docs(libweb_server): Web 管理服务模块详细 API 参考文档

12 个章节完整覆盖:
- 模块概述 + 与原工程对比
- 文件结构 + 单线程事件驱动架构图
- 核心数据结构 (stru_ws_sig / stru_ws_session / enum_ws_sig_type)
- 接口函数 (X-Macro 入口 / ws_send_all / ws_send_one / ws_send_binary / 异步通道)
- WebSocket 协议 (JSON CRUD / 增量推送格式 / 远程命令 / 文件管理)
- 内部函数 (ws_sig_add/del/set / ws_make_sig_json / ws_push_task / ws_cmd_exec)
- X-Macro 注册 / 依赖关系 / 编译构建 / 运行验证 / JavaScript 使用示例
This commit is contained in:
ypc 2026-07-08 18:02:21 +08:00
parent 3dd52d2202
commit ecbdf483b6
2 changed files with 631 additions and 0 deletions

View File

@ -38,6 +38,7 @@
|------|------|------|------| |------|------|------|------|
| RTU | [API-RTU.md](system/RTU/API-RTU.md) | C + C++ | 主程序入口、X-Macro 框架、模块生命周期 | | RTU | [API-RTU.md](system/RTU/API-RTU.md) | C + C++ | 主程序入口、X-Macro 框架、模块生命周期 |
| libmodbus_m | [API-libmodbus_m.md](system/libmodbus_m/API-libmodbus_m.md) | C++ | Modbus 主站管理(通道/点表/轮询/写入) | | libmodbus_m | [API-libmodbus_m.md](system/libmodbus_m/API-libmodbus_m.md) | C++ | Modbus 主站管理(通道/点表/轮询/写入) |
| libweb_server | [API-libweb_server.md](system/libweb_server/API-libweb_server.md) | C++ | Web 管理服务HTTP + WebSocket 实时推送) |
``` ```
┌──────────┐ ┌──────────┐

View File

@ -0,0 +1,630 @@
# API-libweb_server — Web 管理服务模块
> 版本: v2.0
> 日期: 2026-07-08
> 来源: 基于原工程 ws_method.cpp (1420行) + web_server.cpp (300行) 重构
> 状态: ✅ 已实现x86 + ARM 双平台编译通过(零警告)
---
## 1. 模块概述
libweb_server 是 RTU 通讯装置的**嵌入式 Web 管理服务**,作为 X-Macro 框架的线程模块运行。基于 Mongoose v7.22 实现,提供 HTTP REST API 和 WebSocket 实时数据通道。
| 功能 | 说明 |
|------|------|
| HTTP 服务器 | 静态文件服务(内嵌前端),默认监听 `0.0.0.0:8080` |
| WebSocket | `/ws` 路径升级,双向 JSON 消息通信 |
| 信号 CRUD | 5 种信号类型out/in/yk/ao/param的 add/del/set 操作 |
| 增量推送 | 每 100ms 批量检测信号变化,仅发送变更部分 |
| 远程命令执行 | 通过 pipe 重定向 stdout将 RTU 命令行输出回传前端 |
| 文件管理 | get_file / set_file 命令实现设备文件的上传下载 |
| 异步命令通道 | async_cmd_printf/complete 供其他模块向 Web 前端推送执行结果 |
| 优雅退出 | 支持 EV_STOP 信号mg_mgr_free 安全释放所有连接 |
### 设计思路
**单线程事件驱动**:将 Mongoose 的 `mg_mgr_poll()` 合入 X-Macro 框架的 EV_TIMER110ms不再另外创建 pthread。三个定时器分工明确
```
EV_TIMER1 (10ms): mg_mgr_poll(&s_ws_mgr, 0) ← IO 收包/发包(非阻塞)
EV_TIMER2 (100ms): ws_push_task() ← 信号增量推送
EV_TIMER3 (1000ms): run_cnt++ ← 心跳计数
```
**Per-Connection Session**:每个 WebSocket 客户端维护独立的 `stru_ws_session`(订阅信号列表 + last_val 缓存),断开时自动清理。多连接并发安全由两个互斥锁保证:`g_ws_conns_mutex`(连接列表)和 `g_ws_session_mutex`(会话数据)。
### 与原工程对比
| 维度 | 原工程 (ws_method.cpp 1420行) | 重构后 (2 文件共 ~650行) |
|------|-----------------------------|------------------------|
| 线程模型 | 双线程pthread_create 死循环 `mg_mgr_poll` | 单线程(复用 X-Macro 框架) |
| 退出方式 | kill 线程 | EV_STOP 优雅退出 |
| 增量推送 | 5 个独立 `make_*_json` 函数(~150行重复 | 1 个 `ws_make_sig_json` + switch |
| 信号增删 | 每种信号单独函数 + 函数指针表 | 按信号类型分 5 个 `ws_sig_add_*` + 统一 dispatch |
| 代码行数 | ~1700 | ~650-62% |
| 编译产物 | 未在本工程编译 | libweb_server.a + 零警告 |
---
## 2. 文件结构
```
src/system/libweb_server/
├── inc/
│ └── web_server.h # 对外公开头文件
└── src/
├── web_server.cpp # HTTP/WS 服务器核心(~440行
│ ├── ws_send_all / ws_send_one / ws_send_binary # 发送函数
│ ├── ws_event_handler() # Mongoose 事件分发
│ ├── ws_cmd_exec() # 远程命令执行pipe + stdout 捕获)
│ ├── async_cmd_printf / async_cmd_complete # 异步命令通道
│ └── app_web_server_init1 / init2 / app_web_server # X-Macro 框架入口
└── ws_method.cpp # WebSocket 命令与信号 CRUD~674行
├── ws_sig_add_out / in / yk / ao / param # 5 种信号的 add 操作
├── ws_sig_del() # 统一的 del 操作
├── ws_sig_set() # dispatch set 到 5 种信号
├── ws_make_sig_json() # 统一的 JSON 构建
├── ws_push_task() # 增量推送引擎
└── ws_recv() # JSON 命令解析与分发
release/
└── {x86,arm}/lib/
└── libweb_server.a # 编译产物
```
---
## 3. 架构
```
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
│ app_web_server 线程 │
│ │
│ while(1) { │
│ task_event_recv(EV_TIMER1|EV_TIMER2|EV_TIMER3|EV_STOP)│
│ │
│ EV_TIMER1 (10ms) │
│ └─→ mg_mgr_poll(&s_ws_mgr, 0) │
│ ├─ MG_EV_HTTP_MSG → mg_ws_upgrade / 404 │
│ ├─ MG_EV_WS_MSG → ws_recv(c, buf, len) │
│ ├─ MG_EV_WS_CTL → session destroy │
│ ├─ MG_EV_CLOSE → session destroy │
│ └─ (incoming TCP data / WS frames) │
│ │
│ EV_TIMER2 (100ms) │
│ └─→ ws_push_task() │
│ ├─ 遍历 g_ws_sessions │
│ ├─ 对每个 session 调用 ws_make_sig_json × 5 │
│ ├─ 对比 last_val → has_change │
│ └─ has_change → ws_send_one() JSON 推送 │
│ │
│ EV_TIMER3 (1000ms) │
│ └─→ run_cnt++ │
│ │
│ EV_STOP │
│ └─→ mg_mgr_free(&s_ws_mgr) → break │
│ } │
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
```
### 关键数据结构
```c
/* Per-signal 缓存 */
typedef struct {
std::string saddr; // 信号地址(唯一标识)
std::string desc; // 信号描述
uint8_t data_type; // 数据类型DATA_TYPE_U16/U32/F32/STR...
uint8_t ctrl_type; // 控制类型DC_CTRL_DIRECT/DC_CTRL_SBO
std::vector<void *> vec_p_data; // 数据指针数组param 多区,其余单指针)
std::string last_val; // 上次推送值(用于增量变更检测)
} stru_ws_sig;
/* Per-connection session */
typedef struct {
std::vector<stru_ws_sig> signals[WS_SIG_MAX]; // 5 种信号类型各自的订阅列表
} stru_ws_session;
```
### 信号类型枚举
```c
typedef enum {
WS_SIG_OUT = 0, // 遥测/遥信输出
WS_SIG_IN = 1, // 输入信号(只读)
WS_SIG_YK = 2, // 遥控Select-Before-Operate
WS_SIG_AO = 3, // 模拟输出/遥调
WS_SIG_PARAM = 4, // 参数/定值(多定值区)
WS_SIG_MAX // 枚举边界
} enum_ws_sig_type;
```
### 线程安全
两个独立的互斥锁,互不交叉:
| 锁 | 保护对象 | 使用位置 |
|------|---------|---------|
| `g_ws_conns_mutex` | `g_ws_conns` 连接列表 | 所有 ws_send_* / ws_event_handler |
| `g_ws_session_mutex` | `g_ws_sessions` 会话 map | ws_recv / ws_push_task / ws_session_destroy |
### 硬编码配置
```c
#define WS_LISTEN_ON "http://0.0.0.0:8080" // HTTP 监听地址
#define WS_UPGRADE_URI "/ws" // WebSocket 升级路径
```
---
## 4. 接口函数 — web_server.h
### 4.1 X-Macro 框架入口
```c
int app_web_server_init1(void *arg);
int app_web_server_init2(void *arg);
void *app_web_server(void *arg);
```
**init1**: 创建 `mg_mgr`,注册 `mg_http_listen`,打印启动日志。
**init2**: 空实现(信号注册在 WebSocket 消息中按需进行)。
**主循环**: 事件驱动,详见架构图。
### 4.2 广播发送
```c
void ws_send_all(const char *p_tx, size_t tx_len);
```
向所有已连接的 WebSocket 客户端广播一条文本消息。遍历 `g_ws_conns`,跳过非 WS 和正在排干的连接。
**使用场景**: 全局事件通知(如设备重启、配置变更)。
### 4.3 单连接发送
```c
bool ws_send_one(unsigned long conn_id, const char *p_tx, size_t tx_len);
```
向指定 `conn_id` 的 WebSocket 客户端发送文本消息。在 `g_ws_conns` 中按 `c->id` 匹配。
**返回值**: `true` 发送完成,`false` 未找到连接或发送失败。
### 4.4 二进制发送
```c
bool ws_send_binary(unsigned long conn_id, const void *data, size_t len);
```
向指定连接发送二进制帧(`WEBSOCKET_OP_BINARY`)。用于传输文件内容和终端输出。
### 4.5 异步命令通道
```c
void ws_set_async_cmd_conn(const char *module, unsigned long conn_id);
unsigned long ws_get_async_cmd_conn(const char *module);
```
**用途**: 其他线程模块(如 libmodbus_m、lib60870的异步回调结果需要推送给当初发起命令的前端页面。
**流程**:
```
1. 前端通过 WebSocket 发送 {type:"cmd", data:"modbus_m read 1 3 0 10"}
2. ws_recv 解析 "modbus_m" → ws_set_async_cmd_conn("modbus_m", c->id)
3. ws_cmd_exec 调用 modbus_m 的命令处理函数
4. modbus_m 异步回调中调用 async_cmd_printf("modbus_m", "register[0]=1234")
5. async_cmd_printf 通过 ws_get_async_cmd_conn("modbus_m") 找到对应连接
6. ws_send_binary 将结果推送回前端
```
**辅助函数**(供其他模块 `extern` 引用):
```c
void async_cmd_printf(const char *module, const char *fmt, ...); // 推送格式化文本
void async_cmd_complete(const char *module, bool success, const char *msg); // 推送完成状态
```
---
## 5. WebSocket 通信协议
### 5.1 信号 CRUD 命令
所有命令使用同一 JSON 格式,通过 `curd` 字段区分操作:
```json
{
"saddr": "<信号地址>",
"signal_type": "out|in|yk|ao|param",
"curd": "add|del|set",
"signal_data": "<设置值>",
"setting_zone": <定值区号>
}
```
| 字段 | 类型 | 必须 | 说明 |
|------|------|:--:|------|
| `saddr` | string | 是 | 信号地址,如 `"modbus_m.01.st01"` |
| `signal_type` | string | 是 | 信号类型:`out`/`in`/`yk`/`ao`/`param` |
| `curd` | string | 是 | 操作:`add`(订阅)、`del`(取消)、`set`(写值) |
| `signal_data` | string | set 时需要 | 写入值(字符串格式,如 `"1"`、`"3.14"` |
| `setting_zone` | number | param set 时需要 | 定值区号0-based |
**操作说明**:
- **add**: 将信号加入当前连接的订阅列表,立即返回该类型所有已订阅信号的当前值快照
- **del**: 从订阅列表移除,立即返回更新后的列表
- **set**: 写入值到 datacenter
- `out``dc_set_out_signal_val(saddr, data, "web_server")`
- `in` → 返回错误(只读)
- `yk``dc_signal_yk_set_status(saddr, DC_STEP_DIRECT, &ctrl, data, "web_server")`
- `ao``dc_signal_ao_set_val(saddr, DC_STEP_DIRECT, &ctrl, data, "web_server")`
- `param``dc_signal_param_set_val(saddr, DC_STEP_DIRECT, &ctrl, zone, data, "web_server")`
### 5.2 增量推送格式
`ws_push_task()` 每 100ms 遍历所有连接的订阅列表,仅发送发生变化的信号:
```json
{
"out": [
{
"saddr": "modbus_m.01.st01",
"desc": "断路器位置",
"type": "bool",
"val": "1"
},
{
"saddr": "modbus_m.01.mx01",
"desc": "A相电流",
"type": "float",
"val": "123.4"
}
],
"yk": [
{
"saddr": "modbus_m.01.co01",
"desc": "断路器遥控",
"type": "bool",
"val": "0",
"ctrl_type": 1
}
],
"ao": [ ... ],
"param": [
{
"saddr": "prot.01.param01",
"desc": "过流I段定值",
"type": "float",
"ctrl_type": 2,
"setting_zone_list": [
{"id": "0", "val": "5.00"},
{"id": "1", "val": "4.50"}
]
}
]
}
```
**变更检测机制**: 每次构建 JSON 时与 `stru_ws_sig.last_val` 对比——不相同时标记 `has_change = true` 并更新 `last_val`。param 类型由于有多区数据,组合所有区的值用逗号拼接后整体对比。
### 5.3 远程命令执行
```json
// 请求
{
"type": "cmd",
"data": "<RTU 命令行 modbus_m info>"
}
// 响应(二进制帧,逐行推送)
"===== Modbus Master Info =====\n"
"Channels: 1\n"
" ch[1]: mode=tcp, connected=1, 192.168.1.100:502\n"
```
**实现细节**: `ws_cmd_exec()` 通过 `pipe()` + `dup2()` 将 stdout 重定向到管道,另一线程读取后拼接为字符串,通过 `ws_send_binary` 回传给前端。执行完后恢复原 stdout。
### 5.4 获取命令列表
```json
// 请求
{"type": "get_cmds"}
// 响应
{
"type": "cmd_list",
"cmds": [
{"name": "version", "desc": "show firmware version"},
{"name": "modbus_m", "desc": "Modbus主站线程的控制命令"},
...
]
}
```
### 5.5 文件管理
```json
// 读取文件
{"type": "get_file", "path": "config/SYSTEM/app_config.json"}
// 响应
{
"type": "file_content",
"path": "config/SYSTEM/app_config.json",
"content": "{\n \"apps\": [...]\n}"
}
// 写入文件
{"type": "set_file", "path": "config/SYSTEM/app_config.json", "content": "{...}"}
// 响应
{"type": "file_saved", "path": "config/SYSTEM/app_config.json", "success": true}
```
**安全限制**:
- 文件大小上限 1MB
- 相对路径基于进程所在目录解析为绝对路径
- 绝对路径直接使用
---
## 6. 内部函数 — ws_method.cpp
### 6.1 信号增删改
```c
static void ws_sig_add(stru_ws_session *s, enum_ws_sig_type st, const char *saddr);
static void ws_sig_del(stru_ws_session *s, enum_ws_sig_type st, const char *saddr);
static int ws_sig_set(stru_ws_session *s, enum_ws_sig_type st, const char *saddr,
uint8_t setting_zone, const char *val);
```
`ws_sig_add``st` 分发到 5 个具体函数:
| 函数 | 调用的 dc API | 备注 |
|------|-------------|------|
| `ws_sig_add_out` | `dc_get_out_signal_info()` | 获取信号地址、描述、数据类型、数据指针 |
| `ws_sig_add_in` | `dc_get_in_signal_info()` | in 信号只读set 操作返回错误 |
| `ws_sig_add_yk` | `dc_get_yk_signal_info()` | 额外获取 `ctrl_type`(直控/SBO |
| `ws_sig_add_ao` | `dc_get_ao_signal_info()` | 同 yk |
| `ws_sig_add_param` | `dc_get_param_signal_info()` | 多定值区 → `vec_p_data` 可能有多个指针 |
所有 add 函数共享逻辑:去重检查 → 查询 dc 获取元数据 → 缓存到 session。
### 6.2 JSON 构建
```c
static int ws_make_sig_json(stru_ws_session *s, cJSON *root, enum_ws_sig_type st, bool *has_change);
```
统一的 JSON 构建函数,按信号类型在输出的 JSON 中写入不同字段:
- `out/in`: `{saddr, desc, type, val}`
- `yk/ao`: `{saddr, desc, type, val, ctrl_type}`
- `param`: `{saddr, desc, type, ctrl_type, setting_zone_list: [{id, val}, ...]}`
### 6.3 增量推送引擎
```c
void ws_push_task(void);
```
在 EV_TIMER2100ms中调用。遍历 `g_ws_sessions` 中所有连接的订阅列表,对每种信号类型调用 `ws_make_sig_json`,仅当 `has_change == true` 时通过 `ws_send_one` 推送 JSON 到对应前端。
### 6.4 会话生命周期
```c
void ws_session_destroy(struct mg_connection *c);
```
`MG_EV_WS_CTL`WebSocket Close 帧)和 `MG_EV_CLOSE`TCP 断开)时调用,从 `g_ws_sessions` 中移除该连接的 session 数据。
---
## 7. 内部函数 — web_server.cpp
### 7.1 Mongoose 事件处理器
```c
static void ws_event_handler(mg_connection *c, int ev, void *ev_data);
```
| 事件 | 处理 |
|------|------|
| `MG_EV_HTTP_MSG` | 匹配 `/ws``mg_ws_upgrade`;否则返回 404 |
| `MG_EV_WS_MSG` | 首次收到消息时将连接加入 `g_ws_conns`;调用 `ws_recv()` 解析 JSON |
| `MG_EV_WS_CTL` | Close 帧op=8→ 销毁 session + 移除连接 |
| `MG_EV_CLOSE` | TCP 断开 → 清理 WS 连接的 session 数据 |
### 7.2 远程命令执行
```c
std::string ws_cmd_exec(const char *cmd_line);
```
**执行流程**:
1. `strtok` 解析命令行为 argc/argv
2. `cmd_find(argv[0])` 查找命令结构体
3. `pipe()` 创建管道
4. `pthread_create` 启动读取线程(阻塞读管道)
5. `dup2` 重定向 stdout 到管道写端
6. 调用 `p_cmd->func(argc, argv)` 执行命令
7. 恢复 stdout
8. `pthread_join` 等待读取线程收集全部输出
9. 返回拼接后的字符串
**关键设计**: 命令执行期间的 stdout 输出被管道截获,不会污染 RTU 控制台的 `linenoise` 交互界面。
---
## 8. 新增到 X-Macro 框架
`app_modules.h` 中注册一行即可:
```c
/* src/system/inc/app_modules.h */
APP_MODULE(WEB_SERVER, web_server, app_web_server_init1, app_web_server_init2, app_web_server)
```
`app_config.json` 中相应添加:
```json
{"name": "app_web_server", "enable": true}
```
---
## 9. 依赖关系
### 9.1 本模块依赖
| 模块 | 用途 |
|------|------|
| `libmongoose` | HTTP/WebSocket 底层协议栈(`mg_mgr_poll`、`mg_ws_send`、`mg_http_listen` |
| `libdatacenter` | 信号查询(`dc_get_*_signal_info`)、类型工具(`dc_get_type_name`)、内存管理(`dc_create_data` |
| `libcJSON` | JSON 解析(`cJSON_Parse`)和构建(`cJSON_CreateObject` |
| `libcmd` | 命令查找(`cmd_find`)、命令列表(`cmd_manager_get_commands` |
| `libtask` | 事件等待(`task_event_recv` |
| `liblog` | 日志输出(`LOG_I` / `LOG_E` |
| `myMongoose.h` | mongoose v7.22 适配层头文件 |
| `mySystem.h` | X-Macro 框架数据结构(`stru_app` |
### 9.2 依赖本模块的模块
| 模块 | 用途 |
|------|------|
| (其他线程模块) | 通过 `async_cmd_printf`/`async_cmd_complete` 推送异步命令结果 |
### 9.3 依赖图
```
┌─────────────────────┐
│ libweb_server │ (RTU 线程模块)
│ HTTP+WS 管理 │
└──────┬──────┬───────┘
│ │
▼ ▼
┌──────────┐ ┌──────────────┐
│libmongoose│ │libdatacenter │
│(HTTP/WS) │ │(信号查询+写) │
└──────────┘ └──────────────┘
Linux Socket + epoll
```
---
## 10. 编译与构建
```bash
# 编译 libweb_server.a
cd release/src/system/libweb_server
make -f makefile all # x86
make -f makefile CROSS=arm all # ARM
# 参与全量构建
cd release && ./build.sh # x86
cd release && ./build.sh arm # ARM
```
### RTU 链接
`release/src/system/RTU/makefile` 中已注册 `-lweb_server -lmongoose` 依赖链:
```
RTU ← libweb_server ← libmongoose
← libdatacenter ← libcJSON
← libcmd ← libtask ← liblog ← libfunc
```
---
## 11. 运行验证
```bash
# 启动 RTUx86 本地)
cd release/x86/exe && ./RTU
# 浏览器访问
curl http://localhost:8080/ # HTTP 404无静态文件
wscat -c ws://localhost:8080/ws # WebSocket 客户端
# WebSocket 测试命令
{"saddr": "modbus_m.01.st01", "signal_type": "out", "curd": "add"}
{"type": "cmd", "data": "version"}
{"type": "get_cmds"}
```
---
## 12. 使用示例
### 12.1 前端订阅信号并接收实时推送
```javascript
// 1. 建立 WebSocket 连接
const ws = new WebSocket('ws://192.168.1.100:8080/ws');
ws.onopen = () => {
// 2. 订阅信号
ws.send(JSON.stringify({
saddr: "modbus_m.01.st01",
signal_type: "out",
curd: "add"
}));
ws.send(JSON.stringify({
saddr: "modbus_m.01.mx01",
signal_type: "out",
curd: "add"
}));
ws.send(JSON.stringify({
saddr: "prot.01.param01",
signal_type: "param",
curd: "add"
}));
};
// 3. 接收增量推送(每 100ms 自动发送变化部分)
ws.onmessage = (e) => {
const data = JSON.parse(e.data);
// data.out → [{saddr, desc, type, val}, ...]
// data.param? → [{saddr, desc, type, ctrl_type, setting_zone_list}, ...]
updateUI(data);
};
```
### 12.2 远程控制遥控信号
```javascript
// SBO 选控(两步操作)
ws.send(JSON.stringify({
saddr: "modbus_m.01.co01",
signal_type: "yk",
curd: "set",
signal_data: "1"
}));
```
### 12.3 其他模块异步推送结果
```c
// 在 libmodbus_m 或其他线程模块中
#include "web_server.h"
void my_async_callback(void *user_data, int result)
{
async_cmd_printf("modbus_m", "register[0] = %d\n", result);
async_cmd_complete("modbus_m", true, "read complete");
}
```
---
## 13. 变更历史
| 日期 | 版本 | 变更 |
|------|------|------|
| 2026-07-08 | v2.0 | 重构双线程→单线程、EV_STOP 优雅退出、3 文件拆分、消除 5× 代码重复 |
| 2026-06-12 | v1.0 | 原工程实现ws_method.cpp 1420行 + web_server.cpp 300行 |