0 引言

    LXI的全稱是儀器在局域網擴展(LAN eXtensions for Instrumentation)，它是繼GPIB、VXI和PXI等傳統總線技術之后發展起來的新一代儀器總線技術。LXI總線具有無處不在的LAN 接口、不受距離和節點數目的限制、精確時間同步技術以及遠程網頁訪問等特點。因此，在組建網絡化、分布式自動化測試系統時，LXI總線擁有傳統測試儀器總線技術無法比擬的優勢^[1]。

    LXI儀器是指符合LXI標準的新型儀器。LXI標準中明確提出LXI儀器必須提供能夠被W3C兼容瀏覽器訪問的Web頁面，用戶可以通過瀏覽器對儀器進行遠程訪問、控制以及故障排查，不需要傳統儀器的前面板即可實現單臺儀器的所有功能。其中，LXI總線B類儀器需要提供的基本Web頁面主要包括：主頁面、LAN配置頁面、IEEE 1588同步配置頁面、儀器功能頁面以及事件日志訪問頁面^[2]。因此，Web頁面的實現是LXI總線技術中的一個關鍵。本文以LXI總線中IEEE1588同步配置頁面為例，提出了一種實現LXI儀器Web頁面的方法。

1 LXI儀器Web接口硬件設計 

    為了實現LXI儀器的Web接口，本設計使用ARM+DM9000+DP83640的架構，其中，選用三星公司的S3C2440處理器為主控制器，DM9000為MAC層芯片，DP83640為物理層芯片^[3]。LXI儀器Web接口硬件系統框圖如圖1所示。

2 LXI儀器Web接口軟件設計

    本設計操作系統選用Linux系統，在系統中搭建嵌入式服務器，結合HTML、CGI以及SQLite數據庫技術，實現了IEEE1588同步配置頁面。整個LXI 儀器Web接口軟件系統如圖2所示。

    系統工作過程為：用戶在客戶端發送HTTP請求消息，boa服務器對接收到的請求消息進行解析，解析的內容包括：讀取請求URL、區分客戶端請求的資源是靜態頁面還是CGI應用程序。若用戶請求的是靜態頁面，則服務器讀取相應的HTML的內容，并將其作為HTTP響應消息中的實體返回給客戶端瀏覽器；若客戶端請求的是CGI應用程序，則服務器將創建相應的CGI應用程序進程，并將所需信息按CGI規范傳遞給CGI應用程序進程，此后由CGI應用程序接管控制。CGI應用程序對接收到的信息進行解碼，解碼后調用設備驅動程序對硬件進行控制，必要時將解碼的參數利用嵌入式數據庫進行保存，同時CGI將結果在客戶端瀏覽器上顯示。

2.1 Web頁面構成

    IEEE1588同步配置頁面是LXI總線B類儀器Web系統中的重要組成部分，用于對IEEE1588時鐘同步狀態監控和對輸出觸發信號動態配置。它由2個Web網頁構成：IEEE1588基本信息頁面和IEEE1588同步參數配置頁面。

    IEEE1588基本信息頁面用于顯示IEEE1588中的參數，如當前超主時鐘的MAC地址、父時鐘的MAC地址、時鐘端口狀態、當前PTP時間、PTP子域、IEEE 1588協議版本^[4]。

    IEEE1588同步參數配置頁面可對IEEE1588中的參數進行設置，如可對PTP子域、PTP首選主時鐘、同步時間間隔、PTP時間、IEEE1588觸發時間、IEEE1588觸發信號類型等進行設置。

2.2 嵌入式Web服務器的移植

    嵌入式設備常用的Web服務器有Lighttpd、thttpd、shttpd、apache、boa[5]。本設計采用boa作為嵌入式Web服務器，它具有小巧、高效、支持CGI技術的特點。

    boa服務器是開源的，要將其用于Linux系統需要進行移植，移植的步驟如下：

    (1)從官方網站www.boa.org下載boa發布版源碼，本設計選擇版本為boa-0.94.13，在命令終端執行解壓命令，將其解壓到PC linux虛擬機下。

    (2)進入src目錄下執行命令./configure，產生一個 make-file文件。修改makefile文件：將CC=gcc改為CC=arm-linux-gcc，將CPP=gcc-E改為CPP=arm-linux-g++ -E。

    (3)修改src目錄下compat.h文件，找到頭文件中的#define TIMEZONE_OFFSET（foo）foo##->tm_gmtoff修改成#define TIMEZONE_OFFSET（foo）（foo）->tm_gmtoff。

    (4)執行make命令進行編譯，然后把編譯得到的boa可執行文件拷貝到嵌入式設備文件系統的“sbin/”目錄下；把“boa-0.94.13/”目錄下的boa.conf文件拷貝到文件系統的“etc/boa/”目錄下。

    (5)修改boa配置文件boa.conf，主要修改內容有：

    Port 80 //端口

    User root

    Group root

    ServerName GUET //服務器名

    DocumentRoot /www //存放html文檔主目錄

    DirectoryIndex index.html

    MimeTypes/etc/mime.types //指明文件位置

    DefaultType text/plain

    CGIPath /bin:/usr/bin:/usr/sbin:/sbin

    ScriptAlias /cgi-bin/ /www/cgi-bin/

    以上為關鍵設置部分，其他部分采用默認設置。設置完成后，保存退出，然后，拷貝PC機Linux系統etc/目錄下的mime.types到文件系統etc/目錄下。至此，boa服務器在Linux系統上的移植完成。最后，將HTML文件放在文件系統的/www文件夾中，將CGI腳本程序放在/www/cgi-bin文件夾中即可以實現網絡訪問。

2.3 嵌入式數據庫的移植

    數據庫主要用于數據存儲和查詢，在本設計中，嵌入式數據庫是客戶端瀏覽器與PTP程序（PTP程序是指實現IEEE1588協議的應用程序）進行通信的橋梁，如圖3所示。

    IEEE 1588同步配置頁面利用嵌入式數據庫實現兩個方面的作用：一方面是對一些IEEE 1588配置參數進行存儲，PTP程序可以通過數據庫API訪問這些參數；另一方面是PTP程序在運行過程中可以動態存儲重要的狀態信息，客戶端可以通過調用CGI應用程序實現對這些信息的訪問。本設計選用在嵌入式系統中應用最廣的SQLite進行移植。

    移植嵌入式數據庫SQLite到Linux系統中的步驟如下：

    (1)從官方網站www.sqlite.org下載SQLite數據庫源碼壓縮包，本設計選擇的版本是sqlite-3.5.9。

    (2)壓縮包將其解壓到PC虛擬機Linux系統的opt目錄中，會生成一個名為sqlite-3.5.9的文件夾。

    (3)在sqlite-3.5.9根目錄下新建目錄_install。

    (4)配置SQLite，生成Makefile文件。

    (5)執行make和make install命令，編譯安裝結束后，在/_install目錄下生成bin、lib、include目錄。

    (6)把bin目錄下的sqlite3和sqlite_test文件拷貝到嵌入式Linux文件系統中的bin目錄下，把lib目錄下的庫文件拷貝到文件系統的lib目錄下，這樣在嵌入式Linux中就可以使用SQLite數據庫了。

    (7)把include目錄下面的數據庫頭文件拷貝到交叉編譯器的include目錄下，把lib目錄下的庫文件拷貝到交叉編譯器的lib目錄下，讓交叉編譯器支持sqlite3數據庫。

    為實現相關的數據存儲，建立了一個數據庫文件config.db，存放在文件系統的mnt文件夾中。使用“create table”語句創建2個用于存放1588參數信息的表：config1588和parameters。其中，config1588存放PTP子域、首選主時鐘、同步間隔等；parameters存放超主時鐘的MAC地址、父時鐘的MAC地址、端口狀態等。

2.4 CGI動態網頁的實現

    嵌入式系統由于自身軟硬件資源的限制，Web服務器無法支持功能強大的腳本語言實現動態網頁。因此，在嵌入式Web服務器中通常使用CGI實現動態網頁。

    CGI（公共網關接口）是外部應用程序（CGI程序）與Web服務器之間的接口標準，是在CGI程序和Web服務器之間傳遞信息的規程。例如，可以通過編寫CGI程序訪問數據庫以及通過設備驅動接口訪問硬件等^[6]。

    CGI程序可以用任何腳本語言或者獨立編程語言實現，只要該語言可以在系統上運行。傳統的使用CGI實現動態網頁的方法步驟如下：

    (1)瀏覽器通過表單把請求數據發送到Web服務器。

    (2)CGI程序從環境變量或者標準輸入中提取表單數據，并進行相應的處理。

    (3)用printf函數輸出整個HTML頁面代碼，將結果返回給瀏覽器。

    這種方法雖然可行，但是用CGI程序將整個HTML靜態頁面全部通過printf輸出，會使得CGI代碼混亂不堪，并且難以實現復雜的HTML頁面。另外，還有一個缺點就是接到每一次請求都會將整個HTML頁面重傳一遍，增加了服務器的負擔。在已經打開一個網頁進行操作的過程中，每次請求往往只需要更新頁面中少部分數據即可，沒有必要重傳整個頁面。

    為解決上述問題，本設計參照了AJAX技術，使用局部動態網頁刷新的方法實現動態網頁。AJAX主要由JavaScript、XMLHTTPREQUEST、XML三部分組成。其中JavaScript用于頁面數據傳遞、刷新局部頁面；XMLHTTPREQUEST用于向服務器提交請求，與服務器響應；XML是服務器返回數據的格式。由于boa服務器不支持XMLHTTPRE-QUEST發出的請求，因此仍使用CGI實現請求的提交與響應，數據格式可以任意定義。具體實現方法如下：

    (1)參照大型服務器Web動態網頁的實現方法，先建立一個HTML靜態網頁框架。

    (2)對每一個表單請求創建一個CGI響應程序，CGI只對需要返回的數據用printf函數輸出。

    (3)采用HTML內聯框架技術將CGI響應的HTML頁面進行隱藏。

    (4)使用JavaScript腳本語言從CGI響應的HTML頁面中取出服務器返回的數據，并將其顯示在主HTML頁面的指定位置。

3 LXI儀器Web接口功能驗證

    為了對LXI儀器Web接口功能進行測試，搭建圖4所示的測試平臺。其中，美國安捷倫公司的觸發盒E5818A與待測LXI儀器通過交換機相連，同時，PC也通過交換機接入到局域網中，PC可通過網頁訪問對待測LXI儀器進行控制。將觸發盒和待測LXI儀器的觸發輸出口分別接到示波器的兩個通道，用于測量同步誤差^[7]。

3.1 IEEE1588基本信息頁面的驗證

    首先，通過交換機將PC與LXI測試儀器相連，設置PC和LXI儀器在同一局域網內，然后在瀏覽器中輸入網址：http：//192.168.1.6/ieee1588ViewConfiguration.html，打開網頁，界面如圖5所示。

    經驗證，PC可通過瀏覽器訪問嵌入式系統中的IEEE1588基本信息頁面，在頁面正確顯示了IEEE1588的相關參數。

3.2 IEEE1588同步參數配置頁面的驗證

    通過交換機將PC與LXI測試儀器相連，設置PC和LXI儀器在同一局域網內，然后在瀏覽器器中輸入網址：http://192.168.1.6/ieee1588ModifyConfiguration.html，界面如圖6所示。

    經驗證，PC可通過瀏覽器訪問嵌入式系統中的IEEE1588同步參數配置頁面。

    通過對觸發時間、觸發周期、觸發源等參數進行設置，可在指定的時刻輸出觸發信號。為了驗證同步觸發功能，分別通過網頁設置E5818A 和待測LXI儀器在同一時刻觸發輸出脈沖信號，用示波器檢測這兩路輸出信號。圖7是在指定時刻下，示波器測得的同步觸發的信號，從圖7可得同步誤差時間是258 ns。

4 結束語

    本設計使用ARM+DM9000+DP83640的架構實現了LXI儀器Web硬件接口；將boa服務器和sQList數據庫、Linux操作系統、HTML、CGI 等技術結合起來，實現了LXI儀器Web軟件接口。在Web軟件接口實現的過程中，使用了CGI局部刷新技術代替傳統的CGI全局刷新，減輕了Web服務器的負擔。最終，通過搭建測試平臺，驗證了所提出的方法切實可行，為LXI儀器的Web頁面設計提供了參考。

參考文獻

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[6] 謝仕義，徐兵.嵌入式Web服務器的設計及其CGI 實現[J].計算機工程與設計，2007，28(7)：1598-1600.

[7] 朱旺純，覃斌毅，王玉娟.基于IEEE1588協議同步技術的研究[J].計算機測量與控制，2014，33(7)：98-101.