CN115114202A - 基于光纤通信接口扩展的嵌入式web服务器 - Google Patents

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Abstract

基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，涉及航天器综合测试系统的数据通信领域。解决了传统嵌入式WEB服务器只具备单独的千兆以太网通信电信号接口，如何对通信接口进行扩展的问题。包括处理器、FPGA、电平转换电路、光电转换电路和以太网传输单元；电平转换电路和以太网传输单元构成电信号通信通道；FPGA和光电转换电路构成光信号通信通道；FPGA执行PCIe通信协议；处理器用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端，通过客户端进行显示；还用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端，通过客户端进行显示。

Description

基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器
技术领域
本发明涉及WEB服务器接口拓展领域。
背景技术
近年来，随着计算机、微机电、先进制造等行业的技术发展，推动了数据通信技术和微小卫星技术升级换代，进而使得卫星通信成本的下降，特别是低轨卫星通信星座突显出其广泛的应用前景。与此同时，作为卫星系统研制的关键环节，航天器综合测试领域也面临广阔的发展机遇和前所未有的挑战。
一方面航天器综合测试系统研制过程中，为实现各个子系统之间数据共享，以及数据的融合。目前国内外较为主流的改进方案是采用新型遥测网络标准-iNET标准，将成熟的以太网通信技术应用于航天器综合测试系统中，用于替代传统的PCM体制。而嵌入式WEB服务器，特别是对高性能嵌入式WEB服务器，作为各个子系统之间进行以太网数据通信的重要桥梁，成为该领域内的研究热点。由于近年航天器综合测试系统的研制面临复杂性、高可靠性和高安全性，系统测量参数快速增长，传统的嵌入式WEB服务器由于只具备单独的千兆以太网通信电信号接口，已经很难满足当前传输带宽、传输距离及抗干扰能力等方面的需求。
另一方面，当前我国正在进行的空间站建设、月球着陆巡视探测、小行星探测、脉冲星探测等研制任务中，航天器综合测试系统建设的安全、可靠、自主、可控等特性需求日益增强。将系统测试任务迁移至国产、自主创新芯片的高性能WEB服务器上，为了实现各子系统之间的快速安全数据共享，对高性能WEB服务器的对外网络通信接口进行扩展，特别是扩展出光纤通信接口势在必行。
发明内容
本发明目的是为了解决传统嵌入式WEB服务器只具备单独的千兆以太网通信电信号接口，如何对通信接口进行扩展的问题，本发明提供了一种基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器。
基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，包括处理器、FPGA、电平转换电路、光电转换电路和以太网传输单元；
电平转换电路和以太网传输单元构成电信号通信通道；
FPGA和光电转换电路构成光信号通信通道；
以太网传输单元的以太网电通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口；光电转换电路的以太网光纤通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网光纤通信接口；且嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口和其以太网光纤通信接口均通过VPX混装连接器与客户端进行通信；
以太网传输单元的数据通信端与电平转换电路的第一数据通信端连接，电平转换电路的第二数据通信端与处理器的RGMII接口连接；
光电转换电路的数据通信端与FPGA的第一数据通信端连接，FPGA的第二数据通信端与处理器的第一PCIe接口连接；FPGA执行PCIe通信协议；
处理器用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端，并通过客户端进行显示；还用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端，通过客户端进行显示。
优选的是，以太网传输单元包括物理层与数据链路层转化模块和网络变压器；
物理层与数据链路层转化模块，用于对所接收的信号进行物理层与数据链路层之间的转化；
网络变压器，用于对所接收的进行信号增强。
优选的是，处理器内嵌入有PCIe接口驱动程序、以太网IP层、以太网传输层和以太网应用层；
(一)、处理器用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端的实现过程包括：
先通过以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器的第一PCIe接口输出至电信号通信通道，并依次通过电信号通信通道和VPX混装连接器将响应结果送至客户端；
(二)、处理器用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端的实现过程为：
首先通过PCIe接口驱动程序对处理器的第一PCIe接口进行驱动，使处理器的第一PCIe接口接收请求信号，并所接收的请求信号送至以太网IP层，以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器的第一PCIe接口输出至光信号通信通道，并依次通过光信号通信通道和VPX混装连接器将响应结果送至客户端。
优选的是，客户端通过电信号通信通道向处理器的RGMII接口发送请求信号的过程中，电平转换电路用于将所接收的请求信号的电平由1.8V转化为2.5V；
处理器的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，电平转换电路用于对所接收的响应结果的电平由2.5V转化为1.8V。
优选的是，客户端通过电信号通信通道向处理器的RGMII接口发送请求信号的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将请求信号由物理层数据转化成数据链路层数据；
处理器的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据。
优选的是，客户端通过光信号通信通道向处理器的第一PCIe接口发送请求信号的过程中，光电转换电路所接收的请求信号为光信号，且光电转换电路用于将所接收的请求信号转化为电信号；
处理器的第一PCIe接口通过光信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，光电转换电路所接收的响应结果为电信号，且光电转换电路用于将所接收的响应结果转化为光信号。
优选的是，FPGA内嵌入有DMA缓存层、以太网MAC层和以太网物理层；
当FPGA接收来自光电转换电路输出的请求信号后，首先通过以太网物理层对请求信号进行物理解析，并将物理解析后的信号由物理层数据转化成数据链路层数据后，再通过DMA缓存层缓存后，调用PCIe通信协议的IP核，将缓存后的信号送至处理器的第一PCIe接口；
当FPGA接收来自处理器的第一PCIe接口输出的响应结果后，首先通过DMA缓存层缓存后，再将响应结果送至以太网MAC层，以太网MAC层将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据后，送至以太网物理层，以太网物理层对接收的响应结果进行物理解析后，发送至光电转换电路。
优选的是，处理器的以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应的实现方式包括：
S1、初始化，开启WEB服务，执行步骤S2；
S2、通过内部线程获取请求信号中的数据包，执行步骤S3；
S3、调用指令解析程序，判断数据包中是否存在待处理遥测指令和/或遥控指令，结果为是，执行步骤S4，结果为否，执行步骤S5；
S4、获取指令解析程序的执行结果，执行步骤S5；
S5、调用监控程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测参数信息，结果为是，执行步骤S6，结果为否，执行步骤S7；
S6、获取监控程序的执行结果，执行步骤S6；
S7、调用遥测PCM数据接收程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测PCM数据，结果为是，执行步骤S8，结果为否，返回至步骤S2；
S8、获取遥测PCM数据接收程序的执行结果，返回至步骤S2。
优选的是，处理器还包括3个第二PCIe接口，其中，任意一个第二PCIe接口作为备用接口，剩余两个第二PCIe接口分被用于外接板载NVMe SSD和外接USB扩展卡。
优选的是，当处理器的第一PCIe接口发送响应结果时，PCIe接口驱动程序将处理器的内存划分成5个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包在XDMA地址空间上的起始地址；
第二个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包的字节数，其中，不包括收发端地址和协议包类型字节数；
第三个BAR空间，用于存储发送通道缓存待发送数据包个数，且缓存待发送数据包个数范围为0至15；
第四个BAR空间，用于存储发送通道忙闲状态标志；
XDMA地址空间，用于缓存协议栈提供的发送数据包；
当处理器的第一PCIe接口接收请求信号时，PCIe接口驱动程序将处理器的内存划分成6个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储当前缓存的请求信号中数据包个数：
第二个BAR空间，用于存储当前数据包的字节数；
第三个BAR空间，用于存储数据包在XDMA地址空间上的起始地址；
第四个BAR空间，用于存储数据数据包在XDMA地址空间上的当前地址；
第五个BAR空间，用于清除接收中断标志；
第六个BAR空间，用于存储发送中断标志位和接收中断标志位；
XDMA地址空间，用于缓存网络协议栈提供的接收数据包。
本发明带来的有益效果为：
本发明提供了基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，通过拓展出光信号通信通道，提高航天器综合测试系统中各个子系统之间的以太网测试数据共享能力，简化各子系统之间的数据交互接口，为航天器综合测试过程中的各个子系统提供以太网数据互联互通的有效手段，使得测试人员在试验过程中以WEB服务器为载体，在任意时间在网络覆盖的地点，利用安装有以太网光纤通信接口和以太网电通信接口访问终端设备完成远程控制和综合测试工作。
本发明所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，可采用国产化的处理器、FPGA、光电转换电路等核心器件进行了硬件方案及原理设计；通过在FPGA内部进行以太网MAC层和以太网物理层的设计，以及在处理器操作系统上编写相应的驱动程序，完成了千兆光纤以太网的数据包传递；并同时给出了WEB服务器进行响应的具体流程，对整个设计软硬件方案进行改进。同时本发明采用的核心器件均可实现了100％国产化，对国产化高性能嵌入式WEB服务器设备实现光纤通信接口扩展方法，掌握自主可控国产化的关键技术。
本发明将处理器+FPGA嵌入式WEB服务器技术体系架构上，对嵌入式WEB服务器扩展出以太网光纤通信接口，提升了航天器综合测试系统内各子系统之间的网络互联互通能力。
本发明处理器+FPGA均可使用国产化的器件，使国产化高性能处理器可同时具备多路以太网光纤通信接口和以太网电通信接口，满足了单系统到整星测试全范围的嵌入式WEB服务器应用需求，降低试验成本及提高测试效率，具有良好的推广价值与应用前景。
本发明中所需的各类外围接口电路实现，均可做出了国产化替代设计方案，具体包括国产化FPGA兼容设计、国产化千兆PHY芯片电路兼容设计。本发明服务器对外可提供两类通信接口，分别为以太网光纤通信接口和以太网电通信接口，远程控制和综合测试的客户端计算机只需通过WEB浏览器即可完成对测试结果的实时访问，同时测试计算机可通过网页界面上的控制面板，向外部发送遥控指令，无需单独再开发相应的测试系统客户端软件。这样减轻了系统维护、升级的支出成本，降低了用户的总体成本。
发明所涉及基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器具有数据的传输速率高、线路损耗低、传输距离远等优点。且从光纤以太网扩展方案的硬件实现、底层驱动软件实现、应用层软件等几方面实现改进。
附图说明
图1为本发明所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器的原理示意图；
图2为处理器1与FPGA2间数据交互的原理示意图；
图3为以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
参见图1说明本实施例，本实施例所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，包括处理器1、FPGA2、电平转换电路3、光电转换电路4和以太网传输单元5；
电平转换电路3和以太网传输单元5构成电信号通信通道；
FPGA2和光电转换电路4构成光信号通信通道；
以太网传输单元5的以太网电通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口；光电转换电路4的以太网光纤通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网光纤通信接口；且嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口和其以太网光纤通信接口均通过VPX混装连接器6与客户端进行通信；
以太网传输单元5的数据通信端与电平转换电路3的第一数据通信端连接，电平转换电路3的第二数据通信端与处理器的RGMII接口连接；
光电转换电路4的数据通信端与FPGA2的第一数据通信端连接，FPGA2的第二数据通信端与处理器1的第一PCIe接口连接；FPGA2执行PCIe通信协议；
处理器1用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端，并通过客户端进行显示；还用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端，通过客户端进行显示。
本发明所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器适用于航天器综合测试系统数据通信领域，且所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器可进行国产化，该服务器的底层硬件实现可基于处理器1采用国产CPU芯片(飞腾FT/2000-4)与FPGA采用银河麒麟操作系统的技术架构。数据存储空间为256GB，内存为4GB，可对外提供多路千兆以太网通信接口。
具体应用时，处理器1、FPGA2和光电转换电路4均采用现有技术实现，且光电转换电路4可采用国产化单模光收发一体模块完成光纤接口对外连接。
进一步的，具体参见图1，以太网传输单元5包括物理层与数据链路层转化模块和网络变压器；
物理层与数据链路层转化模块，用于对所接收的信号进行物理层与数据链路层之间的转化；
网络变压器，用于对所接收的进行信号增强。
更进一步的，具体参见图2，处理器1内嵌入有PCIe接口驱动程序、以太网IP层、以太网传输层和以太网应用层；
(一)、处理器1用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端的实现过程包括：
先通过以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器1的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器1的第一PCIe接口输出至电信号通信通道，并依次通过电信号通信通道和VPX混装连接器6将响应结果送至客户端；
(二)、处理器1用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端的实现过程为：
首先通过PCIe接口驱动程序对处理器1的第一PCIe接口进行驱动，使处理器1的第一PCIe接口接收请求信号，并所接收的请求信号送至以太网IP层，以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器1的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器1的第一PCIe接口输出至光信号通信通道，并依次通过光信号通信通道和VPX混装连接器6将响应结果送至客户端。
更进一步的，具体参见图1，客户端通过电信号通信通道向处理器1的RGMII接口发送请求信号的过程中，电平转换电路3用于将所接收的请求信号的电平由1.8V转化为2.5V；
处理器1的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，电平转换电路3用于对所接收的响应结果的电平由2.5V转化为1.8V。
更进一步的，具体参见图1，客户端通过电信号通信通道向处理器1的RGMII接口发送请求信号的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将请求信号由物理层数据转化成数据链路层数据；
处理器1的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据。
更进一步的，具体参见图1，客户端通过光信号通信通道向处理器1的第一PCIe接口发送请求信号的过程中，光电转换电路4所接收的请求信号为光信号，且光电转换电路4用于将所接收的请求信号转化为电信号；
处理器1的第一PCIe接口通过光信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，光电转换电路4所接收的响应结果为电信号，且光电转换电路4用于将所接收的响应结果转化为光信号。
更进一步的，具体参见图2，FPGA2内嵌入有DMA缓存层、以太网MAC层和以太网物理层；
当FPGA2接收来自光电转换电路4输出的请求信号后，首先通过以太网物理层对请求信号进行物理解析，并将物理解析后的信号由物理层数据转化成数据链路层数据后，再通过DMA缓存层缓存后，调用PCIe通信协议的IP核，将缓存后的信号送至处理器1的第一PCIe接口；
当FPGA2接收来自处理器1的第一PCIe接口输出的响应结果后，首先通过DMA缓存层缓存后，再将响应结果送至以太网MAC层，以太网MAC层将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据后，送至以太网物理层，以太网物理层对接收的响应结果进行物理解析后，发送至光电转换电路4。
本实施方式中，通过在FPGA2内部进行以太网MAC层和以太网物理层逻辑代码设计，对国产化FPGA内部的相关IP核进行了初始化配置，完成了千兆光纤以太网通信的对外接口MAC层和以太网物理层的工程实现。同时编写相应的驱动程序，通过PCIe X4总线接口将FPGA一侧的以太网MAC层和飞腾FT/2000-4处理器一侧的IP层挂接起来，完成网络MAC层和IP层的数据包传递。
更进一步的，具体参见图3，处理器1的以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应的实现方式包括：
S1、初始化，开启WEB服务，执行步骤S2；
S2、通过内部线程获取请求信号中的数据包，执行步骤S3；
S3、调用指令解析程序，判断数据包中是否存在待处理遥测指令和/或遥控指令，结果为是，执行步骤S4，结果为否，执行步骤S5；
S4、获取指令解析程序的执行结果，执行步骤S5；
S5、调用监控程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测参数信息，结果为是，执行步骤S6，结果为否，执行步骤S7；
S6、获取监控程序的执行结果，执行步骤S6；
S7、调用遥测PCM数据接收程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测PCM数据，结果为是，执行步骤S8，结果为否，返回至步骤S2；
S8、获取遥测PCM数据接收程序的执行结果，返回至步骤S2。
本优选实施方式中，指令解析程序、监控程序、以及遥测PCM数据接收程序均可通过现有技术实现，利用其现有的程序进行执行判断，获得执行结果。
更进一步的，处理器1还包括3个第二PCIe接口，其中，任意一个第二PCIe接口作为备用接口，剩余两个第二PCIe接口分被用于外接板载NVMe SSD和外接USB扩展卡。
更进一步的，当处理器1的第一PCIe接口发送响应结果时，PCIe接口驱动程序将处理器1的内存划分成5个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包在XDMA地址空间上的起始地址；
第二个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包的字节数，其中，不包括收发端地址和协议包类型字节数；
第三个BAR空间，用于存储发送通道缓存待发送数据包个数，且缓存待发送数据包个数范围为0至15；
第四个BAR空间，用于存储发送通道忙闲状态标志；
XDMA地址空间，用于缓存协议栈提供的发送数据包；
当处理器1的第一PCIe接口接收请求信号时，PCIe接口驱动程序将处理器1的内存划分成6个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储当前缓存的请求信号中数据包个数：
第二个BAR空间，用于存储当前数据包的字节数；
第三个BAR空间，用于存储数据包在XDMA地址空间上的起始地址；第四个BAR空间，用于存储数据数据包在XDMA地址空间上的当前地址；
第五个BAR空间，用于清除接收中断标志；
第六个BAR空间，用于存储发送中断标志位和接收中断标志位；
XDMA地址空间，用于缓存网络协议栈提供的接收数据包。
具体应用时，本发明的处理器1采用国产CPU芯片(飞腾FT/2000-4)、FPGA采用银河麒麟操作系统，本实施方案通过将飞腾FT/2000-4处理器的PCIe X4接口对外引出，通过自行设计出一种符合PCIe3.0规范的接口拆分方式，配合外部国产FPGA进行高速PCIe接口网络数据通信。FT-2000/4的PCIe接口分为PEU0和PEU1两路接口，每路PEU都支持PCIe3.0规范。
在FPGA的GTX(吉比特收发)接口上外扩多路千兆光纤以太网接口的光电转换电路4，通过在FPGA内部进行以太网MAC层和以太网物理层逻辑设计，完成对物理层通信数据收发控制，从而对外扩展出的千兆以太网光纤通信接口。光电转换电路4采用国产化器件HTS1302，该单路光收发一体模块是一款低功耗、高性能的双LC口双纤双向光收发一体模块。传输距离可达1km，传输速率为2.5Gbps，3.3V直流供电。
如图2所示，以太网光纤通信接口上的数据经过光缆进入光电转换电路4(即：HTS1302型光模块)，在光模块中完成对数据的光电转换，将光信号转为电信号。使用FPGA的GTX接口将网络通信数据向FPGA中的以太网物理层进行传递。通过设计以太网物理层收发逻辑代码，实现对FPGA内部IP核的以太网物理层进行工作状态配置，完成以太网通信数据物理层收发；通过设计以太网MAC层收发逻辑代码，实现对FPGA内部IP核的以太网MAC层进行工作状态配置，完成以太网通信数据MAC层收发。通过设计DMA数据收发代码，配置FPGA内部IP核的DMA缓存层实现PCIe通信协议，通过PCIe X4总线接口将MAC层和IP层挂接起来，完成网络FPGA上的MAC层和处理器上IP层的数据包传递。
具体应用时，在银河麒麟操作系统的底层驱动程序中，将FT/2000-4的PCIe设备划分了专用的Bar空间和XDMA地址空间，在FT2000-4处理器内部实现了和国产PPGA进行PCIe总线通信的驱动，通过PCIe总线和FPGA内部的XDMA地址空间进行网络数据包交互。同时在操作系统上实现内部网络通信中的IP层协议(如ARP、RARP、ICMP)，传输层协议(TCP/UDP)，最终将千兆的以太网光纤通信接口，也即：光纤以太网接口收到的数据递交至WEB服务器应用层(HTTP、FTP等)进行处理。
如图3所示，在系统上电后，开启WEB服务器功能，和嵌入式软件开始进程间通信，对外提供网页浏览器页面访问及人机交互支持。WEB服务器软件使用JavaScript语言编写服务器后台程序，完成和嵌入式软件间的进程间通信交互。WEB服务器软件使用HTML(超文本标记语言)完成浏览器页面的结构以及内容。
应用时，在银河麒麟操作系统的底层PCIe接口驱动程序中，在FT/2000-4的PCIe设备空间上，专门为国产化FPGA的PCIe接口划分了专用的Bar空间和XDMA地址空间。Bar地址空间用于收发以太网数据包的传输地址和数据长度控制，XDMA地址空间用于收发以太网数据包的具体数据内容。光纤以太网通信收发的Bar空间和XDMA地址空间具体地址空间定义设计如下：
a)当处理器1的第一PCIe接口发送响应结果时，处理器1的内存划分情况如下表：
Figure BDA0003712406770000111
Figure BDA0003712406770000121
b)当处理器1的第一PCIe接口接收请求信号时，处理器1的内存划分情况如下表：
Figure BDA0003712406770000122
Figure BDA0003712406770000131
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，包括处理器(1)、FPGA(2)、电平转换电路(3)、光电转换电路(4)和以太网传输单元(5)；
电平转换电路(3)和以太网传输单元(5)构成电信号通信通道；
FPGA(2)和光电转换电路(4)构成光信号通信通道；
以太网传输单元(5)的以太网电通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口；光电转换电路(4)的以太网光纤通信接口，作为嵌入式WEB服务器的以太网光纤通信接口；且嵌入式WEB服务器的以太网电通信接口和其以太网光纤通信接口均通过VPX混装连接器(6)与客户端进行通信；
以太网传输单元(5)的数据通信端与电平转换电路(3)的第一数据通信端连接，电平转换电路(3)的第二数据通信端与处理器的RGMII接口连接；
光电转换电路(4)的数据通信端与FPGA(2)的第一数据通信端连接，FPGA(2)的第二数据通信端与处理器(1)的第一PCIe接口连接；FPGA(2)执行PCIe通信协议；
处理器(1)用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端，并通过客户端进行显示；还用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端，通过客户端进行显示。
2.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，以太网传输单元(5)包括物理层与数据链路层转化模块和网络变压器；
物理层与数据链路层转化模块，用于对所接收的信号进行物理层与数据链路层之间的转化；
网络变压器，用于对所接收的进行信号增强。
3.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，处理器(1)内嵌入有PCIe接口驱动程序、以太网IP层、以太网传输层和以太网应用层；
(一)、处理器(1)用于对所接收的从电信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过电信号通信通道返回至客户端的实现过程包括：
先通过以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器(1)的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器(1)的第一PCIe接口输出至电信号通信通道，并依次通过电信号通信通道和VPX混装连接器(6)将响应结果送至客户端；
(二)、处理器(1)用于对所接收的从光信号通信通道进入的请求信号进行响应，并将响应结果通过光信号通信通道返回至客户端的实现过程为：
首先通过PCIe接口驱动程序对处理器(1)的第一PCIe接口进行驱动，使处理器(1)的第一PCIe接口接收请求信号，并所接收的请求信号送至以太网IP层，以太网IP层对所接收的请求信号添加IP地址，请求信号根据所添加的IP地址通过以太网传输层传输至以太网应用层，以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应，并将响应结果通过以太网传输层传输至以太网IP层，以太网IP层对所接收的响应结果添加IP地址，此时，通过PCIe接口驱动程序对处理器(1)的第一PCIe接口进行驱动，将添加IP地址后的响应结果通过处理器(1)的第一PCIe接口输出至光信号通信通道，并依次通过光信号通信通道和VPX混装连接器(6)将响应结果送至客户端。
4.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，客户端通过电信号通信通道向处理器(1)的RGMII接口发送请求信号的过程中，电平转换电路(3)用于将所接收的请求信号的电平由1.8V转化为2.5V；
处理器(1)的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，电平转换电路(3)用于对所接收的响应结果的电平由2.5V转化为1.8V。
5.根据权利要求2所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，客户端通过电信号通信通道向处理器(1)的RGMII接口发送请求信号的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将请求信号由物理层数据转化成数据链路层数据；
处理器(1)的RGMII接口通过电信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，物理层与数据链路层转化模块用于将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据。
6.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，客户端通过光信号通信通道向处理器(1)的第一PCIe接口发送请求信号的过程中，光电转换电路(4)所接收的请求信号为光信号，且光电转换电路(4)用于将所接收的请求信号转化为电信号；
处理器(1)的第一PCIe接口通过光信号通信通道向客户端发送响应结果的过程中，光电转换电路(4)所接收的响应结果为电信号，且光电转换电路(4)用于将所接收的响应结果转化为光信号。
7.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，FPGA(2)内嵌入有DMA缓存层、以太网MAC层和以太网物理层；
当FPGA(2)接收来自光电转换电路(4)输出的请求信号后，首先通过以太网物理层对请求信号进行物理解析，并将物理解析后的信号由物理层数据转化成数据链路层数据后，再通过DMA缓存层缓存后，调用PCIe通信协议的IP核，将缓存后的信号送至处理器(1)的第一PCIe接口；
当FPGA(2)接收来自处理器(1)的第一PCIe接口输出的响应结果后，首先通过DMA缓存层缓存后，再将响应结果送至以太网MAC层，以太网MAC层将响应结果由数据链路层数据转化成物理层数据后，送至以太网物理层，以太网物理层对接收的响应结果进行物理解析后，发送至光电转换电路(4)。
8.根据权利要求3所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，处理器(1)的以太网应用层根据所接收的添加IP地址后的请求信号进行响应的实现方式包括：
S1、初始化，开启WEB服务，执行步骤S2；
S2、通过内部线程获取请求信号中的数据包，执行步骤S3；
S3、调用指令解析程序，判断数据包中是否存在待处理遥测指令和/或遥控指令，结果为是，执行步骤S4，结果为否，执行步骤S5；
S4、获取指令解析程序的执行结果，执行步骤S5；
S5、调用监控程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测参数信息，结果为是，执行步骤S6，结果为否，执行步骤S7；
S6、获取监控程序的执行结果，执行步骤S6；
S7、调用遥测PCM数据接收程序，判断数据包中是否存在待处理的测试系统的遥测PCM数据，结果为是，执行步骤S8，结果为否，返回至步骤S2；
S8、获取遥测PCM数据接收程序的执行结果，返回至步骤S2。
9.根据权利要求1所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，处理器(1)还包括3个第二PCIe接口，其中，任意一个第二PCIe接口作为备用接口，剩余两个第二PCIe接口分被用于外接板载NVMe SSD和外接USB扩展卡。
10.根据权利要求3所述的基于光纤通信接口扩展的嵌入式WEB服务器，其特征在于，
当处理器(1)的第一PCIe接口发送响应结果时，PCIe接口驱动程序将处理器(1)的内存划分成5个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包在XDMA地址空间上的起始地址；
第二个BAR空间，用于存储待发送的响应结果中的数据包的字节数，其中，不包括收发端地址和协议包类型字节数；
第三个BAR空间，用于存储发送通道缓存待发送数据包个数，且缓存待发送数据包个数范围为0至15；
第四个BAR空间，用于存储发送通道忙闲状态标志；
XDMA地址空间，用于缓存协议栈提供的发送数据包；
当处理器(1)的第一PCIe接口接收请求信号时，PCIe接口驱动程序将处理器(1)的内存划分成6个BAR空间和1个XDMA地址空间，其中，
第一个BAR空间，用于存储当前缓存的请求信号中数据包个数：
第二个BAR空间，用于存储当前数据包的字节数；
第三个BAR空间，用于存储数据包在XDMA地址空间上的起始地址；
第四个BAR空间，用于存储数据数据包在XDMA地址空间上的当前地址；
第五个BAR空间，用于清除接收中断标志；
第六个BAR空间，用于存储发送中断标志位和接收中断标志位；
XDMA地址空间，用于缓存网络协议栈提供的接收数据包。
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