Beaglebone Black– 智能家居控制系统 LAS - 网页服务器 Node.js 、Web Service、页面 和 TCP 请求转 UDP 发送
上一篇，纯粹玩 ESP8266，写入了 init.lua 能收发 UDP。这次拿 BBB 开刀，用 BBB host 一个 web server ，用于与用户交互，数据来自 ESP8266 的 UDP 交互结果。本来，ESP8266 能直接用 TCP，但我希望广播 UDP 来做自动发现，那服务端和设备端统一全部用 UDP 交互吧，服务端再通过 HTTP 与客户端交互。
以下过程，与 Linux 上面搭 web 没有区别。我选择用 node.js，没有什么特殊原因，只是因为它本来就跟着 BBB debian distro 一起装好了的。为求快捷，也搭着 Express 一起用。我要用最高速度完成这个东西来，试试而已，Node + Express 很快能搞定。
安装
首先，BBB 上面要有 node，确认一下在不在：
node –v
当然在。然后当前看看端口
netstate –tlpn
这里看到，80，是 systemd 用掉，就是 bone101 那一页介绍页面，3000 也是，Cloud9 IDE 的。两者都可以关掉，关掉对应的服务即可（bonescript.socket 和 bonescript.service）。8080 端口，是 apache2 。那我用 4001 吧。也是没有原因的。好，继续。
在某某文件夹里面创建一个子文件夹 /root/lasapp，然后 npm init，按需输入一些参数，它会帮我生成 package 档，然后 npm install express –-save，其后等它安装就好了。具体方法请参看这里：http://www.expressjs.com.cn/starter/installing.html
热身， Hello World 一下，app.js：
var express = require('express');
var app = express();
app.get('/', function (req, res) {
res.send('Hello World!');
});
var server = app.listen(4001, function () {
var host = server.address().address;
var port = server.address().port;
});然后 node app.js。用电脑打开浏览器输入对应地址 http://192.168.7.2:4001/ 就会看到 Hello World，十行代码不到，够快了吧。
我准备做的，整个过程，是由一个网页上的点击，触发服务器发送 UDP 广播，然后接上一篇的 ESP8266 UDP 接收。然后ESP8266，或者多个不同的 ESP8266，响应后把它们回传报上来的身份标识，服务负责处理回传保存到数据库，页面定时刷新从数据库取值。一个人项目，蓝图在心中。简单写一下的话，是分开前端，后台两个，后台分开静态页、UDP、和 web service 三个部分。随便从哪里开始，那就从前端那里，页面吧。
前端页面
IDE 我用 webstorm，在 windows 写好 cp 过去 BBB 上，随便拿个 Bootstrap 模板改就是：
模板来自一个什么二十分钟搭好 bootstrap 的博文，其实不需要二十分钟，Copy & Paste 然后改文字而已。任何模板都能做，甚至是直接手敲 HTML 也不会有问题。关键是中间的部分，将会用 JS 从 web service 获得 JSON （设备列表）把它填上。中间还有一个绿色按钮“重新搜索设备”，要有 web service 响应处理设备搜索（就是 UDP 广播）。
页面样式大概弄好了就拷过去 BBB 先。把档案打包成 lasapp.tar （在 windows 用 7z），然后 pscp （putty 自带的远程 copy、cp 工具）去 BBB 上。
pscp lasapp.tar [email protected]:/root/lasapp.tar
然后到 BBB 上 在 lasapp文件夹内，创建 public 文件夹：
mkdir public
在 public 文件夹内解压：
tar –xf ~/lasapp.tar
最后修改刚才hello world 那个例子的 app.js 加入静态文件把 public 文件夹放出来，和根目录 GET 时候传送 index.html：
var express = require('express'); var app = express(); app.use(express.static('public')); // 配置静态文件路径 app.get('/', function (req, res) { res.sendFile('index.html'); // 之前是 send(‘Hello World!’） }); var server = app.listen(4001, function () { var host = '192.168.7.2'; var port = server.address().port; });然后运行测试一下，没问题就下一步，web service。
后台服务
BBB 空间有限，UDP、网页服务器、Web Service 三者都能在 node 实现的话，那就不装其他，就用 node 。快速做一遍三个分别是怎样在 node 实现。
测试 Web Service 与发出 UDP
写个 api.js 先，创建一个 api 文件夹然后在里面 vim api.js ：
exports.udpService = function(port,bc_addr){
var dgram = require('dgram');
var port = port;
var bc_addr = bc_addr;
var queryTxt = '{"cmd":"0"}';
var queryMsg = new Buffer(queryTxt);
var client = dgram.createSocket('udp4');
client.bind(port, function(){
this.setBroadcast(true);
this.setMulticastTTL(128);
});
return {
query : function(req,res){
client.send(queryMsg,0,queryMsg.length,port,bc_addr);
res.sendStatus(200);
}
};
};
node 可以发 datagram（UDP），API 请参看这里：
https://nodejs.org/docs/latest-v0.10.x/api/dgram.html
代码 api.js 的 query 方法是接受到请求时候，对广播地址（bc_addr）的特定端口（port）以 UDP 包方式发出一个字符 {“cmd”:”0”}。注意 setBroadcast 和 setMulticastTTL 两个方法都必须在 bind 绑定完成后才能操作，所以我放了它在 callback 内。
完成需要告诉客户端，搞定了没问题，STATUS 200 OK。
关于广播
IPv4 中，掩码 subnet mask，是指定子网的方式。一个 192.168.7.0 作为 network prefix 指定了掩码 255.255.255.252，等于 2^8 – 252 = 4个地址，这四个 192.168.7.0 至 192.168.7.3 之中，第一个 192.168.7.0是 network prefix，最后一个 192.168.7.3 是 broadcast address 广播地址，只有余下的 192.168.7.1 和 192.168.7.2 两个地址可以用作 host 主机。博文中 BBB 插着 USB 不插网线默认就是这个网段，BBB 用 USB 共享网络时本身 IP 用 192.168.7.2，电脑这时候应该设置为 192.168.7.1，因为不改 BBB 地址网段的情况下，你别无选择，余下只有一个主机地址可用。用这个子网，要发广播，这子网的广播地址是 192.168.7.3 了。而 255.255.255.255 就是公网以外，全物理网段广播，不区分割开了多少个子网。
Multicast TLL 这 Multicast 这个字是来自 IPv6，IPv6地址分三类，Unicast、Anycast、Multicast。Unicast 是给单独一个主机接收，Anycast 是给最近的一个主机接收，Multicast 是给网段所有主机接收，Multicast 意义上就是 IPv4 的 Broadcast。TTL 全写是 Time To Live，意义是封包的存活时间，实际上实现的时候，它是每到达一个节点就会减一，直到 0 时候它就会不再被传送。所以它并不是一个实际时间值（多少毫秒等等）。直接插 USB 连然后对一个只有两个主机地址的网段广播而且设置 TTL 128 其实是没有任何意义，这里面没有 128 个节点。看不惯就把上面代码那句删掉吧。能设置的范围是 1-255，默认值是 OS 指定，我没有查看 BBB 的 Debian 默认值是多少，据说是 1。
有兴趣研究可以参考：
https://en.wikipedia.org/wiki/IP_address
https://en.wikipedia.org/wiki/Subnetwork
http://tools.ietf.org/html/rfc4291#section-2
书的话只需要一本，TCP/IP Illustrated Vol 1 The Protocols，Richard Stevens，ISBN: 9780321336316
要调用它，就需要在 express 那边开接口。/query 接到 GET 请求就调用这个 api.js 里面的 query 方法。现在修改 app.js：
var express = require('express');
var app = express();
var api = require('./api/api'); // 引用才能使用 api.js
var svc = new api.udpService(4000,'192.168.7.3'); // 利用 api 创建 udpService 实例
app.use(express.static('public'));
app.get('/',function(req,res){
res.sendFile('index.html');
});
app.get('/query', svc.query); // 调用 query 方法
var server = app.listen(4001, function(){
var host = server.address().address;
var port = server.address().port;
console.log('app listening at http://%s:%s',host,port);
});
下一步，修改 index.html 把图中绿色按钮的点击，用 ajax 请求发到 /query，就完成了。简单点比如就 <a …… onclick="$.ajax({url:'/query'})"> … 。
最后一步，BBB 插上电源和网线，广播地址改为正确值。web 请求就是这样和 UDP 广播连在一起（/query 的 GET 请求收到后，触发 udpService 的 query 方法）。效果 ok 就来真的了。
整体后台代码
由于空间所限，数据量小，并发少，数据库用 Sqlite 我够了，喜欢其他的请自行修改。首先安装一下 Sqlite3，去到之前建的 lasapp 目录，然后：
npm install sqlite3 –-save
新版的 express 已经没有了内置 body parser，要自己装再自己加入中间件，这样安装：
npm install body-parser
然后可以写代码了，看看我的最终版代码：
/lasapp/app.js
var express = require('express');
var app = express();
var api = require('./api/api');
var bp = require('body-parser');
var svc = new api.udpService(4000,'255.255.255.255');
app.use(express.static('public'));
app.use(bp.json());
app.get('/',function(req,res){
res.sendFile('index.html');
});
app.get('/query', svc.query);
app.get('/devices/getAll',api.deviceService().getAll);
app.put('/devices', api.deviceService().save);
var server = app.listen(4001, function(){
var host = server.address().address;
var port = server.address().port;
console.log('app listening at http://%s:%s',host,port);
});
与之前代码区别有几个地方：
- 它引用了 body-parser 并且在 app.use 启用了 json 中间件，目的是对 body 解析 JSON https://www.npmjs.com/package/body-parser
- udp 广播地址用了 255.255.255.255 全物理网段广播
- 多了两个接口
- get /devices/getAll
- put /devices
- 两个接口对应调用了 deviceService 里面的两个方法
看看 api.js 里面是怎样的：
/lasapp/api/api.js
exports.dbHelper = function(){
var sqlite = require('sqlite3').verbose();
var db = new sqlite.Database('lasdb.db');
db.serialize(function(){
db.run("CREATE TABLE if not exists devices(guid TEXT, dType TEXT,displayName TEXT)");
});
return {
saveOrUpdate: function(device,callback){
db.get("SELECT guid FROM devices WHERE guid=?",device.guid,function(err,row){
if(err===null && row === undefined) {
db.run("INSERT INTO devices VALUES (?,?,?)",device.guid,device.dType,device.displayName);
} else if (err===null) {
db.run("UPDATE devices SET displayName=? WHERE guid=?",device.displayName,device.guid);
} else {
console.log(err);
}
});
var getType={};
if(callback && getType.toString.call(callback)==='[object Function]'){
callback(device);
}
},
getAll: function(callback){
var result;
db.all("SELECT guid,dType,displayName FROM devices", function(err,rows){
if(err!==null){
console.log(err);
return;
}
var getType={};
if(callback && getType.toString.call(callback)==='[object Function]'){
callback(rows);
}
});
},
closeDB: function(){
db.close();
}
};
};
exports.deviceService = function(){
return {
getAll: function(req,res){
res.set({'Content-Type':'application/json'});
var dbHelper = new exports.dbHelper();
dbHelper.getAll(function(r){
res.set({'Content-Type':'application/json'});
res.send(r);
dbHelper.closeDB();
});
},
save: function(req,res){
var dbHelper = new exports.dbHelper();
dbHelper.saveOrUpdate(req.body,function(r){
res.set({'Content-Type':'application/json'});
res.send(r);
dbHelper.closeDB();
});
}
};
};
exports.udpService = function(port,bc_addr){
var dgram = require('dgram');
var port = port;
var bc_addr = bc_addr;
var queryTxt = '{"cmd":"0"}';
var queryMsg = new Buffer(queryTxt);
var client = dgram.createSocket('udp4');
client.bind(port, function(){
this.setBroadcast(true);
this.setMulticastTTL(128);
});
client.on('message', function(msgRec,remote){
var msg = msgRec.toString();
if(msg==queryTxt){
return;
}
var cmdObj;
try {
cmdObj = JSON.parse(msg);
} catch(e) {
console.log('Improper JSON literial received.');
console.log(msg);
return;
}
if(!cmdObj.cmd){
console.log('JSON object format error.');
return;
}
console.log('From:'+remote.address+' Port:'+remote.port+' > '+msg);
if(cmdObj.cmd==2 && cmdObj.dType){
var dbHelper = new exports.dbHelper();
dbHelper.saveOrUpdate(cmdObj,function(){
dbHelper.closeDB();
});
} else {
console.log('cmd code not recognize or dType missing.');
}
});
return {
query : function(req,res){
client.send(queryMsg,0,queryMsg.length,port,bc_addr);
res.sendStatus(200);
}
};
};
三大块，一个 dbHelper 做数据层用来和 Sqlite 数据库交互，数据层方法除了closeDB 其他全部有 callback可配置，两个服务分别负责 UDP 处理和 Web Service 的处理。
udpService 除了一些参数验证之外，就是 on(“message”,….) 监听 UDP 包到达，到达后调用 dbHelper 保存或更新值，最后 udpService 实例只开放一个方法，query，用来发出广播 UDP 包。
deviceService 只有 save 和 getAll，两者对应 dbHelper 里面的方法，查询完成后 res.send。
不复杂，然后测试一下：
整体集成测试
用node app.js 启动。
首先用 POSTMAN 对 /query 发 get 请求，另外用工具监听，看看 UDP 是否正常广播。
然后用工具，发三个 UDP ，分别是 guid:0001, 0002 和 0003，模拟 ESP8266 对 cmd:0 命令的响应。
{"cmd":"2","guid":"0001","dType":"powerPlug"}
{"cmd":"2","guid":"0002","dType":"powerPlug"}
{"cmd":"2","guid":"0003","dType":"powerPlug"}
或者再发多一次 guid 0003 看看它有没有重复插入（当然不会）。
然后 POSTMAN 模拟 /devices/getAll 的 GET 请求，看看返回值是否正常。
再试试 PUT，对 /device 发出 PUT 请求，模拟网页对 displayName，智能设备的显示名进行更新，PUT 的 body 为：
{"guid":"0003","dType":"powerPlug","displayName":"主卧插座1"}
记得 Header 加上 Content-Type = application/json
最后再对 /device/getAll 发出 GET 请求看看是否更新正确：
API 初稿就这样完成。改一下页面，让它触发对应的 web service ，或许加个定时自动刷新页面，整个项目初稿就搞定了。后续修改要把各个服务做成单件，还有加上对 ESP8266 操作的命令。半成品不放 GIT 出来了，做好先。
下一篇，智能插座接线，和加上从 UDP 包接收，触发 GPIO 高低电平控制电源开关。整个项目在下一篇就完成了。