網(wǎng)絡(luò)化儀器儀表協(xié)議服務(wù)器端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

龐新法

（陜西省委黨?？萍冀萄胁?陜西 西安 710061）

通過對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的定義進(jìn)行擴(kuò)展，將儀器儀表納入網(wǎng)絡(luò)管理的范疇，使得其已經(jīng)不再是孤立的、單獨(dú)的設(shè)備，而是將測(cè)試技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)儀器系統(tǒng)。但網(wǎng)絡(luò)化儀器間難以進(jìn)行協(xié)同工作，進(jìn)而限制測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量效率。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化儀器間的通信，本文將HiSLIP協(xié)議、虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)相結(jié)合，利用HiSLIP協(xié)議，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化儀器間的通信原理，并給出了協(xié)議服務(wù)器端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

協(xié)議的服務(wù)器端主要實(shí)現(xiàn)與儀器端的連接，并且實(shí)現(xiàn)為遠(yuǎn)端控制軟件提供連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确?wù)，和協(xié)議的客戶端配套實(shí)現(xiàn)通信通道的建立。服務(wù)器端程序，主要完成等待連接建立，連接建立，數(shù)據(jù)傳輸，和容錯(cuò)處理等。

HiSLIP[1]協(xié)議服務(wù)器端的設(shè)計(jì)是與客戶端相對(duì)應(yīng)，其功能也分為以下幾部分：協(xié)議啟動(dòng)及前期準(zhǔn)備；等待客戶端發(fā)起連接；與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；容錯(cuò)處理等?？蛻舳说?4個(gè)交互，在服務(wù)器端程序中均一一對(duì)應(yīng)，使用的消息類型會(huì)部分不同。

1 服務(wù)器端總體設(shè)計(jì)

根據(jù)IVI規(guī)范，儀器端的HiSLIP協(xié)議服務(wù)器端執(zhí)行流程如圖1所示，啟動(dòng)后，在同一個(gè)端口（4880）上創(chuàng)建兩個(gè)TCP連接，分別作為同步通道和異步通道。在同步通道上可雙向發(fā)送字符型命令，代理將數(shù)據(jù)按照HiSLIP的幀格式封裝，并交由下層TCP協(xié)議。

協(xié)議啟動(dòng)時(shí)，申請(qǐng)?zhí)捉涌诓⒔壎?880端口，啟動(dòng)端口偵聽，若有連接請(qǐng)求則查詢是否超過最大連接數(shù)，如果超過則拒絕請(qǐng)求，否則建立連接。建立連接成功后，創(chuàng)建子進(jìn)程，并將父進(jìn)程的鏈接信息復(fù)制一份給子進(jìn)程，完成后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。父進(jìn)程會(huì)查詢是否有關(guān)閉連接的請(qǐng)求，如果有則關(guān)閉連接，如果沒有則繼續(xù)偵聽端口。

2 協(xié)議啟動(dòng)

服務(wù)器端協(xié)議啟動(dòng)，和客戶端基本一致，申請(qǐng)Socket并進(jìn)行端口4880綁定，之后等待客戶端發(fā)起連接。通過執(zhí)行函數(shù)intserver_initialize來實(shí)現(xiàn)協(xié)議啟動(dòng)的準(zhǔn)備工作。

3 連接建立

根據(jù)協(xié)議要求，服務(wù)器端需要配合客戶端完成兩次連接的建立，按建立的前后順序，第一次是同步通道，第二次是異步通道[2-3]。

圖1 服務(wù)器端的協(xié)議流程Fig.1 The agreement process on the server side

3.1 建立連接過程中需要使用的消息類型序列

在接收到客戶端Initialize消息后，向客戶端發(fā)送消息類型為InitializeResponse的消息，其中包含的數(shù)據(jù)有，是否是重疊模式（overlap-mode），服務(wù)器協(xié)議版本，以及會(huì)話 ID，此時(shí)第一個(gè)連接即同步通道建立完成。消息格式為，<0>。

在接收到客戶端AsyncInitialize消息后，服務(wù)器端向客戶端發(fā)送消息類型為AsyncInitializeResponse的消息，其中包含的額數(shù)據(jù)只有服務(wù)器端程序的廠商號(hào)（server-vendorID）。此時(shí)，第二個(gè)連接即異步通道建立完成。消息格式為，<0><0>。

3.2 對(duì)遠(yuǎn)端儀器進(jìn)行鎖操作的消息類型序列

首先接收到AsyncLockInfo消息類型，服務(wù)器返回消息AsyncLockInfoResponse，其中包含已經(jīng)授權(quán)的鎖個(gè)數(shù)和鎖類型等信息。格式為，<0>。

接收到AsyncLock消息時(shí)，使用消息AsyncLockResponse告知客戶端，加鎖成功還是失敗，或者釋放鎖成功還是失敗。在該消息中包含的數(shù)據(jù)有，請(qǐng)求加鎖標(biāo)志位和請(qǐng)求釋放鎖標(biāo)志，等待加鎖超時(shí)時(shí)間，鎖信息描述等。加鎖時(shí)發(fā)送給客戶端的消息的格式為，<0=failure，1=success，3=error><0><0>；釋放鎖時(shí)發(fā)送給客戶端的消息格式消息格式為，<1=success exclusive，2=success shared， 3=error><0><0>。

3.3 服務(wù)器端響應(yīng)客戶端的消息尺寸使用的消息序列

收到客戶端AsyncMaximumMessageSize消息后，服務(wù)器端通過消息AsyncMaximumMessageSizeResponse來向客戶端告知服務(wù)器端可以接受的最大消息尺寸，該消息中包含由8字節(jié)無符號(hào)整形數(shù)據(jù)表示的消息尺寸信息。消息格式為，<0><0><8><8-byte size>。

通過 執(zhí)行函數(shù) staticinthandle_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）處理客戶端發(fā)起同步通道連接時(shí)服務(wù)器端的響應(yīng)過程。

通過執(zhí)行函數(shù)staticinthandle_async_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）處理客戶端發(fā)起異步通道連接時(shí)服務(wù)器端的響應(yīng)過程。

第一，社區(qū)服刑人員的主觀因素。一是存在文化程度差異，量表的表述不能完全理解，工作人員若協(xié)助解釋則會(huì)形成暗示，影響測(cè)量效果；二是量表題量多且為客觀題，社區(qū)服刑人員為節(jié)省時(shí)間隨意填寫，造成無效量表過多；三是多數(shù)社區(qū)服刑人員對(duì)心理常識(shí)知之甚少，都是“心盲”，主觀配合程度差。

通過執(zhí)行函數(shù)staticinthandle_async_message_size（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len） 向客戶端發(fā)送服務(wù)器端能夠接受的消息最大尺寸。

4 數(shù)據(jù)交互

數(shù)據(jù)交互[4-5]部分與客戶端相對(duì)應(yīng)，同樣使用兩種消息類型Data和DataEND，這兩種消息類型的消息使用方法與客戶端一致，即儀器獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端，服務(wù)器端使用Data或DataEND消息進(jìn)行發(fā)送[7]，如果可以滿足不超過最大消息長(zhǎng)度的情況下，使用DataEND消息類型進(jìn)行發(fā)送，如果超過了最大消息長(zhǎng)度，則先使用Data消息類型進(jìn)行發(fā)送若干，在剩余的數(shù)據(jù)不超過最大消息尺寸時(shí)，使用DataEND發(fā)送完剩余的數(shù)據(jù)。

在發(fā)送消息的內(nèi)容上與客戶端有所區(qū)別，服務(wù)器端使用的消息中不包含交付標(biāo)志，消息中的其他內(nèi)容和客戶端發(fā)送給服務(wù)器端的一致，包含消息ID，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度及數(shù)據(jù)。消息格式為，<0>和<0>。在接收到Data和DataEND消息時(shí)，對(duì)其進(jìn)行處理的函數(shù)如下。

5 容錯(cuò)處理

服務(wù)器端的容錯(cuò)處理有：致命錯(cuò)誤及同步恢復(fù)交互；錯(cuò)誤告知交互；中斷交互。這些主要是配合客戶端保證整個(gè)協(xié)議能夠穩(wěn)定有序運(yùn)行，與客戶端的容錯(cuò)處理能夠一一對(duì)應(yīng)，這里不再贅述。

6 程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)過程以及各種交互的含義，時(shí)序關(guān)系，進(jìn)行程序設(shè)計(jì)[6-7]，程序?qū)崿F(xiàn)使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行在Linux系統(tǒng)之上，程序中的模塊[8-9]主要有，通道建立初始化模塊，數(shù)據(jù)接收模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊等。

通過協(xié)議服務(wù)器端源代碼中的一些功能函數(shù)介紹，說明協(xié)議服務(wù)器端的執(zhí)行過程如下。

實(shí)現(xiàn)初始化服務(wù)器端，初始化完成后，等待客戶端的HiSLIP連接。

staticinthandle_async_message_size（）

處理客戶端發(fā)送的協(xié)商雙方發(fā)送的消息尺寸的請(qǐng)求消息。

staticintrecv_message_handle（）

接收從客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步處理，對(duì)接收的數(shù)據(jù)包按照消息類型進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別后調(diào)用相關(guān)功能函數(shù)予以處理。

staticintcommunicate_device（）

實(shí)現(xiàn)協(xié)議與設(shè)備的直接通信，在Linux下儀器設(shè)備，被抽象成設(shè)備文件，這里的與設(shè)備通信實(shí)質(zhì)上是協(xié)議在VFS下對(duì)文件的操作。

staticinthandle_async_lock（）

處理客戶端發(fā)送的給設(shè)備資源加鎖和釋放鎖的操作。

void send_data（）和 void send_dataend（）

實(shí)現(xiàn)向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)操作。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)協(xié)議服務(wù)器端的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合客戶端的設(shè)計(jì)及控制端和儀器網(wǎng)絡(luò)代理的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了儀器間通信。在局域網(wǎng)環(huán)境下，通過示波器A和示波器B間的通信測(cè)試，證明本文提出的方案能夠?qū)崿F(xiàn)儀器與控制端、儀器和儀器的通信。

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