網絡化儀器儀表協議服務器端設計與實現

龐新法

（陜西省委黨校科技教研部 陜西 西安 710061）

通過對傳統網絡設備的定義進行擴展，將儀器儀表納入網絡管理的范疇，使得其已經不再是孤立的、單獨的設備，而是將測試技術、互聯網技術、計算機技術結合在一起的網絡儀器系統。但網絡化儀器間難以進行協同工作，進而限制測量系統測量效率。為了實現網絡化儀器間的通信，本文將HiSLIP協議、虛擬儀器設計技術與網絡化測控系統相結合，利用HiSLIP協議，設計網絡化儀器間的通信原理，并給出了協議服務器端設計與實現。

協議的服務器端主要實現與儀器端的連接，并且實現為遠端控制軟件提供連接、數據傳輸等服務，和協議的客戶端配套實現通信通道的建立。服務器端程序，主要完成等待連接建立，連接建立，數據傳輸，和容錯處理等。

HiSLIP[1]協議服務器端的設計是與客戶端相對應，其功能也分為以下幾部分：協議啟動及前期準備；等待客戶端發起連接；與客戶端進行數據交互；容錯處理等?？蛻舳说?4個交互，在服務器端程序中均一一對應，使用的消息類型會部分不同。

1 服務器端總體設計

根據IVI規范，儀器端的HiSLIP協議服務器端執行流程如圖1所示，啟動后，在同一個端口（4880）上創建兩個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送字符型命令，代理將數據按照HiSLIP的幀格式封裝，并交由下層TCP協議。

協議啟動時，申請套接口并綁定4880端口，啟動端口偵聽，若有連接請求則查詢是否超過最大連接數，如果超過則拒絕請求，否則建立連接。建立連接成功后，創建子進程，并將父進程的鏈接信息復制一份給子進程，完成后，即可進行數據的傳輸。父進程會查詢是否有關閉連接的請求，如果有則關閉連接，如果沒有則繼續偵聽端口。

2 協議啟動

服務器端協議啟動，和客戶端基本一致，申請Socket并進行端口4880綁定，之后等待客戶端發起連接。通過執行函數intserver_initialize來實現協議啟動的準備工作。

3 連接建立

根據協議要求，服務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 服務器端的協議流程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，向客戶端發送消息類型為InitializeResponse的消息，其中包含的數據有，是否是重疊模式（overlap-mode），服務器協議版本，以及會話 ID，此時第一個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，服務器端向客戶端發送消息類型為AsyncInitializeResponse的消息，其中包含的額數據只有服務器端程序的廠商號（server-vendorID）。此時，第二個連接即異步通道建立完成。消息格式為，<0><0>。

3.2 對遠端儀器進行鎖操作的消息類型序列

首先接收到AsyncLockInfo消息類型，服務器返回消息AsyncLockInfoResponse，其中包含已經授權的鎖個數和鎖類型等信息。格式為，<0>。

接收到AsyncLock消息時，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據有，請求加鎖標志位和請求釋放鎖標志，等待加鎖超時時間，鎖信息描述等。加鎖時發送給客戶端的消息的格式為，<0=failure，1=success，3=error><0><0>；釋放鎖時發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 服務器端響應客戶端的消息尺寸使用的消息序列

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

通過 執行函數 staticinthandle_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）處理客戶端發起同步通道連接時服務器端的響應過程。

通過執行函數staticinthandle_async_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）處理客戶端發起異步通道連接時服務器端的響應過程。

第一，社區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，工作人員若協助解釋則會形成暗示，影響測量效果；二是量表題量多且為客觀題，社區服刑人員為節省時間隨意填寫，造成無效量表過多；三是多數社區服刑人員對心理常識知之甚少，都是“心盲”，主觀配合程度差。

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

4 數據交互

數據交互[4-5]部分與客戶端相對應，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，即儀器獲取的數據發送給客戶端，服務器端使用Data或DataEND消息進行發送[7]，如果可以滿足不超過最大消息長度的情況下，使用DataEND消息類型進行發送，如果超過了最大消息長度，則先使用Data消息類型進行發送若干，在剩余的數據不超過最大消息尺寸時，使用DataEND發送完剩余的數據。

在發送消息的內容上與客戶端有所區別，服務器端使用的消息中不包含交付標志，消息中的其他內容和客戶端發送給服務器端的一致，包含消息ID，數據長度及數據。消息格式為，<0>和<0>。在接收到Data和DataEND消息時，對其進行處理的函數如下。

5 容錯處理

服務器端的容錯處理有：致命錯誤及同步恢復交互；錯誤告知交互；中斷交互。這些主要是配合客戶端保證整個協議能夠穩定有序運行，與客戶端的容錯處理能夠一一對應，這里不再贅述。

6 程序設計實現

根據上述設計過程以及各種交互的含義，時序關系，進行程序設計[6-7]，程序實現使用C語言實現，運行在Linux系統之上，程序中的模塊[8-9]主要有，通道建立初始化模塊，數據接收模塊，數據發送模塊等。

通過協議服務器端源代碼中的一些功能函數介紹，說明協議服務器端的執行過程如下。

實現初始化服務器端，初始化完成后，等待客戶端的HiSLIP連接。

staticinthandle_async_message_size（）

處理客戶端發送的協商雙方發送的消息尺寸的請求消息。

staticintrecv_message_handle（）

接收從客戶端發送過來的數據，并進行初步處理，對接收的數據包按照消息類型進行識別，識別后調用相關功能函數予以處理。

staticintcommunicate_device（）

實現協議與設備的直接通信，在Linux下儀器設備，被抽象成設備文件，這里的與設備通信實質上是協議在VFS下對文件的操作。

staticinthandle_async_lock（）

處理客戶端發送的給設備資源加鎖和釋放鎖的操作。

void send_data（）和 void send_dataend（）

實現向客戶端發送數據操作。

7 結束語

本文通過對協議服務器端的詳細設計，并在此基礎上結合客戶端的設計及控制端和儀器網絡代理的設計，實現了儀器間通信。在局域網環境下，通過示波器A和示波器B間的通信測試，證明本文提出的方案能夠實現儀器與控制端、儀器和儀器的通信。

[1]LXI HiSLIPTest Procedures[EB/OL].（2011-10-20）.http://www.ivifoundation.org

[2]吳念，強彥.UNIX網絡程序設計[M].北京.科學出版社，2011.

[3]余成波，王士彬，李洪兵.網絡化儀器技術與實現[M].北京:清華大學出版社，2010.

[4]林玉池.測量控制與儀器儀表前沿技術及發展趨勢[M].天津:天津大學出版社，2005.

[5]董永清.Linux C編程實戰[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[6]宋寶華.Linux設備驅動開發詳解[M].北京.人民郵電出版社，2008.

[7]陳莉君，康華.Linux操作系統原理與應用[M].北京.清華大學出版社，2006.

[8]李宥謀，劉釗遠，馬博.嵌入式系統開發[M].北京.清華大學出版社，2011.

[9]夏亞君,黃縉華,顧博川，等.運行服務總線綜合評價方法與評測工具研究[J].陜西電力，2014（12）：21-25.XIA Ya-jun， HUANG Jin-hua， GU Bo-chuan， et al.Comprehensive evaluation method and evaluation tool for operation service bus[J].Shaanxi Electric Power，2014（12）：21-25.