【物联网智能网关-14】Html5:Canvas+WebSocket实现远程实时通信（下）
在上篇博文《Html5:Canvas+WebSocket实现远程实时通信（上）》中已经介绍了当前实现动态网页的一些基本技术，也说明了在.NET micro framework平台下实现Web Server需要注意的一些设计原则，本篇文章将继续介绍Canvas和WebSocket实现远程实时通信的技术细节。
（2）网页动态画面实现（Canvas）
我们采用Dreamweaver软件进行网页和脚本编写（如下图所示）
Index.html文件相对比较简单，在<body>中定义一个<canvas>区，声明一定的大小和外观即可，具体的的动态画面我们主要在canvas.js中实现。
<html>
<head>
<title>MF-Html5</title>
<style>
html,body{font:normal 0.9emarial,helvetica;}
</style>
<script src="canvas.js" language="javascript" ></script>
</head>
<body onLoad="init()">
<imgsrc="logo.gif" alt="YFSoft"/>
<h3>.NET MicroFramework html5 Demo</h3>
<canvasid="canvas1" style="border:1pxsolid;background-color:#EEEEEE;" width="440" height="450">
</canvas>
<div><buttononClick="quit()">close websocket</button>
<a href="www.sky-walker.com.cn">叶帆科技 www.sky-walker.com.cn</a></div>
</body>
</html>
canvas.js脚本文件中的init()函数，由于我们在index.html中定义了<body onLoad="init()">，所以网页加载后自动自行这个初始化函数的内容。
我们再这个初始化函数中获取canvas对象，代码如下：
canvas = document.getElementById('canvas1');
获取该对象后，我们就可以定义我们可以绘图的上下文对象了（目前可获取2d对象，3d对象在未来的标准中也会支持）。
context =canvas.getContext('2d');
'canvas1' 对应我们网页中的<canvasid="canvas1">。
有了context这个对象之后，我们就可以在画布上进行诸如，画点、画线、画矩形、画圆和贴图等操作了。（请参见百度百科Canvas元素）。
另外我们还支持画面鼠标捕捉，可以绘制一些按钮（不过在一些嵌入式设备上，该功能支持不太好，建议还是直接使用网页按钮）。
canvas.addEventListener('mousedown',mousedown,false);
canvas.addEventListener('mousemove',mousemove,false);
canvas.addEventListener('mouseup',mouseup,false);
添加这三个事件后，就可以获取鼠标相关信息了。
详细的代码如下：
var socket;
var canvas;
var context;
var ads=new Array(33);
var ad1;
var showAd1;
function drawNetworkState(IsLink)
{
if(IsLink==false)
context.fillStyle="#005500";
else
context.fillStyle="#00FF00";
context.fillRect(10,10,20,10);
context.strokeStyle="#000000";
context.strokeRect(10,10,20,10);
}
function drawLED(i,IsON)
{
if(IsON==true)
context.fillStyle="#FF0000";
else
context.fillStyle="#AA0000";
context.beginPath();
context.arc(80+130*i,70,30,0,Math.PI*2,true);
context.closePath();
context.fill();
if(IsON==true)
context.fillStyle="#FFFF00";
else
context.fillStyle="#888800";
context.beginPath();
context.arc(80+130*i+8,53,5,0,Math.PI*2,true);
context.closePath();
context.fill();
}
function drawButton(i,IsClick)
{
context.fillStyle="#AAAAAA";
context.fillRect(50+130*i,160,60,50);
if(IsClick==false)
context.strokeStyle="#000000";
else
context.strokeStyle="#EEEEEE";
context.strokeRect(50+130*i,160,60,50);
if(IsClick==false)
context.strokeStyle="#EEEEEE";
else
context.strokeStyle="#000000";
context.beginPath();
context.moveTo(50+130*i,210);
context.lineTo(50+130*i,160);
context.lineTo(50+130*i+60,160);
context.stroke();
}
function drawCurve(ad1)
{
for(var i=0;i<32;i++)
{
ads[i]=ads[i+1];
}
ads[32]=ad1;
context.fillStyle="#000000";
context.fillRect(50,250,320,140);
var x=50;
var y=370;
context.strokeStyle="#00FF00";
context.beginPath();
context.moveTo(x,y-ads[0]);
for(var i=1;i<33;i++)
{
context.lineTo(x+i*10,y-ads[i]);
}
context.stroke();
context.strokeStyle="#FFFF00";
context.beginPath();
context.moveTo(x,320);
context.lineTo(x+320,320);
context.stroke();
}
function update()
{
context.clearRect(50,395,400,30);
context.fillStyle="#000055";
context.font = "9pxArial";
var now= new Date();
var hour=now.getHours();
varminute=now.getMinutes();
varsecond=now.getSeconds();
context.fillText(hour+":"+minute+":"+second,320,405);
//vartemp=Math.random()*4096;
//showAd1 = (temp * 3.3 /4096).toFixed(2);
//ad1 = temp / 40;
context.fillStyle="#0000FF";
context.font = "9pxArial";
context.fillText("AD1= " + showAd1 + "V",50,405);
drawCurve(ad1)
setTimeout(update,500);
}
function getMousePos(canvas, evt)
{
var obj = canvas;
var top = 0;
var left = 0;
while (obj &&obj.tagName != 'BODY')
{
top += obj.offsetTop;
left +=obj.offsetLeft;
obj =obj.offsetParent;
}
var mouseX = evt.clientX -left + window.pageXOffset;
var mouseY = evt.clientY -top + window.pageYOffset;
return {
x: mouseX,
y: mouseY
};
}
function IsRect(pt,x,y,w,h)
{
if(pt.x>x &&pt.y>y && pt.x<x+w&& pt.y<y+h)
{
return true;
}
return false;
}
function mousedown(evt)
{
var mousePos = getMousePos(canvas,evt);
for(var i=0;i<3;i++)
{
if(IsRect(mousePos,50+130*i,160,60,50)==true)
{
drawButton(i,true);
send("led"+(i+1).toString()+"=on");
break;
}
}
}
function mouseup(evt)
{
var mousePos =getMousePos(canvas, evt);
for(var i=0;i<3;i++)
{
if(IsRect(mousePos,50+130*i,160,60,50)==true)
{
drawButton(i,false);
send("led"+(i+1).toString()+"=off");
break;
}
}
}
function mousemove(evt)
{
var mousePos =getMousePos(canvas, evt);
var message = "Mouseposition: " + mousePos.x + "," + mousePos.y;
context.clearRect(50,0,200,30);
context.fillStyle="#0000FF";
context.font = "9pxArial";
context.fillText(message,50,15);
}
function init()
{
try
{
canvas =document.getElementById('canvas1');
context =canvas.getContext('2d');
canvas.addEventListener('mousedown',mousedown,false);
//canvas.addEventListener('mousemove',mousemove,false);
canvas.addEventListener('mouseup',mouseup,false);
drawNetworkState(false);
for(var i=0;i<3;i++)
{
drawLED(i,false);
drawButton(i,false);
context.fillStyle="#0000FF";
context.font ="9px Arial";
if(i<2)
context.fillText("LED"+(i+1).toString(10),80+130*i-20,230);
else
context.fillText("Beep",80+130*i-20,230);
context.fillText("Button"+(i+1).toString(10),80+130*i-20,120);
}
for(vari=0;i<33;i++)
{
ads[i]=Math.random()*80+20;
}
drawCurve(0);
}
catch(ex){}
update();
}
（3）、客户端和服务端实时通信实现（ WebSocket ）
WebSocket是HTML5开始提供的一种浏览器与服务器间进行全双工通讯的网络技术。
在WebSocket API中，浏览器和服务器只需要要做一个握手的动作，然后，浏览器和服务器之间就形成了一条快速通道。两者之间就直接可以数据互相传送。
（详情请参见维基百科 WebSocket条目）。
在脚本文件中，我们创建WebSocket的代码如下：
function init()
{
var host ="ws://192.168.1.100:10189";
try
{
socket = new WebSocket(host);
socket.onopen = function(msg)
{
drawNetworkState(true);
};
socket.onmessage =function(msg)
{
if(msg.data=="button1=down")
{
drawLED(0,true);
}
elseif(msg.data=="button1=up")
{
drawLED(0,false);
}
elseif(msg.data=="button2=down")
{
drawLED(1,true);
}
elseif(msg.data=="button2=up")
{
drawLED(1,false);
}
elseif(msg.data=="button3=down")
{
drawLED(2,true);
}
elseif(msg.data=="button3=up")
{
drawLED(2,false);
}
else
{
try
{
var temp =parseInt(msg.data,10);
showAd1 = (temp* 3.3 / 4096).toFixed(2);
ad1 = temp / 40;
}
catch(ex){}
}
};
socket.onclose =function(msg)
{
drawNetworkState(false);
};
}
catch(ex){}
}
function send(msg)
{
try{ socket.send(msg);}catch(ex){ }
}
function quit()
{
socket.close();
socket=null;
}
在代码中需要指定服务器IP和端口，换句话说，这个实现和我们用其它开发语言开发socket客户端没有任何区别。
和xmlhttp的区别就是，它不是基于http协议的，传输可以直接是二进制数据。
在系统中我们只需要构建一个socket server，建立连接后，互发握手指令，成功后，就可以互发数据了。
3.1 握手
握手协议旧版和新版有很大的不同，我们这里仅介绍最新版的（也应该是最终版了）。
打开所提供的Htm5_Websocket.sln工程，确保我们打开websocket库的debugmode（webSocket.DebugMode= true）。
一旦浏览器访问我们的开发板，则串口中会输出上图的信息。
客户端所发：
GET / HTTP/1.1
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Host: 192.168.1.100:10189
Origin: http://192.168.1.100
Sec-WebSocket-Key: G9CM/xrVbYUo00RaAuThLQ==
Sec-WebSocket-Version: 13
Sec-WebSocket-Extensions: x-webkit-deflate-frame
服务端返回：
HTTP/1.1 101 Switching Protocols
Upgrade: websocket
Connection: Upgrade
Sec-WebSocket-Accept: Id0PdUz40uyrpDdq0OwQdkg/ODA=
WebSocket-Origin: http://192.168.1.100
WebSocket-Location: ws:192.168.1.100:10189/
可以看出目前最新版的协议是V13
握手中最重要的就是key的验证了，服务端发送的key为Sec-WebSocket-Key: G9CM/xrVbYUo00RaAuThLQ==，这是一个base64编码。
这个key+” 258EAFA5-E914-47DA-95CA-C5AB0DC85B11”的字符串进行SHA1换算后，转换为base64编码，也就是Sec-WebSocket-Accept: Id0PdUz40uyrpDdq0OwQdkg/ODA=中的key。
然后服务端发送上段内容后，就完成了握手，后续就可以直接收发数据了。
小插曲：我在.NET Micro Framework平台实现这段代码的过程中遇到两个问题，一是SHA1加密，二是官方提供的base64库有bug。后来，只好自己想办法实现了这两个功能，才完成了websocket的握手验证。
3.2 数据通信
新版和老版不同，数据格式定义的比较复杂，如下图所示：
具体格式的介绍，可以参见3.4参考中所提到的文章。
3.3 YFSoft.Html5.websocket封装库
由以上介绍可知，实现websocket的功能还是相对复杂的，所以我封装了一个websocket库，用户可以非常方便的实现websocket。
定义：
webSocket = new WebSocket(10189, 3, 60); webSocket.DataReceived += newWebSocketDataReceivedHandler(webSocket_DataReceived); webSocket.Run();
事件处理：
static void webSocket_DataReceived(WebSocketClient client,WebSocket.Frame frame)
{
string info =frame.Dump();
if (info =="led1=on")
{
LED1.Write(true);
}
else if (info =="led1=off")
{
LED1.Write(false);
}
else if (info =="led2=on")
{
LED2.Write(true);
}
else if (info =="led2=off")
{
LED2.Write(false);
}
else if (info =="led3=on")
{
LED3.Write(true);
}
else if (info =="led3=off")
{
LED3.Write(false);
}
}
事件参数中直接可以获取websocket的数据。
AD数据发送：
static void ADSend() //这是一个线程，不断发送AD的值
{
while (true)
{
webSocket.SendText(ad1.ReadRaw().ToString());
Thread.Sleep(1000);
}
}
不局限于仅发字符信息，也可以发二进制信息。
库下载（示例源码+文档）：
http://www.sky-walker.com.cn/MFRelease/library/v42/YFSoft.Html5.WebSocket.rar
3.4 参考
websocket 通信协议(已更新到version 13)
http://www.zendstudio.net/archives/websocket-protocol/
基于Websocket草案10协议的升级及基于Netty的握手实现
http://blog.csdn.net/fenglibing/article/details/6852497
WebSocket新版Hybi-10协议介绍
http://www.hackecho.com/archives/1104.html
（4）、网页部署和发布
我们编写的网页文件涉及到三个文件：index.html、canvas.js和LOGO.gif，我们通过YFFileViewer工具把它们部署到开发板中的文件系统中去。
关于YFFileViewer请参见博文博文《【玩转.Net MF–03】远程文件查看器》和《【玩转.Net MF–05】加载文件系统中的Pe文件》。
仅需要写如下代码，就可以实现web页面发布。
using (WebServer server = new WebServer(80))
{
server.SetWebRoot("\\ROOT\\web");
Thread.Sleep(Timeout.Infinite);
}
程序运行后，我们在浏览器中输入IP地址，就可以访问网页了。
相关操作视频：
http://v.youku.com/v_show/id_XNDY3NzM1Mzky.html
声明：由于作者以前主要在桌面程序、通信和嵌入式领域进行开发，对网页开发技术也是最近才开始深入研究，本文描述有失误和偏颇之处还望方家多多指教。
MF简介：http://blog.csdn.net/yefanqiu/article/details/5711770
MF资料：http://www.sky-walker.com.cn/News.asp?Id=25
本文源码:http://www.sky-walker.com.cn/mfrelease/sample/html5_websocket_file.rar
相关硬件: http://www.sky-walker.com.cn/Products.asp?Id=24