嵌入式北斗网络时间服务器的Web网页实现

发布时间：2022-08-23

关键词：TCP/IP；HTTP；Cortex-M4；RAM；链表

1 时间服务器功能描述

北斗卫星接收终端接收北斗导航卫星发射的 RNSS （Radio Navigation Satellite System，无线导航卫星系统）无线电波信号，在设备内部通过 PVT 解算，计算出用户当前的位置、速度以及时间信息。北斗的时间信息具有非常好的特性，其中包括年、月、日、时、分、秒等完整信息，并且其输出的 1pps 秒脉冲上升沿，对时精度可达到 20ns 以内，是一种非常好的时间基准源。北斗网络时间服务器就是利用北斗接收终端中精确的时间信息，通过格式转换，将其转换成标准 NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）协议传输，在以太网端口实现对其它设备的授时功能，将北斗时间转换成网络时间服务器的基准时间。在网络时间服务器中授时和数据传输都使用网口，添加 Web 网页，可以使参数的配置和监测也使用网口，一口多用，灵活方便，并且简化了设备的对外接口。

2 Web网页实现方法

北斗网络时间服务器内部采用 STM32 的 Cortex-M4 芯片作为主控 MCU，芯片内部带有网络媒体控制器（MAC），只需要外接接口芯片就可以完成以太网的硬件功能设计。在软件设计中，使用开源的 Lwip 协议栈来实现嵌入式网络功能。Lwip 是一套专门为嵌入式系统设计的轻量级网络协议栈，支持 TCP/IP （Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议 / 网际协议）传输层协议，支持 HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本传输协议）应用层协议。HTTP 应用层协议在 TCP/IP 传输层基础上，使用 TCP/ IP 的端口 80，实现与 IE（Internet Explorer，网络浏览器）之间的网络通信。在嵌入式数据存储方面，软件设计中将 M4 芯片的内嵌 FLASH 分成两部分，一部分用于存储程序，一部分用于存储参数。芯片内嵌的 Flash 具有掉电保存功能，设置好的配置参数每次设备上电后都可以自动调入使用。设备中嵌入的 Web 网页采用HTML（Hyper Text Markup Language，超文本标记语言）脚本语言编写，要使用的网页首先在 PC（个人电脑）机上的编辑环境中设计完成，然后将网页生成二进制流的格式存储到嵌入式 FLASH 中，嵌入的方法是在程序中创建数组，将数据拷贝输入。多张网页以链表的数据结构存储，便于 IE 调用时查找。北斗网络时间服务器在与 PC 机通信时，将 FLASH 中的网页调入 Cortex-M4 的 RAM 中实现参数更新，PC 机上的 IE 浏览器可以直接打开 HTML 语言网页，进行浏览和参数修改。Cortex-M4 程序中定义的变量参数，根据现场数据变化后，将参数替换到 HTML 脚本的二进制流中，通过 HTTP 协议与 IE 浏览器进行数据交互。在 IE 中设置的参数通过 HTTP 协议传输给嵌入式设备，一方面更新到 HTML 脚本的二进制流中，用于下次 IE 点击时调用，另一方面存储到嵌入式系统的数据 FLASH 中保存，这些被保存的参数在设备上电时，会根据程序调用，实时更新到网页中。

在嵌入式设备中添加 Web 网页，要充分评估有限的硬件资源，既要功能完善，也要考虑可靠性及实时性，网页在设计中不宜太过繁琐，毕竟底层硬件资源有限，增加硬件资源就是增加成本。在网页参数设置和更新时间段，要充分考虑网页任务和北斗网络时间服务器其它任务的配合，做到任务执行时间的合理分配，既不互相影响，保证其它任务的实时性，也要提高网页执行效率，更不能丢失设备数据。