【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 0.9em arial,helvetica;}

</style>

<script src="canvas.js"  language="javascript" ></script>

</head>

<body onLoad="init()">

 <img src="logo.gif" alt="YFSoft"/>

 <h3>.NET Micro Framework html5 Demo</h3>

 <canvas id="canvas1" style="border:1px solid;background-color:#EEEEEE;" width="440" height="450">

 </canvas>

 <div><button onClick="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<canvas id="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：

View Code

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 = "9px Arial";

   var now= new Date();

   var hour=now.getHours();

   var minute=now.getMinutes();

   var second=now.getSeconds();

   context.fillText(hour+":"+minute+":"+second,320,405); 

 

   //var temp=Math.random()*4096;

   //showAd1 = (temp * 3.3 / 4096).toFixed(2);

   //ad1 = temp / 40;

 

   context.fillStyle="#0000FF";

   context.font = "9px Arial";

   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 = "Mouse position: " + mousePos.x + "," + mousePos.y;

 

   context.clearRect(50,0,200,30);

   context.fillStyle="#0000FF";

   context.font = "9px Arial";

   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(var i=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);

       }

       else if(msg.data=="button1=up")

       {

           drawLED(0,false);

       }

       else if(msg.data=="button2=down")

       {

           drawLED(1,true);

       }

       else if(msg.data=="button2=up")

       {

           drawLED(1,false);

       }

       else if(msg.data=="button3=down")

       {

           drawLED(2,true);

       }

       else if(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 += new WebSocketDataReceivedHandler(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);

    }

}