网络化仪器仪表协议服务器端设计与实现
2015-01-29庞新法
庞新法
（陕西省委党校科技教研部 陕西 西安 710061）
通过对传统网络设备的定义进行扩展，将仪器仪表纳入网络管理的范畴，使得其已经不再是孤立的、单独的设备，而是将测试技术、互联网技术、计算机技术结合在一起的网络仪器系统。但网络化仪器间难以进行协同工作，进而限制测量系统测量效率。为了实现网络化仪器间的通信，本文将HiSLIP协议、虚拟仪器设计技术与网络化测控系统相结合，利用HiSLIP协议，设计网络化仪器间的通信原理，并给出了协议服务器端设计与实现。
协议的服务器端主要实现与仪器端的连接，并且实现为远端控制软件提供连接、数据传输等服务，和协议的客户端配套实现通信通道的建立。服务器端程序，主要完成等待连接建立，连接建立，数据传输，和容错处理等。
HiSLIP[1]协议服务器端的设计是与客户端相对应，其功能也分为以下几部分：协议启动及前期准备；等待客户端发起连接；与客户端进行数据交互；容错处理等。客户端的14个交互，在服务器端程序中均一一对应，使用的消息类型会部分不同。
1 服务器端总体设计
根据IVI规范，仪器端的HiSLIP协议服务器端执行流程如图1所示，启动后，在同一个端口（4880）上创建两个TCP连接，分别作为同步通道和异步通道。在同步通道上可双向发送字符型命令，代理将数据按照HiSLIP的帧格式封装，并交由下层TCP协议。
协议启动时，申请套接口并绑定4880端口，启动端口侦听，若有连接请求则查询是否超过最大连接数，如果超过则拒绝请求，否则建立连接。建立连接成功后，创建子进程，并将父进程的链接信息复制一份给子进程，完成后，即可进行数据的传输。父进程会查询是否有关闭连接的请求，如果有则关闭连接，如果没有则继续侦听端口。
2 协议启动
服务器端协议启动，和客户端基本一致，申请Socket并进行端口4880绑定，之后等待客户端发起连接。通过执行函数intserver_initialize来实现协议启动的准备工作。
3 连接建立
根据协议要求，服务器端需要配合客户端完成两次连接的建立，按建立的前后顺序，第一次是同步通道，第二次是异步通道[2-3]。
图1 服务器端的协议流程Fig.1 The agreement process on the server side
3.1 建立连接过程中需要使用的消息类型序列
在接收到客户端Initialize消息后，向客户端发送消息类型为InitializeResponse的消息，其中包含的数据有，是否是重叠模式（overlap-mode），服务器协议版本，以及会话 ID，此时第一个连接即同步通道建立完成。消息格式为，
在接收到客户端AsyncInitialize消息后，服务器端向客户端发送消息类型为AsyncInitializeResponse的消息，其中包含的额数据只有服务器端程序的厂商号（server-vendorID）。此时，第二个连接即异步通道建立完成。消息格式为，
3.2 对远端仪器进行锁操作的消息类型序列
首先接收到AsyncLockInfo消息类型，服务器返回消息AsyncLockInfoResponse，其中包含已经授权的锁个数和锁类型等信息。格式为，
接收到AsyncLock消息时，使用消息AsyncLockResponse告知客户端，加锁成功还是失败，或者释放锁成功还是失败。在该消息中包含的数据有，请求加锁标志位和请求释放锁标志，等待加锁超时时间，锁信息描述等。加锁时发送给客户端的消息的格式为，
3.3 服务器端响应客户端的消息尺寸使用的消息序列
收到客户端AsyncMaximumMessageSize消息后，服务器端通过消息AsyncMaximumMessageSizeResponse来向客户端告知服务器端可以接受的最大消息尺寸，该消息中包含由8字节无符号整形数据表示的消息尺寸信息。消息格式为，
通过 执行函数 staticinthandle_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）处理客户端发起同步通道连接时服务器端的响应过程。
通过执行函数staticinthandle_async_initialize_response（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len）处理客户端发起异步通道连接时服务器端的响应过程。
第一，社区服刑人员的主观因素。一是存在文化程度差异，量表的表述不能完全理解，工作人员若协助解释则会形成暗示，影响测量效果；二是量表题量多且为客观题，社区服刑人员为节省时间随意填写，造成无效量表过多；三是多数社区服刑人员对心理常识知之甚少，都是“心盲”，主观配合程度差。
通过执行函数staticinthandle_async_message_size（hislip_message*recv_message，char*send_buf，int*send_len） 向客户端发送服务器端能够接受的消息最大尺寸。
4 数据交互
数据交互[4-5]部分与客户端相对应，同样使用两种消息类型Data和DataEND，这两种消息类型的消息使用方法与客户端一致，即仪器获取的数据发送给客户端，服务器端使用Data或DataEND消息进行发送[7]，如果可以满足不超过最大消息长度的情况下，使用DataEND消息类型进行发送，如果超过了最大消息长度，则先使用Data消息类型进行发送若干，在剩余的数据不超过最大消息尺寸时，使用DataEND发送完剩余的数据。
在发送消息的内容上与客户端有所区别，服务器端使用的消息中不包含交付标志，消息中的其他内容和客户端发送给服务器端的一致，包含消息ID，数据长度及数据。消息格式为，<0>
5 容错处理
服务器端的容错处理有：致命错误及同步恢复交互；错误告知交互；中断交互。这些主要是配合客户端保证整个协议能够稳定有序运行，与客户端的容错处理能够一一对应，这里不再赘述。
6 程序设计实现
根据上述设计过程以及各种交互的含义，时序关系，进行程序设计[6-7]，程序实现使用C语言实现，运行在Linux系统之上，程序中的模块[8-9]主要有，通道建立初始化模块，数据接收模块，数据发送模块等。
通过协议服务器端源代码中的一些功能函数介绍，说明协议服务器端的执行过程如下。
实现初始化服务器端，初始化完成后，等待客户端的HiSLIP连接。
staticinthandle_async_message_size（）
处理客户端发送的协商双方发送的消息尺寸的请求消息。
staticintrecv_message_handle（）
接收从客户端发送过来的数据，并进行初步处理，对接收的数据包按照消息类型进行识别，识别后调用相关功能函数予以处理。
staticintcommunicate_device（）
实现协议与设备的直接通信，在Linux下仪器设备，被抽象成设备文件，这里的与设备通信实质上是协议在VFS下对文件的操作。
staticinthandle_async_lock（）
处理客户端发送的给设备资源加锁和释放锁的操作。
void send_data（）和 void send_dataend（）
实现向客户端发送数据操作。
7 结束语
本文通过对协议服务器端的详细设计，并在此基础上结合客户端的设计及控制端和仪器网络代理的设计，实现了仪器间通信。在局域网环境下，通过示波器A和示波器B间的通信测试，证明本文提出的方案能够实现仪器与控制端、仪器和仪器的通信。
[1]LXI HiSLIPTest Procedures[EB/OL].（2011-10-20）.http://www.ivifoundation.org
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