2024年4月25日发(作者：)

第２９卷第１期　

河　北　省　科　学　院　学　报　

Ｖｏ１．２９　ＮＯ．１　

２０１２年３月　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｅｂｅｉ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　

Ｍａｒ．２０１２　

文章编号：１００１—９３８３（２０１２）Ｏ１—００１９—０３　

基于Ｗｅｂ服务器的机电运控系统代理软件设计　

李　想　

（河北省高速公路青银管理处，河北石家庄０５００３１）　

摘要：通过对Ｗｅｂ服务器的研究，结合高速公路现有机电设备及管理现状，提出了一种在Ｌｉｎｕｘ环境下基　

于Ｗｅｂ服务器的机电系统运控代理软件设计思想。介绍了该运控软件的模块构成、工作原理及流程，详述了　

该软件中ｗｅｂ服务器、ＨＴＴＰ（超文本传输协议）动态页面、ｓｏｃｋｅｔ通信、交叉编译、定时轮询等相关技术。通　

过仿真，验证了代理软件设计的可行性。　

关键词：嵌入式Ｗｅｂ服务器；运控系统；高速公路机电设备；ＨＴＴＰ动态页面；Ｓｏｃｋｅｔ；交叉编译；定时轮询　

中图分类号：ＴＰ３９３　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

ａｇｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ　

ＬＩ　Ｘｉａｎｇ　

（Ｈｅｂｅｉ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ＱｉｎｇＹｉｎ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ　Ｏｆｆｉｃｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００３１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ　ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｑｕｉｐ—　

ｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ，ｉｔ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｄｅａｓ　ｏｆ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　

Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｔｒｏ１　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ　ｉｎ　Ｌｉｎｕｘ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃｏｍｐｏｓ—　

ｉｎｇ．ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｗｏｒｋｆｌｏｗ；ｒｅｃｉｔｅ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｕｃｈ　ａｓ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ，ＨＴ—　

ＴＰ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐａｇｅ，Ｓｏｃｋｅｔ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｃｒｏｓｓ　Ｃｏｍｐｉｌｅ，Ｔｉｍｅｄ　ｐｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ；Ｖａｌｉｄａｔｅ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌ—　

ｉｔｙ？ｏｆ　ｔｈｅ　ａｇｅｎｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｍｏｄｅｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｅｍｕｌａｔｉｏｎ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｗｅｂ　Ｓｅｒｖｅｒ；Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；Ｈ　ＴＴＰ　ｄｙｎａｍｉｃ　

ｐａｇｅ；Ｓｏｃｋｅｔ；Ｃｒｏｓｓ　ｃｏｍｐｉｌｅ；Ｔｉｍｅｄ　ｐｏｌｌｉｎｇ　

０　引言　

机电系统是高速公路实现信息高速传输、通畅的必要组成部分，也是收费等运营业务正常进行的技术支　

撑。现阶段高速公路机电设备主要分为通信、收费、监控三大部分，主要设置在路段监控中心、监控分中心及　

各收费站内，设备研发商各不相同，网络结构复杂使得技术人员不能对各站点机房设备做到实时、自动监控。　

如何通过一种通用、快捷的方式实现网络数据共享、多种设备集中监控成为机电设备管理维护的重要问题。　

设计一种网络运控代理软件，通过Ｗｅｂ浏览器即可对各站点重要网络设备进行监控，各站代理端与中心运　

控系统软件设置接口，定时上报各项数据。　

总体设计　

在ｌｉｎｕｘ环境下设计了基于ＧｏＡｈｅａｄ嵌入式Ｗｅｂ服务器代理软件，该软件设置在收费站、分中心机房　

代理踞务器内，分为数据采集处理模块、Ｗｅｂ服务器模块、通信模块，站点用户通过访问Ｗｅｂ服务器ＩＰ地　

收稿Ｂ期：２Ｏ１１—１２—２５　

作者简介：李想（１９８４一），河北容城人，在职硕士研究生，助理工程师，主要从事高速公路机电信息系统软件开发研究　

２０　河北省科学院学报　２０１２年第２９卷　

址，实现对设备的本地监控，协议转换模块负责各类设备私有协议与通用协议之间的转换，数据采集处理模　

块发送或解析数据帧，通信模块负责与中心运控系统端进行数据交互，接收或上报相应数据。总体设计流程　

见图１。　

运控　系统　＿Ｕ　１　Ｌ　Ｉ下发ｌ　旧偎扶　　

数据Ｉ　

中心　Ｉ浦信蠼体ＬＬ　

—

由　●卜＿．－．　机　

．．．　服　●　

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口　

设　

备　

电　

竺竺　皇Ｉ＿——一　．．ＪＬ　Ｗ！熙＿ｅ兰ｂ檄！　＿Ｊ］擤［￣－　Ｊ查询．　、控制帧ｌ▲　运控系统软件　

图１运控代理软件总体流程　

器　

２　关键技术　

２．１　Ｗｅｂ服务器构建　

Ｗｅｂ服务器的创建首先要考虑到易于集成即：将Ｗｅｂ应用程序集成到实时操作系统，可以在Ｗｅｂ应用　

中轻松访问硬件功能，模块设计采用ＧｏＡｈｅａｄ服务器可很好实现上述功能。在嵌入式软件架构中采用Ｃ语　

言进行软件开发。在ｍａｉｎ．Ｃ中编写相应的ｆｏｒｍ函数，处理ＨＴＴＰ动态页面上的各项请求。　

２．２　ＨＴＴＰ动态页面　

ＨＴＴＰ页面是管理员面向监控设备的窗口，通过访问监控服务器的树结构中相应结点，即可对设备状　

态一目了然，通过Ｍａｃｒｏｍｅｄｉａ　Ｄｒｅａｍｗｅａｖｅｒ编写具有高度交互性的动态网页，ＧｏＡｈｅａｄ服务器中提供了　

ａｓｐ函数和ＧｏＦｏｒｍ函数。它们在服务器端均有相应的定义，两者协同工作，通过ＧｏＦｏｒｍ函数与底层进行　

交互，实现了动态数据的下发与获取。　

ＨＴＴＰ页面中的ａｓｐ标签与ａｓｐ函数相联系。实现过程分为三步：（１）编写ＨＴＴＰ页面，动态内容使用　

特定的ａｓｐ函数名代替。（２）在ｍａｉｎ．Ｃ文件中定义与ａｓｐ过程对应的ｃ函数。（３）在ｉｎｉｔＷｅｂｓ函数中使用　

ｗｅｂｓＡｓｐＤｅｆｉｎｅ注册ａｓｐ函数。　

ＧｏＦｏｒｍ函数通过“通用网关接Ｅｌ（ＣＧＩ）”、ｗｅｂ服务器共享内存，处理用户提交的表单请求。用户可以　

根据需要在函数中进行功能拓展，设置各种底层功能处理。　

页面中内嵌ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ，对数据范围等进行了严格限制，防止因技术人员失误造成下发参数范围超限或　

操作失败，使界面更加安全、人性化。　

２．３　Ｓｏｃｋｅｔ通信　

各模块间采用基于ＵＤＰ协议的Ｓｏｃｋｅｔ（套接字）通信方式，资源消耗小，处理速度快。在数据采集处理　

模块中设计了ＵＤＰ广播，使传输更实时。由于ＵＤＰ不属于连接型协议，为保证数据传输精准可靠，在数据　

帧中加入帧长、校验字节，接收端增加数据判断、重发机制，弥补了ＵＤＰ传输协议的不足。数据帧格式见　

图２。　

帧头　１　帧长　ｌ　信息字段　Ｉ　校验　１　帧尾　

图２数据帧格式　

２．４定时轮询及串口初始化　

（１）定时轮询：运控系统代理软件设计定时器，定时轮询各设备状态并将数据封装上报中心运控。（２）串　

口初始化：串口速率等参数可以通过ｗｅｂ页面修改配置文件，虚拟串口与物理串口进行映射，使不同类型设　

备均能被监控，操作更加方便。　

第ｌ期　李想：基于Ｗｅｂ服务器的机电运控系统代理软件设计　２１　

２．５　交叉编译　

嵌入式系统程序运行的平台通常具有有限的存储空间和运算能力，如：ＡＲＭ平台，其一般的静态存储　

空间大概是１６到３２ＭＢ，ＣＰＵ的主频也是很有限的。运控系统代理软件在Ｉ　ｉｎｕｘ环境下利用ａｒｍ—ｌｉｎｕｘ—　

ｇｃｃ编译器，编译出针对Ｌｉｎｕｘ　ＡＲＭ平台的可执行程序，上传至主板中使用，也可在工控机上直接编译、　

运行。　

２．６　其他技术　

在设计中考虑到多种多台设备的监控，软件采用通过配置文件读取得方式，生成设备队列，根据设备类　

型、地址加以区分，通过遍历设备队列即可获取各设备、指标，实现多种、多台设备集中监控。　

３　模拟仿真　

经测试，可以通过Ｗｅｂ界面对机电设备Ａ、Ｂ各项指标进行监控。在模拟运控中心计算机上使用Ｅｔｈｅ—　

ｒｅａｌ软件成功截获运控代理软件上报数据包且内容正确，验证了该软件设计的可行性。仿真环境见图３。　

模拟中心　

运控系统　

运控系统　

代理监视器　

图３运控软件代理仿真环境　

４　结束语　

高速公路机电系统日益庞大，采用运控系统集中监控很好的管理了机电设备，减轻了技术人员每日巡检　

各种设备工作量，设计的基于ｗｅｂ服务器的机电运控系统代理软件，应用分布式结构设计思想减少了网络　

载荷数据量，使数据精准实时，提高带宽利用率，通过验证，能够达到预期效果。　

参考文献：　

［１］李想．嵌人式ＳＮＭＰ卫星网管代理软件设计［Ｊ］．无线电工程，２Ｏｌ１（７）．　

［２］Ｋａｍａｌ，Ｒ．嵌入式系统：体系结构、编程设计ＥＭ］．北京：清华大学出版社，２００５　

Ｅ３２　Ｓｈｉｂｕ　Ｋ　Ｖ．嵌入式系统原理、设计及开发［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０１１．