(shù)修改。Cortex-M4 程序中定義的變量參數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)變化后，將參數(shù)替換到 HTML 腳本的二進制流中，通過 HTTP 協(xié)議與 IE 瀏覽器進行數(shù)據(jù)交互。在 IE 中設置的參數(shù)通過 HTTP 協(xié)議傳輸給嵌入式設備，一方面更新到 HTML 腳本的二進制流中，用于下次 IE 點擊時調(diào)用，另一方面存儲到嵌入式系統(tǒng)的數(shù)據(jù) FLASH 中保存，這些被保存的參數(shù)在設備上電時，會根據(jù)程序調(diào)用，實時更新到網(wǎng)頁中。

在嵌入式設備中添加 Web 網(wǎng)頁，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時性，網(wǎng)頁在設計中不宜太過繁瑣，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)頁參數(shù)設置和更新時間段，要充分考慮網(wǎng)頁任務和北斗網(wǎng)絡時間服務器其它任務的配合，做到任務執(zhí)行時間的合理分配，既不互相影響，保證其它任務的實時性，也要提高網(wǎng)頁執(zhí)行效率，更不能丟失設備數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語

現(xiàn)代的嵌入式設備中，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)絡時間服務器，拓展了北斗時間的應用形式。同時，將 Web 網(wǎng)頁也嵌入到北斗網(wǎng)絡時間服務器中，設備在與 PC 機通信時，就可以通過 IE 瀏覽器直接查看和設置服務器參數(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)