# 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_TIMER1（10ms），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，如 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` 按 `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_TIMER2（100ms）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);
```

在 `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

在 `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
```

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## 11. 运行验证

```bash
# 启动 RTU（x86 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");
}
```

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## 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） |