0 引言

    LXI的全称是仪器在局域网扩展(LAN eXtensions for Instrumentation)，它是继GPIB、VXI和PXI等传统总线技术之后发展起来的新一代仪器总线技术。LXI总线具有无处不在的LAN 接口、不受距离和节点数目的限制、精确时间同步技术以及远程网页访问等特点。因此，在组建网络化、分布式自动化测试系统时，LXI总线拥有传统测试仪器总线技术无法比拟的优势^[1]。

    LXI仪器是指符合LXI标准的新型仪器。LXI标准中明确提出LXI仪器必须提供能够被W3C兼容浏览器访问的Web页面，用户可以通过浏览器对仪器进行远程访问、控制以及故障排查，不需要传统仪器的前面板即可实现单台仪器的所有功能。其中，LXI总线B类仪器需要提供的基本Web页面主要包括：主页面、LAN配置页面、IEEE 1588同步配置页面、仪器功能页面以及事件日志访问页面^[2]。因此，Web页面的实现是LXI总线技术中的一个关键。本文以LXI总线中IEEE1588同步配置页面为例，提出了一种实现LXI仪器Web页面的方法。

1 LXI仪器Web接口硬件设计 

    为了实现LXI仪器的Web接口，本设计使用ARM+DM9000+DP83640的架构，其中，选用三星公司的S3C2440处理器为主控制器，DM9000为MAC层芯片，DP83640为物理层芯片^[3]。LXI仪器Web接口硬件系统框图如图1所示。

2 LXI仪器Web接口软件设计

    本设计操作系统选用Linux系统，在系统中搭建嵌入式服务器，结合HTML、CGI以及SQLite数据库技术，实现了IEEE1588同步配置页面。整个LXI 仪器Web接口软件系统如图2所示。

    系统工作过程为：用户在客户端发送HTTP请求消息，boa服务器对接收到的请求消息进行解析，解析的内容包括：读取请求URL、区分客户端请求的资源是静态页面还是CGI应用程序。若用户请求的是静态页面，则服务器读取相应的HTML的内容，并将其作为HTTP响应消息中的实体返回给客户端浏览器；若客户端请求的是CGI应用程序，则服务器将创建相应的CGI应用程序进程，并将所需信息按CGI规范传递给CGI应用程序进程，此后由CGI应用程序接管控制。CGI应用程序对接收到的信息进行解码，解码后调用设备驱动程序对硬件进行控制，必要时将解码的参数利用嵌入式数据库进行保存，同时CGI将结果在客户端浏览器上显示。

2.1 Web页面构成

    IEEE1588同步配置页面是LXI总线B类仪器Web系统中的重要组成部分，用于对IEEE1588时钟同步状态监控和对输出触发信号动态配置。它由2个Web网页构成：IEEE1588基本信息页面和IEEE1588同步参数配置页面。

    IEEE1588基本信息页面用于显示IEEE1588中的参数，如当前超主时钟的MAC地址、父时钟的MAC地址、时钟端口状态、当前PTP时间、PTP子域、IEEE 1588协议版本^[4]。

    IEEE1588同步参数配置页面可对IEEE1588中的参数进行设置，如可对PTP子域、PTP首选主时钟、同步时间间隔、PTP时间、IEEE1588触发时间、IEEE1588触发信号类型等进行设置。

2.2 嵌入式Web服务器的移植

    嵌入式设备常用的Web服务器有Lighttpd、thttpd、shttpd、apache、boa[5]。本设计采用boa作为嵌入式Web服务器，它具有小巧、高效、支持CGI技术的特点。

    boa服务器是开源的，要将其用于Linux系统需要进行移植，移植的步骤如下：

    (1)从官方网站www.boa.org下载boa发布版源码，本设计选择版本为boa-0.94.13，在命令终端执行解压命令，将其解压到PC linux虚拟机下。

    (2)进入src目录下执行命令./configure，产生一个 make-file文件。修改makefile文件：将CC=gcc改为CC=arm-linux-gcc，将CPP=gcc-E改为CPP=arm-linux-g++ -E。

    (3)修改src目录下compat.h文件，找到头文件中的#define TIMEZONE_OFFSET（foo）foo##->tm_gmtoff修改成#define TIMEZONE_OFFSET（foo）（foo）->tm_gmtoff。

    (4)执行make命令进行编译，然后把编译得到的boa可执行文件拷贝到嵌入式设备文件系统的“sbin/”目录下；把“boa-0.94.13/”目录下的boa.conf文件拷贝到文件系统的“etc/boa/”目录下。

    (5)修改boa配置文件boa.conf，主要修改内容有：

    Port 80 //端口

    User root

    Group root

    ServerName GUET //服务器名

    DocumentRoot /www //存放html文档主目录

    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/

    以上为关键设置部分，其他部分采用默认设置。设置完成后，保存退出，然后，拷贝PC机Linux系统etc/目录下的mime.types到文件系统etc/目录下。至此，boa服务器在Linux系统上的移植完成。最后，将HTML文件放在文件系统的/www文件夹中，将CGI脚本程序放在/www/cgi-bin文件夹中即可以实现网络访问。

2.3 嵌入式数据库的移植

    数据库主要用于数据存储和查询，在本设计中，嵌入式数据库是客户端浏览器与PTP程序（PTP程序是指实现IEEE1588协议的应用程序）进行通信的桥梁，如图3所示。

    IEEE 1588同步配置页面利用嵌入式数据库实现两个方面的作用：一方面是对一些IEEE 1588配置参数进行存储，PTP程序可以通过数据库API访问这些参数；另一方面是PTP程序在运行过程中可以动态存储重要的状态信息，客户端可以通过调用CGI应用程序实现对这些信息的访问。本设计选用在嵌入式系统中应用最广的SQLite进行移植。

    移植嵌入式数据库SQLite到Linux系统中的步骤如下：

    (1)从官方网站www.sqlite.org下载SQLite数据库源码压缩包，本设计选择的版本是sqlite-3.5.9。

    (2)压缩包将其解压到PC虚拟机Linux系统的opt目录中，会生成一个名为sqlite-3.5.9的文件夹。

    (3)在sqlite-3.5.9根目录下新建目录_install。

    (4)配置SQLite，生成Makefile文件。

    (5)执行make和make install命令，编译安装结束后，在/_install目录下生成bin、lib、include目录。

    (6)把bin目录下的sqlite3和sqlite_test文件拷贝到嵌入式Linux文件系统中的bin目录下，把lib目录下的库文件拷贝到文件系统的lib目录下，这样在嵌入式Linux中就可以使用SQLite数据库了。

    (7)把include目录下面的数据库头文件拷贝到交叉编译器的include目录下，把lib目录下的库文件拷贝到交叉编译器的lib目录下，让交叉编译器支持sqlite3数据库。

    为实现相关的数据存储，建立了一个数据库文件config.db，存放在文件系统的mnt文件夹中。使用“create table”语句创建2个用于存放1588参数信息的表：config1588和parameters。其中，config1588存放PTP子域、首选主时钟、同步间隔等；parameters存放超主时钟的MAC地址、父时钟的MAC地址、端口状态等。

2.4 CGI动态网页的实现

    嵌入式系统由于自身软硬件资源的限制，Web服务器无法支持功能强大的脚本语言实现动态网页。因此，在嵌入式Web服务器中通常使用CGI实现动态网页。

    CGI（公共网关接口）是外部应用程序（CGI程序）与Web服务器之间的接口标准，是在CGI程序和Web服务器之间传递信息的规程。例如，可以通过编写CGI程序访问数据库以及通过设备驱动接口访问硬件等^[6]。

    CGI程序可以用任何脚本语言或者独立编程语言实现，只要该语言可以在系统上运行。传统的使用CGI实现动态网页的方法步骤如下：

    (1)浏览器通过表单把请求数据发送到Web服务器。

    (2)CGI程序从环境变量或者标准输入中提取表单数据，并进行相应的处理。

    (3)用printf函数输出整个HTML页面代码，将结果返回给浏览器。

    这种方法虽然可行，但是用CGI程序将整个HTML静态页面全部通过printf输出，会使得CGI代码混乱不堪，并且难以实现复杂的HTML页面。另外，还有一个缺点就是接到每一次请求都会将整个HTML页面重传一遍，增加了服务器的负担。在已经打开一个网页进行操作的过程中，每次请求往往只需要更新页面中少部分数据即可，没有必要重传整个页面。

    为解决上述问题，本设计参照了AJAX技术，使用局部动态网页刷新的方法实现动态网页。AJAX主要由JavaScript、XMLHTTPREQUEST、XML三部分组成。其中JavaScript用于页面数据传递、刷新局部页面；XMLHTTPREQUEST用于向服务器提交请求，与服务器响应；XML是服务器返回数据的格式。由于boa服务器不支持XMLHTTPRE-QUEST发出的请求，因此仍使用CGI实现请求的提交与响应，数据格式可以任意定义。具体实现方法如下：

    (1)参照大型服务器Web动态网页的实现方法，先建立一个HTML静态网页框架。

    (2)对每一个表单请求创建一个CGI响应程序，CGI只对需要返回的数据用printf函数输出。

    (3)采用HTML内联框架技术将CGI响应的HTML页面进行隐藏。

    (4)使用JavaScript脚本语言从CGI响应的HTML页面中取出服务器返回的数据，并将其显示在主HTML页面的指定位置。

3 LXI仪器Web接口功能验证

    为了对LXI仪器Web接口功能进行测试，搭建图4所示的测试平台。其中，美国安捷伦公司的触发盒E5818A与待测LXI仪器通过交换机相连，同时，PC也通过交换机接入到局域网中，PC可通过网页访问对待测LXI仪器进行控制。将触发盒和待测LXI仪器的触发输出口分别接到示波器的两个通道，用于测量同步误差^[7]。

3.1 IEEE1588基本信息页面的验证

    首先，通过交换机将PC与LXI测试仪器相连，设置PC和LXI仪器在同一局域网内，然后在浏览器中输入网址：http：//192.168.1.6/ieee1588ViewConfiguration.html，打开网页，界面如图5所示。

    经验证，PC可通过浏览器访问嵌入式系统中的IEEE1588基本信息页面，在页面正确显示了IEEE1588的相关参数。

3.2 IEEE1588同步参数配置页面的验证

    通过交换机将PC与LXI测试仪器相连，设置PC和LXI仪器在同一局域网内，然后在浏览器器中输入网址：http://192.168.1.6/ieee1588ModifyConfiguration.html，界面如图6所示。

    经验证，PC可通过浏览器访问嵌入式系统中的IEEE1588同步参数配置页面。

    通过对触发时间、触发周期、触发源等参数进行设置，可在指定的时刻输出触发信号。为了验证同步触发功能，分别通过网页设置E5818A 和待测LXI仪器在同一时刻触发输出脉冲信号，用示波器检测这两路输出信号。图7是在指定时刻下，示波器测得的同步触发的信号，从图7可得同步误差时间是258 ns。

4 结束语

    本设计使用ARM+DM9000+DP83640的架构实现了LXI仪器Web硬件接口；将boa服务器和sQList数据库、Linux操作系统、HTML、CGI 等技术结合起来，实现了LXI仪器Web软件接口。在Web软件接口实现的过程中，使用了CGI局部刷新技术代替传统的CGI全局刷新，减轻了Web服务器的负担。最终，通过搭建测试平台，验证了所提出的方法切实可行，为LXI仪器的Web页面设计提供了参考。

参考文献

[1] 王彪.LXI关键技术研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2009.

[2] LXI Consortium，Inc.LXI Consortium.LXI standard revision1.3[S].2008.

[3] 覃斌毅，陈铁军，邱杰，等.基于IEEE1588协议时钟同步精度影响因素的研究[J].计算机测量与控制，2014，22(10)：3312-3315.

[4] 于志成.LXI关键技术-IEEE1588协议的研究与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[5] 胡聪，高明，牛军浩.LXI标准Web接口仪器控制研究[J].计算机测量与控制，2011，19(6)：1354-1356.

[6] 谢仕义，徐兵.嵌入式Web服务器的设计及其CGI 实现[J].计算机工程与设计，2007，28(7)：1598-1600.

[7] 朱旺纯，覃斌毅，王玉娟.基于IEEE1588协议同步技术的研究[J].计算机测量与控制，2014，33(7)：98-101.