基于linux操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)(已改無(wú)錯(cuò)字)
2023-07-19 14:20:46 本頁(yè)面
【正文】 通信，兩者之間應(yīng)當(dāng)具有應(yīng)用層協(xié)議。數(shù)據(jù)塊大小是命令類(lèi)型與數(shù)據(jù)所占的字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)類(lèi)型標(biāo)識(shí)了所包含的數(shù)據(jù)的類(lèi)型，本文的應(yīng)用程序支持三種類(lèi)型：（1） ‘I’為信息類(lèi)型，其后的內(nèi)容是數(shù)據(jù)采集終端與上位機(jī)之間的交換信息，主要在連接建立初期傳送這類(lèi)信息，用于上位機(jī)獲取并登記數(shù)據(jù)采集終端的信息，該類(lèi)型的數(shù)據(jù)包括‘F’和‘R’兩種，‘F’是在建立連接時(shí)，又?jǐn)?shù)據(jù)采集終端向上位機(jī)發(fā)送終端信息，而上位機(jī)接到信息并登記后，以‘R’數(shù)據(jù)回復(fù)。（2） ‘C’為命令類(lèi)型，其后的數(shù)據(jù)是預(yù)定義的一些命令，該類(lèi)數(shù)據(jù)一般由上位機(jī)首先發(fā)起，然后接收數(shù)據(jù)采集終端的反饋信息。（3） ‘D’為數(shù)據(jù)類(lèi)型，其后的數(shù)據(jù)就是數(shù)據(jù)采集終端發(fā)往上位機(jī)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。建立連接是完成其他功能的前提，數(shù)據(jù)采集終端只有在連接建立的情況下才能完成與上位機(jī)的通信。因此首先要說(shuō)明連接建立的過(guò)程。連接建立過(guò)程經(jīng)歷了以下步驟:(1)服務(wù)器首先要處于運(yùn)行狀態(tài)，然后客戶(hù)端點(diǎn)擊連接按鈕，此時(shí)，客戶(hù)端使用套接字執(zhí)行QTcpSocket::connectToHost()函數(shù)請(qǐng)求與服務(wù)器連接。(2)服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到有連接請(qǐng)求，創(chuàng)建新的線(xiàn)程，并在新線(xiàn)程內(nèi)創(chuàng)建套接字，當(dāng)建立起與服務(wù)器的連接后，客戶(hù)端的套接字會(huì)發(fā)出QTcpSocket::connected()信號(hào)，客戶(hù)端接收到該信號(hào)后，向服務(wù)器發(fā)送本客戶(hù)端的信息。(3)服務(wù)器接收到客戶(hù)端信息，進(jìn)行登記并回復(fù)客戶(hù)端。(4)客戶(hù)端收到服務(wù)器回復(fù)再次回復(fù)服務(wù)器，以證明自己身份。(5)客戶(hù)端與服務(wù)器均更新自己的狀態(tài)，完成連接的建立。 上面的步驟提到的客戶(hù)端信息，主要包含了服務(wù)器從套接字獲得的客戶(hù)端的IP地址和端口號(hào)，以及客戶(hù)端發(fā)送來(lái)的客戶(hù)端的設(shè)置，包括采樣周期和報(bào)警上限等。服務(wù)器將客戶(hù)信息保存在一個(gè)動(dòng)態(tài)分配的ClientDataConnectionInfo結(jié)構(gòu)中，然后，服務(wù)器以IP地址：端口號(hào)的形式作為鍵，將其保存在一個(gè)全局的QMap對(duì)象中，便于以后使用。由于使用的是全局對(duì)象，同時(shí)服務(wù)器采用了多線(xiàn)程，因此需要使用QMutex實(shí)現(xiàn)互斥訪(fǎng)問(wèn)[10]。連接建立以后，就可以設(shè)計(jì)其他功能了，數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理是一對(duì)生產(chǎn)者與消費(fèi)者線(xiàn)程，只有數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程采集到一定量的數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程才會(huì)開(kāi)始運(yùn)行并處理數(shù)據(jù)。這點(diǎn)使用QSemaphore信號(hào)量實(shí)現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)雙緩沖結(jié)構(gòu)，即雖然采集1024個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，但緩沖區(qū)設(shè)定為2048，空閑空間信號(hào)量被初始化為2048，而己用空間信號(hào)量被初始化為0，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程每次獲取1024個(gè)空閑空間信號(hào)量，然后釋放1024個(gè)已用空間信號(hào)量，而實(shí)際上還有1024個(gè)緩沖空間可用。而數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程每次獲取1024個(gè)己用空間信號(hào)量，然后釋放1024個(gè)可用空間信一號(hào)量。這樣做的目的是當(dāng)采樣周期時(shí)間比數(shù)據(jù)處理耗時(shí)短時(shí)，可以保證數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程不會(huì)因?yàn)榈却龜?shù)據(jù)處理線(xiàn)程執(zhí)行后清空緩沖區(qū)而使數(shù)據(jù)采集延時(shí)。當(dāng)連接已建立且服務(wù)器端發(fā)送采集命令時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)程開(kāi)始運(yùn)行。兩個(gè)線(xiàn)程的區(qū)別主要體現(xiàn)在兩點(diǎn):數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中間會(huì)休眠，而數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程不休眠；數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程獲得的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)供數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程使用，而數(shù)據(jù)處理線(xiàn)程處理后得到的結(jié)果要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)。另外，需要說(shuō)明的是，本文由于實(shí)際條件所限，并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際的數(shù)據(jù)采集，而是通過(guò)產(chǎn)生1024個(gè)隨機(jī)數(shù)來(lái)模擬數(shù)據(jù)采集，而數(shù)據(jù)處理則通過(guò)對(duì)1024個(gè)數(shù)求平均值進(jìn)行模擬。剩下的最后一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端功能是執(zhí)行上位機(jī)的命令。這類(lèi)似于建立連接時(shí)上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集終端交換信息的過(guò)程，只不過(guò)傳遞的命令是‘C’類(lèi)型，數(shù)據(jù)是相應(yīng)的命令，這里不再贅述，其他命令的執(zhí)行與此類(lèi)似。（三）上位機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)上位機(jī)應(yīng)用軟件不需要進(jìn)行Qt庫(kù)移植，Qt有支持Windows的版本，直接安裝使用即可。操作菜單包括運(yùn)行服務(wù)器，控制數(shù)據(jù)采集終端開(kāi)始或停止采集，遠(yuǎn)程關(guān)閉數(shù)據(jù)采集終端。設(shè)置菜單包括兩個(gè)設(shè)置，一個(gè)是對(duì)上位機(jī)的設(shè)置，另一個(gè)是當(dāng)與某個(gè)數(shù)據(jù)采集終端連接時(shí)，若處一于未采集狀態(tài)，則一可以進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置。查詢(xún)菜單是查看當(dāng)前選中的客戶(hù)端的運(yùn)行狀態(tài)和信息。中間的表格用來(lái)顯示超限的數(shù)據(jù)，可以清除記錄。選擇客戶(hù)端列表示當(dāng)前與服務(wù)器連接著的數(shù)據(jù)采集終端的鍵，即數(shù)據(jù)采集終端IP地址：端口號(hào)，沒(méi)有連接時(shí)則顯示無(wú)，這樣，用戶(hù)可以選擇想要控制或者查看的客戶(hù)端。圖34中的狀態(tài)下有一個(gè)客戶(hù)端與服務(wù)器相連，且出現(xiàn)了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。圖34 上位機(jī)界面四 系統(tǒng)集成及調(diào)試 （一）PPP,GPRS及WIFI簡(jiǎn)介 本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件可以運(yùn)行于多種基于TCP/IP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，本文將數(shù)據(jù)采集終端的應(yīng)用軟件分別運(yùn)行于GPRS, WIFI以及有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之上，并測(cè)試了軟件的性能。由于開(kāi)發(fā)板上沒(méi)有無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，因此，并未采用開(kāi)發(fā)板接入WIFI，而是使用筆記本接入校園WIFI，另外，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)使用虛擬機(jī)進(jìn)行測(cè)試。這兩種網(wǎng)絡(luò)接入比較方便，本文不再贅述，只在最后測(cè)試時(shí)給出數(shù)據(jù)，而GPRS網(wǎng)絡(luò)在嵌入式數(shù)據(jù)采集終端的配置比較復(fù)雜，這里進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。 本文采用PPP撥號(hào)的方式接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，PPP是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，它提供了一種互聯(lián)網(wǎng)接入的方式，PPP包含了三個(gè)協(xié)議:LCP鏈路控制協(xié)議，NCP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議以及認(rèn)證協(xié)議。Linux已經(jīng)包含了PPP協(xié)議，用戶(hù)只需要在內(nèi)核中進(jìn)行配置即可。本文不會(huì)直接接觸LCP和NCP，但會(huì)配置認(rèn)證協(xié)議，以方便通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證。GPRS現(xiàn)今已相對(duì)成熟，是移動(dòng)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)的主要手段，它能夠進(jìn)行分組數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。，是用于短途無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。它具有傳輸速率高，帶寬可調(diào)整的特點(diǎn)，根據(jù)使用區(qū)域不同，通信距離最大可達(dá)1 000m左右。WIFI組網(wǎng)成本較低，可以很方便的接入Internet，而且可通過(guò)加入無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)擴(kuò)大WIFI的覆蓋范圍，因此，近幾年WIFI也被廣泛運(yùn)用于各類(lèi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)當(dāng)中。（二）軟件系統(tǒng)集成上位機(jī)的軟件不存在集成的問(wèn)題，直接在上位機(jī)運(yùn)行即可，而對(duì)于嵌入式Linux數(shù)據(jù)采集終端，需要完成相應(yīng)的系統(tǒng)集成。
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