陶潁軍 胡秋玲 崔麗艷 卓懷忠

摘 要：本文基于已有配網(wǎng)主站監(jiān)控系統(tǒng)提出一種基于WebAssembly的配網(wǎng)主站W(wǎng)eb發(fā)布系統(tǒng)，通過將配網(wǎng)主站畫面文件解與數(shù)據(jù)IO模塊編譯為wasm格式的字節(jié)碼文件供瀏覽器加載，啟動WebWorker數(shù)據(jù)IO線程來處理實時數(shù)據(jù)更新，同時通過WebSocket協(xié)議實現(xiàn)瀏覽器端與實時數(shù)據(jù)客戶端的數(shù)據(jù)交互，主線程接收到更新通知后動態(tài)更新Web發(fā)布畫面。通過測試發(fā)現(xiàn)，相比于傳統(tǒng)的Web發(fā)布方式能夠有效提高系統(tǒng)的實時性和人機交互友好性。

關(guān)鍵詞：Web發(fā)布;WebAssembly;實時性;友好性

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

0 引言

隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，配網(wǎng)主站監(jiān)控方式由過去的有人值班過渡到無人值守，由過去的單純調(diào)度運行轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)度運行、生產(chǎn)、精英管理等多種運用，在配網(wǎng)主站監(jiān)控中增加Web瀏覽功能變得越來越迫切，而且具有廣闊的市場前景。

目前國內(nèi)基于局域網(wǎng)的配網(wǎng)主站監(jiān)控系統(tǒng)大都是基于客戶機、服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)設(shè)計并由語言開發(fā)的，Web發(fā)布系統(tǒng)中的畫面文件多來自于監(jiān)控系統(tǒng)中組態(tài)模塊，而Web發(fā)布系統(tǒng)中瀏覽器端的畫面文件處理多采用JavaScript語言，數(shù)據(jù)交互方式多采用基于jsp平臺或者PHP服務(wù)器腳本方式進行開發(fā)，與配網(wǎng)主站監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境均存在通信接口差異與語言差異，由此導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)已有模塊無法復(fù)用，數(shù)據(jù)解析與通信交互效率低下等問題，因此針對配網(wǎng)主站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生快、交互量大、實時性強等特點，研究WebAssembly技術(shù)在Web發(fā)布系統(tǒng)中的應(yīng)用方法具有非常重要的意義。

1 字節(jié)碼技術(shù)

WebAssembly（簡稱“WASM”）是一種以安全有效的方式運行可移植程序的新技術(shù)，主要針對Web平臺。它是一種可以使用非JavaScript編程語言編寫代碼并且能在瀏覽器上運行的技術(shù)方案。它可以用高級語言編譯出字節(jié)碼放到WebAssembly虛擬機中運行，各瀏覽器廠商根據(jù)WebAssembly字節(jié)碼標準規(guī)范實現(xiàn)虛擬機。WebAssembly格式是一種新的字節(jié)碼格式，和JavaScript需要解釋執(zhí)行不同的是，WebAssembly字節(jié)碼和底層機器碼很相似，可快速裝載運行，因此性能相對于JavaScript解釋執(zhí)行大大提升。相對于JavaScript，WebAssembly有三個優(yōu)點。（1）體積小。由于瀏覽器運行時只加載編譯成的字節(jié)碼，一樣的邏輯比字符串描述的JavaScript文件體積小很多。（2）加載快。由于文件體積小，再加上無需解釋執(zhí)行，WebAssembly能更快的加載并實例化，減少運行前的等待時間。（3）兼容問題少。WebAssembly是非常底層的字節(jié)碼規(guī)范，制定好以后很少變動，就算發(fā)生變化，只需要從高級語言編譯成字節(jié)碼過程做兼容。

2 系統(tǒng)設(shè)計

按照配電主站系統(tǒng)信息Web發(fā)布子系統(tǒng)的功能需求以及運行要求，系統(tǒng)的功能步驟主要分為主站客戶端畫面編輯、字節(jié)碼模塊構(gòu)建、畫面內(nèi)容展示與Web發(fā)布數(shù)據(jù)訪問，具體的功能技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

3 具體發(fā)布流程

3.1 發(fā)布畫面制作

配網(wǎng)主站系統(tǒng)中畫面文件都通過專用組態(tài)編輯工具制作完成，畫面內(nèi)容按照自定義xml文件格式存儲，具體發(fā)布內(nèi)容如圖2所示：

3.2 字節(jié)碼模塊構(gòu)建

配網(wǎng)主站系統(tǒng)中類似主接線圖等內(nèi)容復(fù)雜畫面發(fā)布時候，在Web瀏覽器加載會存在畫面解析加載速度過慢的問題，而通過將配網(wǎng)主站系統(tǒng)中與發(fā)布系統(tǒng)相關(guān)的畫面文件解析與數(shù)據(jù)IO等核心功能模塊進行重新構(gòu)建并加載WebAssembly模塊，從而能夠?qū)崿F(xiàn)瀏覽器端動態(tài)調(diào)用文件解析與數(shù)據(jù)IO模塊的目的，能夠有效提高解析速度。

利用Emscripten編譯器工具將文件解析與數(shù)據(jù)IO模塊編譯為wasm格式的字節(jié)碼文件，詳細步驟包括：

（1）文件解析與數(shù)據(jù)IO模塊中增加Emscripten構(gòu)建工具所提供EMSCRIPTEN_BINDINGS（）代碼塊來導(dǎo)出API接口;（2）使用Emscripten構(gòu)建工具所提供的emcc編譯器將文件解析與數(shù)據(jù)IO模塊編譯生成為對應(yīng)的.wasm文件與.js文件;（3）使用JavaScript膠水代碼加載所生成js文件到網(wǎng)頁應(yīng)用中，調(diào)用所導(dǎo)出API接口來實現(xiàn)文件解析與數(shù)據(jù)IO功能。

3.3 畫面調(diào)用

利用HTML5所提供API打開配網(wǎng)主站畫面文件，文件內(nèi)容由模塊進行解析后，解析結(jié)果存入虛擬文件系統(tǒng)供后續(xù)畫面渲染時使用，其步驟主要包括：

（1）利用HTML5所提供FileReaderAPI接口讀取本地存放配網(wǎng)主站畫面文件，生成ArrayBuffer類型對象;（2）將ArrayBuffer對象通過模塊API接口參數(shù)傳入文件解析模塊，在模塊中轉(zhuǎn)換為Qt中對應(yīng)QByteArray類型對象;（3）通過Emscripten構(gòu)建工具所提供的FS.writeFile方法將解析的圖元屬性結(jié)果存入虛擬內(nèi)存文件系統(tǒng)進行緩存;（4）瀏覽器主線程負責畫面渲染，在畫面渲染時通過讀取緩存文件來獲取畫面內(nèi)容，圖形繪制仍然使用傳統(tǒng)的JavaScript來實現(xiàn)。

3.4 發(fā)布數(shù)據(jù)訪問

利用WebSocket網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)瀏覽器與數(shù)據(jù)客戶端之間的數(shù)據(jù)交互，其步驟主要包括：

（1）瀏覽器端由WebWorker控制器啟動WebWorker數(shù)據(jù)IO線程用于獲取實時數(shù)據(jù)及下發(fā)控制數(shù)據(jù);（2）數(shù)據(jù)IO線程調(diào)用數(shù)據(jù)IO模塊中API與數(shù)據(jù)客戶端采用WebSocket協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互，其中數(shù)據(jù)IO模塊主要功能借助Qt所提供QWebSocket進行實現(xiàn);（3）數(shù)據(jù)IO線程定期輪詢緩存圖元屬性內(nèi)容，獲取頁面所有關(guān)聯(lián)動態(tài)數(shù)據(jù)后向數(shù)據(jù)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)更新請求，實現(xiàn)瀏覽器畫面周期性更新;（4）數(shù)據(jù)客戶端同樣可以定期輪詢實時數(shù)據(jù)變化，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新則主動推送變化數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)IO線程，從而實現(xiàn)瀏覽器畫面變化性更新;（5）瀏覽器主線程監(jiān)聽畫面圖元控制操作，將控制數(shù)據(jù)交由數(shù)據(jù)IO線程下發(fā)至數(shù)據(jù)客戶端，同時暫停發(fā)送周期數(shù)據(jù)更新請求至控制命令發(fā)送完成;（6）WebWorker控制器負責數(shù)據(jù)IO線程與主線程通信，當實時數(shù)據(jù)客戶端有數(shù)據(jù)刷新時，WebWorker線程通過一個Promise將實時數(shù)據(jù)發(fā)送給主線程，主線程獲取實時數(shù)據(jù)后設(shè)置畫面圖元動態(tài)屬性，更新配網(wǎng)主站畫面顯示。

4 結(jié)語

本文介紹了一種基于WebAssembly的配網(wǎng)主站W(wǎng)eb發(fā)布系統(tǒng)，通過利用瀏覽器所提供的WebAssembly技術(shù)與原生支持的WebSocket網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在瀏覽器顯示畫面文件時以字節(jié)碼方式調(diào)用文件解析與數(shù)據(jù)IO模塊，開辟虛擬文件系統(tǒng)用于緩存文件解析結(jié)果及實時數(shù)據(jù)更新內(nèi)容，在WebWorker線程中實現(xiàn)與數(shù)據(jù)客戶端的雙向交互，相比配網(wǎng)Web發(fā)布系統(tǒng)中傳統(tǒng)實現(xiàn)方法，能夠有效提高畫面加載與動態(tài)刷新速度，具有廣泛的工程應(yīng)用價值。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在Chrome、Firefox、Safari、Edge等多款支持Webassembly技術(shù)的主流瀏覽器上成功應(yīng)用，經(jīng)過測試運行穩(wěn)定，符合預(yù)期要求。

參考文獻：

[1]柴樹杉，丁爾男.WebAssembly標準入門[M].人民郵電出版社，2018.

[2]于航.深入淺出WebAssembly[M].電子工業(yè)出版社，2018.