嵌入式北斗網絡時間服務器的Web網頁實現

董希彥

摘 要：本文介紹了嵌入式北斗網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網頁的方法及實現過程，以及在嵌入式設備中添加此功能應該考慮的資源因素。

關鍵詞：TCP/IP；HTTP；Cortex-M4；RAM；鏈表

1 時間服務器功能描述

北斗衛星接收終端接收北斗導航衛星發射的RNSS（Radio Navigation Satellite System，無線導航衛星系統）無線電波信號，在設備內部通過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，是一種非常好的時間基準源。北斗網絡時間服務器就是利用北斗接收終端中精確的時間信息，通過格式轉換，將其轉換成標準NTP（Network Time Protocol，網絡時間協議）協議傳輸，在以太網端口實現對其它設備的授時功能，將北斗時間轉換成網絡時間服務器的基準時間。在網絡時間服務器中授時和數據傳輸都使用網口，添加Web網頁，可以使參數的配置和監測也使用網口，一口多用，靈活方便，并且簡化了設備的對外接口。

2 Web網頁實現方法

北斗網絡時間服務器內部采用STM32的Cortex-M4芯片作為主控MCU，芯片內部帶有網絡媒體控制器（MAC），只需要外接接口芯片就可以完成以太網的硬件功能設計。在軟件設計中，使用開源的Lwip協議棧來實現嵌入式網絡功能。Lwip是一套專門為嵌入式系統設計的輕量級網絡協議棧，支持TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協議/網際協議）傳輸層協議，支持HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本傳輸協議）應用層協議。HTTP應用層協議在TCP/IP傳輸層基礎上，使用TCP/ IP的端口80，實現與IE（Internet Explorer，網絡瀏覽器）之間的網絡通信。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調入使用。設備中嵌入的Web網頁采用HTML（Hyper Text Markup Language，超文本標記語言）腳本語言編寫，要使用的網頁首先在PC（個人電腦）機上的編輯環境中設計完成，然后將網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建數組，將數據拷貝輸入。多張網頁以鏈表的數據結構存儲，便于IE調用時查找。北斗網絡時間服務器在與PC機通信時，將FLASH中的網頁調入Cortex-M4的RAM中實現參數更新，PC機上的IE瀏覽器可以直接打開HTML語言網頁，進行瀏覽和參數修改。Cortex-M4程序中定義的變量參數，根據現場數據變化后，將參數替換到HTML腳本的二進制流中，通過HTTP協議與IE瀏覽器進行數據交互。在IE中設置的參數通過HTTP協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，會根據程序調用，實時更新到網頁中。

在嵌入式設備中添加Web網頁，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。在網頁參數設置和更新時間段，要充分考慮網頁任務和北斗網絡時間服務器其它任務的配合，做到任務執行時間的合理分配，既不互相影響，保證其它任務的實時性，也要提高網頁執行效率，更不能丟失設備數據。

3 結語

現代的嵌入式設備中，以太網通信功能越來越普遍，在北斗接收終端中添加以太網功能，形成北斗網絡時間服務器，拓展了北斗時間的應用形式。同時，將Web網頁也嵌入到北斗網絡時間服務器中，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，不需要額外配置軟件，非常方便。

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