概述

本文圍繞LCD1602字符型液晶显示器展開,並在FPGA開發板上用VerilogHDL語言實現模塊驅動.

首先來一張效果展示

那麼怎麼在這塊綠油油的平面上显示出點陣構成的字符呢?本文將為你提供一些思路.

注:本文僅討論寫入操作,實現在LCD1602上显示指定字符串,不講解讀取相關操作.

LCD1602

LCD1602是什麼?

LCD1602是一種字符型液晶显示模塊,不同於七段數碼管,它可以通過點陣的形式显示出各種圖案或字符,可拓展性較強.

其名稱中”LCD”即為 Liquid Crystal Display (液晶显示器),”1602″代表显示屏上可同時显示32個字符(16×2).

LCD1602的管腳

LCD1602共有16根管腳(部分型號只有14根,沒有背光管腳),管腳功能表如下

其中需要我們關心的只有RS,E,和D0-D7.

RS_數據/命令選擇

RS端用來控制輸入給D0-D7的序列代表命令還是數據.

如果代表輸入命令,則輸入給D0-D7的序列相當於對模塊進行設置(下文會有輸入序列對應的指令表及其功能);如果代表輸入數據,則輸入給D0-D7的序列相當於寫入需要显示的字符串(輸入的是每個字符所對應的地址碼).

若RS為低電平,代表輸入命令;若RS為高電平,代表輸入數據.

E_使能

E端是用來執行命令的使能引腳,當它從高電平變成低電平時(下降沿),液晶模塊執行命令.

D0-D7

八位雙向并行數據線,在本文中僅作輸入端(寫入).

LCD1602有個DDRAM

DDRAM( Display Data Random Access Memory )即為显示數據隨機存取存儲器,相當於”顯存”,用來存放待显示的字符代碼.

DDRAM一共有80個字節,它和1602的显示屏上32個字符位的對應地址如下圖

第一行的16個字符位的地址對應0x00-0x0F,第二行則對應0x40-0x4F(“0x”代表16進制數).

LCD1602還有個CGROM

CGROM( Character Generator Read-Only Memory )即為字符產生只讀存儲器,用來存放192個常用字符的字模.

值得一提的是,表中的左半部分字符和他們的ASCII碼是對應的,所以在寫代碼時可以直接寫成”A”而不必要寫成”0x41″.

另外還有一個CGRAM用來存放用戶自定義的字符,可存放8個5×8字符或4個5×10字符,不過這不在本文討論範圍內.

指令集

前文已經提到,當RS為低電平時,代表輸入命令,那麼這些命令都有哪些呢?

將能實現某種功能的序列稱為一條命令,每條命令有幾個固定的位和幾個可變的位,可變的位可以改變功能/模式,將這些命令總稱為指令集.全體指令集如下錶

注:其中a代表字符發生存儲器地址,b代表显示數據存儲器地址,c代表計數器地址,d代表要寫入的數據內容,e代表讀取的數據內容.

我們關心的是其中的清屏,進入模式設置,显示開關設置,工作方式設置,數據存儲器地址設置.

清屏

清除屏幕显示內容,光標返回屏幕左上角.

執行這個指令時需要一定時間.

進入模式設置

I/D = 1:寫入新數據后光標右移,I/D = 0:寫入新數據后光標左移

S = 1:显示移動,S = 0:显示不移動.

显示開關設置

D = 1:显示功能開,D = 0,显示功能關(但是DDRAM中的數據依然保留).

C = 1:有光標,C = 0,沒有光標.

B = 1:光標閃爍,B = 0.光標不閃爍.

工作方式設置

DL = 1:8位數據接口(D7-D0),DL = 0:4位數據接口(D7-D4).

N = 0:一行显示,N = 1;兩行显示.

F = 0: 5×8點陣字符,F = 1: 5×10點陣字符.

數據存儲器地址設置

在對DDRAM進行讀寫之前,首先要設置DDRAM地址,然後才能進行讀寫.

地址設置見.

Verilog驅動

了解了1602的原理和功能后,就可以着手編寫驅動模塊了.想要讓LCD1602显示指定的字符,需要有一個驅動程序將模塊和用戶連接起來,實現輸入什麼就輸出什麼的功能,並能夠簡單的進行設置.

接下來開始寫驅動(造輪子).分為若干個次級模塊逐個分析.

模塊定義

模塊共有5個端口(其中8個數據端合為一個8位寬端口),分別為CLK時鐘輸入端,_RST低電平有效的複位端,LCD_E使能端,LCD_RS數據/命令選擇端,LCD_DATA數據端.

module LCD1602
(input CLK
,input _RST
,output LCD_E 
,output reg LCD_RS
,output reg[7:0]LCD_DATA
);

上電穩定

這是一個簡單的初始化模塊,數據手冊要求要先通電20ms才可以進行下一步操作,為了使之上電穩定.

parameter TIME_20MS=1_000_000;//需要20ms以達上電穩定(初始化)
reg[19:0]cnt_20ms;
always@(posedge CLK or negedge _RST)
    if(!_RST)
        cnt_20ms<=1'b0;
    else if(cnt_20ms==TIME_20MS-1'b1)
        cnt_20ms<=cnt_20ms;
    else
        cnt_20ms<=cnt_20ms+1'b1 ;

wire delay_done=(cnt_20ms==TIME_20MS-1'b1)?1'b1:1'b0;//上電延時完畢

工作周期分頻

LCD1602的工作周期為500Hz,所以要進行分頻(板載晶振為50MHz).

parameter TIME_500HZ=100_000;//工作周期
reg[19:0]cnt_500hz;
always@(posedge CLK or negedge _RST)
    if(!_RST)
        cnt_500hz<=1'b0;
    else if(delay_done)
        if(cnt_500hz==TIME_500HZ-1'b1)
            cnt_500hz<=1'b0;
        else
            cnt_500hz<=cnt_500hz+1'b1;
    else
        cnt_500hz<=1'b0;

assign LCD_E=(cnt_500hz>(TIME_500HZ-1'b1)/2)?1'b0:1'b1;//使能端,每個工作周期一次下降沿,執行一次命令
wire write_flag=(cnt_500hz==TIME_500HZ-1'b1)?1'b1:1'b0;//每到一個工作周期,write_flag置高一周期

狀態機

模塊工作採用狀態機驅動.

//狀態機有40種狀態,此處用了格雷碼,一次只有一位變化(在二進制下)
parameter IDLE=8'h00;
parameter SET_FUNCTION=8'h01;
parameter DISP_OFF=8'h03;
parameter DISP_CLEAR=8'h02;
parameter ENTRY_MODE=8'h06;
parameter DISP_ON=8'h07;
parameter ROW1_ADDR=8'h05;
parameter ROW1_0=8'h04;
parameter ROW1_1=8'h0C;
parameter ROW1_2=8'h0D;
parameter ROW1_3=8'h0F;
parameter ROW1_4=8'h0E;
parameter ROW1_5=8'h0A;
parameter ROW1_6=8'h0B;
parameter ROW1_7=8'h09;
parameter ROW1_8=8'h08;
parameter ROW1_9=8'h18;
parameter ROW1_A=8'h19;
parameter ROW1_B=8'h1B;
parameter ROW1_C=8'h1A;
parameter ROW1_D=8'h1E;
parameter ROW1_E=8'h1F;
parameter ROW1_F=8'h1D;
parameter ROW2_ADDR=8'h1C;
parameter ROW2_0=8'h14;
parameter ROW2_1=8'h15;
parameter ROW2_2=8'h17;
parameter ROW2_3=8'h16;
parameter ROW2_4=8'h12;
parameter ROW2_5=8'h13;
parameter ROW2_6=8'h11;
parameter ROW2_7=8'h10;
parameter ROW2_8=8'h30;
parameter ROW2_9=8'h31;
parameter ROW2_A=8'h33;
parameter ROW2_B=8'h32;
parameter ROW2_C=8'h36;
parameter ROW2_D=8'h37;
parameter ROW2_E=8'h35;
parameter ROW2_F=8'h34;

reg[5:0]c_state;//Current state,當前狀態
reg[5:0]n_state;//Next state,下一狀態

always@(posedge CLK or negedge _RST)
    if(!_RST)
        c_state<=IDLE;
    else if(write_flag)//每一個工作周期改變一次狀態
        c_state<=n_state;
    else
        c_state<=c_state;

always@(*)
    case (c_state)
        IDLE:n_state=SET_FUNCTION;
        SET_FUNCTION:n_state=DISP_OFF;
        DISP_OFF:n_state=DISP_CLEAR;
        DISP_CLEAR:n_state=ENTRY_MODE;
        ENTRY_MODE:n_state=DISP_ON;
        DISP_ON:n_state=ROW1_ADDR;
        ROW1_ADDR:n_state=ROW1_0;
        ROW1_0:n_state=ROW1_1;
        ROW1_1:n_state=ROW1_2;
        ROW1_2:n_state=ROW1_3;
        ROW1_3:n_state=ROW1_4;
        ROW1_4:n_state=ROW1_5;
        ROW1_5:n_state=ROW1_6;
        ROW1_6:n_state=ROW1_7;
        ROW1_7:n_state=ROW1_8;
        ROW1_8:n_state=ROW1_9;
        ROW1_9:n_state=ROW1_A;
        ROW1_A:n_state=ROW1_B;
        ROW1_B:n_state=ROW1_C;
        ROW1_C:n_state=ROW1_D;
        ROW1_D:n_state=ROW1_E;
        ROW1_E:n_state=ROW1_F;
        ROW1_F:n_state=ROW2_ADDR;
        ROW2_ADDR:n_state=ROW2_0;
        ROW2_0:n_state=ROW2_1;
        ROW2_1:n_state=ROW2_2;
        ROW2_2:n_state=ROW2_3;
        ROW2_3:n_state=ROW2_4;
        ROW2_4:n_state=ROW2_5;
        ROW2_5:n_state=ROW2_6;
        ROW2_6:n_state=ROW2_7;
        ROW2_7:n_state=ROW2_8;
        ROW2_8:n_state=ROW2_9;
        ROW2_9:n_state=ROW2_A;
        ROW2_A:n_state=ROW2_B;
        ROW2_B:n_state=ROW2_C;
        ROW2_C:n_state=ROW2_D;
        ROW2_D:n_state=ROW2_E;
        ROW2_E:n_state=ROW2_F;
        ROW2_F:n_state=ROW1_ADDR;//循環到1-1進行掃描显示
        default:;
    endcase

RS端控制

控制輸入為數據或命令

always@(posedge CLK or negedge _RST)
    if(!_RST)
        LCD_RS<=1'b0;//為0時輸入指令,為1時輸入數據
    else if(write_flag)
        //當狀態為七個指令任意一個,將RS置為指令輸入狀態
        if((n_state==SET_FUNCTION)||(n_state==DISP_OFF)||(n_state==DISP_CLEAR)||(n_state==ENTRY_MODE)||(n_state==DISP_ON)||(n_state==ROW1_ADDR)||(n_state==ROW2_ADDR))
            LCD_RS<=1'b0; 
        else
            LCD_RS<=1'b1;
    else
        LCD_RS<=LCD_RS;

显示控制

always@(posedge CLK or negedge _RST)
    if(!_RST)
        LCD_DATA<=1'b0;
    else if(write_flag)
        case(n_state)
            IDLE:LCD_DATA<=8'hxx;
            SET_FUNCTION:LCD_DATA<=8'h38;//8'b0011_1000,工作方式設置:DL=1(DB4,8位數據接口),N=1(DB3,兩行显示),L=0(DB2,5x8點陣显示).
            DISP_OFF:LCD_DATA<=8'h08;//8'b0000_1000,显示開關設置:D=0(DB2,显示關),C=0(DB1,光標不显示),D=0(DB0,光標不閃爍)
            DISP_CLEAR:LCD_DATA<=8'h01;//8'b0000_0001,清屏
            ENTRY_MODE:LCD_DATA<=8'h06;//8'b0000_0110,進入模式設置:I/D=1(DB1,寫入新數據光標右移),S=0(DB0,显示不移動)
            DISP_ON:LCD_DATA<=8'h0c;//8'b0000_1100,显示開關設置:D=1(DB2,显示開),C=0(DB1,光標不显示),D=0(DB0,光標不閃爍)
            ROW1_ADDR:LCD_DATA<=8'h80;//8'b1000_0000,設置DDRAM地址:00H->1-1,第一行第一位
            //將輸入的row_1以每8-bit拆分,分配給對應的显示位
            ROW1_0:LCD_DATA<=row_1[127:120];
            ROW1_1:LCD_DATA<=row_1[119:112];
            ROW1_2:LCD_DATA<=row_1[111:104];
            ROW1_3:LCD_DATA<=row_1[103: 96];
            ROW1_4:LCD_DATA<=row_1[ 95: 88];
            ROW1_5:LCD_DATA<=row_1[ 87: 80];
            ROW1_6:LCD_DATA<=row_1[ 79: 72];
            ROW1_7:LCD_DATA<=row_1[ 71: 64];
            ROW1_8:LCD_DATA<=row_1[ 63: 56];
            ROW1_9:LCD_DATA<=row_1[ 55: 48];
            ROW1_A:LCD_DATA<=row_1[ 47: 40];
            ROW1_B:LCD_DATA<=row_1[ 39: 32];
            ROW1_C:LCD_DATA<=row_1[ 31: 24];
            ROW1_D:LCD_DATA<=row_1[ 23: 16];
            ROW1_E:LCD_DATA<=row_1[ 15:  8];
            ROW1_F:LCD_DATA<=row_1[  7:  0];
            ROW2_ADDR:LCD_DATA<=8'hc0;//8'b1100_0000,設置DDRAM地址:40H->2-1,第二行第一位
            ROW2_0:LCD_DATA<=row_2[127:120];
            ROW2_1:LCD_DATA<=row_2[119:112];
            ROW2_2:LCD_DATA<=row_2[111:104];
            ROW2_3:LCD_DATA<=row_2[103: 96];
            ROW2_4:LCD_DATA<=row_2[ 95: 88];
            ROW2_5:LCD_DATA<=row_2[ 87: 80];
            ROW2_6:LCD_DATA<=row_2[ 79: 72];
            ROW2_7:LCD_DATA<=row_2[ 71: 64];
            ROW2_8:LCD_DATA<=row_2[ 63: 56];
            ROW2_9:LCD_DATA<=row_2[ 55: 48];
            ROW2_A:LCD_DATA<=row_2[ 47: 40];
            ROW2_B:LCD_DATA<=row_2[ 39: 32];
            ROW2_C:LCD_DATA<=row_2[ 31: 24];
            ROW2_D:LCD_DATA<=row_2[ 23: 16];
            ROW2_E:LCD_DATA<=row_2[ 15:  8];
            ROW2_F:LCD_DATA<=row_2[  7:  0];
        endcase
    else
        LCD_DATA<=LCD_DATA;

自定義字符輸入

輸入要显示的字符.

wire[127:0]row_1;
wire[127:0]row_2;
assign row_1 ="   Welcome to   ";//第一行显示的內容(16個字符)
assign row_2 ="    My Blog!    ";//第二行显示的內容(16個字符)

效果展示

將以上代碼有機整合后,燒錄至開發板上,按下複位鍵即可看到显示屏上显示出了指定字樣.

你可以修改字符串來讓屏幕显示出不同的內容,甚至可以調整模式讓显示屏滾動显示大於16字符的字符串.

總結

LCD1602是一個很基礎的模塊,把這個掌握后對以後的學習幫助很大,所以很有必要學習.

這個模塊不止可以通過Verilog驅動,也可以用其他語言或其他開發板來實現,例如STM32,51單片機或者SV,VHDL語言,都可以寫一套讓他工作的驅動.

另外,如果有現成的輪子,為什麼還要自己造一個出來呢?在碰到類似情況時可以藉助互聯網參考一下別人對此問題有怎麼樣的解決方案,加以借鑒並內化於心,才能達到最高效率的學習.

參考資料

[1] aslmer. “verilog寫的LCD1602 显示”[ED/OL]. https://www.cnblogs.com/aslmer/p/5819422.html ,2016(8).

[2] aslmer. “LCD1602指令集解讀”[ED/OL]. https://www.cnblogs.com/aslmer/p/5801363.html ,2016(8).

[3] 阿忠ZHONG. “單片機显示原理(LCD1602)”[ED/OL]. https://www.cnblogs.com/hui088/p/4732034.html 2015(8).

[4] 百度百科. “詞條-LCD1602″[ED/OL]. https://baike.baidu.com/item/LCD1602/6014393 ,2019(9).

[5] HITACHI©Ltd. “HD44780U (LCD-II)(Dot Matrix Liquid Crystal Display Controller/Driver)”[M]. Japan HITACHI,1998.

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1.1 HTTP協議簡介
我們日常生活中經常會使用瀏覽器訪問Web站點，但是大家有思考過在這個過程中到底發生了什麼嗎？為什麼我們在瀏覽器地址欄上面輸入要訪問的URL后就可以訪問到Web頁面呢？

1.1.1 瀏覽器背後的故事
當我們在瀏覽器地址欄上輸入要訪問的URL后，瀏覽器會分析出URL上面的域名，然後通過DNS服務器查詢出域名映射的IP地址，瀏覽器根據查詢到的IP地址與Web服務器進行通信，而通信的協議就是HTTP協議。

我們可以把這個過程類比成一個電話對話的過程。當我們要打電話給某個人，首先要知道對方的電話號碼，然後進行撥號。打通電話后我們會進行對話，當然要對話肯定需要共同的語言，如果一個人說國語，而另一個人說英語，那肯定不能進行溝通的。在本例中，電話號碼相當於上面的IP地址，而共同語言相當於HTTP協議。

我們通過一個簡單的圖來闡述這個過程：

瀏覽器與Web服務器使用HTTP協議進行通信，那麼什麼是HTTP協議呢？接下來我們會詳細介紹HTTP協議的相關知識。

1.1.2 TCP/IP協議
HTTP協議是構建在TCP/IP協議之上的，是TCP/IP協議的一個子集，所以要理解HTTP協議，有必要先了解下TCP/IP協議相關的知識。

由於TCP/IP協議族包含眾多的協議，在這裏我們無法一一討論。接下來，我們僅介紹理解HTTP協議需要掌握的TCP/IP協議族的一些相關知識點。如果想深入理解TCP/IP協議，可以參考經典書籍《TCP/IP詳解》。

TCP/IP協議族分層

TCP/IP協議族是由一個四層協議組成的系統，這四層分別為：應用層、傳輸層、網絡層和數據鏈路層。如圖所示

分層的好處是把各個相對獨立的功能解耦，層與層之間通過規定好的接口來通信。如果以後需要修改或者重寫某一個層的實現，只要接口保持不變也不會影響到其他層的功能。接下來，我們將會介紹各個層的主要作用。

1) 應用層

應用層一般是我們編寫的應用程序，其決定了向用戶提供的應用服務。應用層可以通過系統調用與傳輸層進行通信。

處於應用層的協議非常多，比如：FTP（File Transfer Protocol，文件傳輸協議）、DNS（Domain Name System，域名系統）和我們本章討論的HTTP（HyperText Transfer Protocol，超文本傳輸協議）等。

2) 傳輸層

傳輸層通過系統調用嚮應用層提供處於網絡連接中的兩台計算機之間的數據傳輸功能。

在傳輸層有兩個性質不同的協議：TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協議）和UDP（User Data Protocol，用戶數據報協議）。

3) 網絡層

網絡層用來處理在網絡上流動的數據包，數據包是網絡傳輸的最小數據單位。該層規定了通過怎樣的路徑（傳輸路線）到達對方計算機，並把數據包傳輸給對方。

4) 鏈路層

鏈路層用來處理連接網絡的硬件部分，包括控制操作系統、硬件設備驅動、NIC（Network Interface Card，網絡適配器）以及光纖等物理可見部分。硬件上的範疇均在鏈路層的作用範圍之內。

數據包封裝

上層協議數據是如何轉變為下層協議數據的呢？這是通過封裝（encapsulate）來實現的。應用程序數據在發送到物理網絡之前，會沿着協議棧從上往下傳遞。每層協議都將在上層協議數據的基礎上加上自己的頭部信息（鏈路層還會加上尾部信息），以為實現該層功能提供必要的信息。如圖所示：

發送端發送數據時，數據會從上層傳輸到下層，且每經過一層都會被打上該層的頭部信息。而接收端接收數據時，數據會從下層傳輸到上層，傳輸前會把下層的頭部信息刪除。過程如圖所示：

數據傳輸過程

由於下層協議的頭部信息對上層協議是沒有實際的用途，所以在下層協議傳輸數據給上層協議的時候會把該層的頭部信息去掉，這個封裝過程對於上層協議來說是完全透明的。這樣做的好處是，應用層只需要關心應用服務的實現，而不用管底層的實現。

TCP三次握手

從上面的介紹可知，傳輸層協議主要有兩個：TCP協議和UDP協議。TCP協議相對於UDP協議的特點是：TCP協議提供面向連接、字節流和可靠的傳輸。

使用TCP協議進行通信的雙方必須先建立連接，然後才能開始傳輸數據。TCP連接是全雙工的，也就是說雙方的數據讀寫可以通過一個連接進行。為了確保連接雙方可靠性，在雙方建立連接時，TCP協議採用了三次握手（Three-way handshaking）策略。
過程如圖所示：

TCP協議三次握手的描述如下：

第一次握手：客戶端發送帶有SYN標誌的連接請求報文段，然後進入SYN_SEND狀態，等待服務端的確認。

第二次握手：服務端接收到客戶端的SYN報文段后，需要發送ACK信息對這個SYN報文段進行確認。同時，還要發送自己的SYN請求信息。服務端會將上述的信息放到一個報文段（SYN+ACK報文段）中，一併發送給客戶端，此時服務端將會進入SYN_RECV狀態。

第三次握手：客戶端接收到服務端的SYN+ACK報文段后，會想服務端發送ACK確認報文段，這個報文段發送完畢后，客戶端和服務端都進入ESTABLISHED狀態，完成TCP三次握手。

當三次握手完成后，TCP協議會為連接雙方維持連接狀態。為了保證數據傳輸成功，接收端在接收到數據包后必須發送ACK報文作為確認。如果在指定的時間內（這個時間稱為重新發送超時時間），發送端沒有接收到接收端的ACK報文，那麼就會重發超時的數據。

1.1.3 DNS服務
前面介紹了與HTTP協議有着密切關係的TCP/IP協議，接下來介紹的DNS服務也是與HTTP協議有着密不可分的關係。

通常我們訪問一個網站，使用的是主機名或者域名來進行訪問的。因為相對於IP地址（一組純数字），域名更容易讓人記住。但TCP/IP協議使用的是IP地址進行訪問的，所以必須有個機制或服務把域名轉換成IP地址。DNS服務就是用來解決這個問題的，它提供域名到IP地址之間的解析服務。

如下圖所示，展示了DNS服務把域名解析成IP地址的過程：

DNS服務是通過DNS協議進行通信的，而DNS協議跟HTTP協議一樣也是應用層協議。由於我們的重點是HTTP協議，所以這裏不打算對DNS協議進行詳細的分析，我們只需要知道可以通過DNS服務把域名解析成IP地址即可。

1.1.4 HTTP與TCP/IP、DNS的關係
到現在，我們介紹了與HTTP協議有密切關係的TCP/IP協議和DNS服務，接下來我們通過下圖來整理一下HTTP協議與它們之間的關係：

HTTP與TCP/IP、DNS的關係
從上圖中可以知道，當客戶端訪問Web站點時，首先會通過DNS服務查詢到域名的IP地址。然後瀏覽器生成HTTP請求，並通過TCP/IP協議發送給Web服務器。Web服務器接收到請求後會根據請求生成響應內容，並通過TCP/IP協議返回給客戶端。

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drf組件之jwt認證模塊

一、認證規則

全稱：json web token
解釋：加密字符串的原始數據是json，後台產生，通過web傳輸給前台存儲
格式：三段式 – 頭.載荷.簽名 – 頭和載荷用的是base64可逆加密，簽名用md5不可逆加密
內容：
頭(基礎信息,也可以為空)：加密方式、公司信息、項目組信息、…
載荷(核心信息)：用戶信息、過期時間、…
簽名(安全保障)：頭加密結果+載荷加密結果+服務器秘鑰 的md5加密結果

認證規則：
後台一定要保障 服務器秘鑰 的安全性(它是jwt的唯一安全保障)
後台簽發token（login接口 ） -> 前台存儲 -> 發送需要認證的請求帶着token -> 後台校驗得到合法的用戶 -> 權限管理

為什麼要有jwt認證：
1)服務器壓力小， 後台不需要存儲token，只需要存儲簽發與校驗token的算法，效率遠遠大於後台存儲和取出token完成校驗
2) jwt算法認證，更適合服務器集群部署

二、認證模塊

安裝：pip install djangorestframework-jwt
模塊包：rest_framework_jwt

採用drf-jwt框架，後期任務只需要書寫登錄
為什麼要重寫登錄：drf-jwt只完成了賬號密碼登錄，我們還需要手機登錄，郵箱登錄
為什麼不需要重寫認證類：因為認證規則已經完成且固定不變，變得只有認證字符串的前綴，前綴可以在配置文件中配置

三、JWT使用

jwt配置；

在settings.py文件中配置，如果不配置，默認走jwt默認的

jwt插件的三個接口：

在urls.py中配置

在postman中測試一下籤發token

注意：上面三個接口都是發送POST請求

四、利用JWT實現多方式登錄

注：APIResponse 為自定義Response對象

# views.py
from rest_framework.views import APIView
from . import models,serializers
from utils.response import APIResponse

class LoginAPIView(APIView):
    # 登錄接口應該禁用所有的認證和、權限，因為不管是誰都應該能進來
    authentication_classes = []
    permission_classes = []
    def post(self, request, *args, **kwargs):
        # 將數據傳到序列化組件進行校驗
        user_ser = serializers.LoginSerializer(data=request.data)
        user_ser.is_valid(raise_exception=True)

        return APIResponse(msg='login success', data={
            'username': user_ser.user.username,
            'token': user_ser.token
        })

注意：

通過user對象生成payload載荷
payload = jwt_payload_handler(user)

通過payload簽發token
token = jwt_encode_handler(payload)

# serializer.py
from rest_framework.serializers import ModelSerializer, CharField, ValidationError, SerializerMethodField
from . import models
from django.contrib.auth import authenticate
import re
from rest_framework_jwt.serializers import jwt_payload_handler, jwt_encode_handler

class LoginSerializer(ModelSerializer):
    username = CharField(write_only=True)
    password = CharField(write_only=True)
    class Meta:
        model = models.User
        fields = ('username', 'password')

    def validate(self, attrs):
        # user_obj = authenticate(**attrs)
        # if not user_obj:
        #     raise ValidationError('用戶名或密碼錯誤')

        # 賬號密碼登錄 ==》 多方式登錄
        user = self._many_method_login(**attrs)

        # 通過user對象生成payload載荷
        payload = jwt_payload_handler(user)
        # 通過payload簽發token
        token = jwt_encode_handler(payload)

        # 將user和token存放在序列化對象中,方便返回到前端去
        self.user = user
        self.token = token

        return attrs

    # 多方式登錄 （用戶名、郵箱、手機號三種方式登錄）
    def _many_method_login(self, **attrs):
        username = attrs.get('username')
        password = attrs.get('password')
        # 利用正則匹配判斷用戶輸入的信息
        # 1.判斷郵箱登錄
        if re.match(r'.*@.*', username):
            user = models.User.objects.filter(email=username).first()  # type: models.User
        # 2.判斷手機號登錄
        elif re.match(r'^1[3-9][0-9]{9}$',username):
            user = models.User.objects.filter(mobile=username).first()
        # 3.用戶名登錄
        else:
            user = models.User.objects.filter(username=username).first()

        if not user:
            raise ValidationError({'username': '賬號有誤'})

        if not user.check_password(password):
            raise ValidationError({'password': '密碼錯誤'})

        return user

使用postman測試代碼：

五、前後台分離模式下信息交互規則

"""
1）任何人都能直接訪問的接口
    請求不是是get、還是post等，不需要做任何校驗

2）必須登錄后才能訪問的接口
    任何請求方式都可能做該方式的限制，請求必須在請求頭中攜帶認證信息 - authorization
    
3）前台的認證信息獲取只能通過登錄接口
    前台提供賬號密碼等信息，去後台換認證信息token
    
4）前台如何完成登錄註銷
    前台登錄成功一般在cookie中保存認證信息token，分離註銷就是前台主動清除保存的token信息
"""

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本文適合有 SpringBoot 和 SpringCloud 基礎知識的人群，跟着本文可使用和快速搭建 SpringCloud 項目。

本文作者：HelloGitHub-秦人

HelloGitHub 推出的系列，今天給大家帶來一款基於 SpringCloud2.1 的微服務開發腳手開源項目——SpringCloud

項目源碼地址：

一、微服務的簡介

微服務是可以獨立部署、水平擴展、獨立訪問的服務單元。Java 中常見最小的微服務單元就是基於 SpringBoot 框架的一個獨立項目。一個微服務只做一件事（單一職責），多個微服務組合才能稱之為一個完整的項目或產品。那麼多個微服務的就需要來管理，而 SpringCloud 就是統籌這些微服務的大管家。它是一系列有序框架的集合，簡單易懂、易部署易維護的分佈式系統開發工具包。

今天介紹的開源項目就是基於 SpringCloud2.1 的腳手架，讓項目開發快速進入業務開發，而不需過多時間花費在架構搭建上，下面就讓我們一起來看看這個項目的使用吧。

二、項目結構

這裏以一個網關（gateway-admin）微服務來說明。

項目目錄結構如下圖：

目錄說明：

1. db：項目初始化數據庫腳本。
2. docker：Docker 配置文件目錄，將微服務打包為 docker 鏡像（image）。
3. config：項目配置信息目錄，包括數據庫配置，消息轉化配置等。
4. dao：數據庫操作目錄，主要對底層數據進行增刪查改。
5. entity：項目實體類目錄。
6. events：事件處理目錄。
7. exception：異常處理目錄，通過面向切面處理全局異常。
8. rest：微服務控制器目錄，也就是對外提供的接口。
9. service：微服務業務層目錄。
10. GatewayAdminApplication：微服務 SpringBoot 入口類。
11. resources：項目配置文件目錄。
12. test：項目單元測試目錄。
13. pom.xml：maven 項目對象模型文件。

三、實戰操作

3.1 前提

• 確保本地安裝 Git、Java8、Maven。
• 懂一些 SpringMVC 的知識，因為 SpringBoot 是基於 SpringMVC 演化而來的。
• 懂一些應用容器引擎 Docker、Docker-compose 的知識。

3.2 微服務架構說明

一個完整的項目，微服務架構一般包括下面這些服務：

• 註冊中心（常用的框架 Nacos、Eureka）
• 統一網關（常用的框架 Gateway、Zuul）
• 認證中心（常用技術實現方案 Jwt、OAuth）
• 分佈式事務（常用的框架 Txlcn、Seata）
• 文件服務
• 業務服務

3.3 運行項目

下面介紹了三種運行的方式：

第一種：一鍵運行

Linux 和 Mac 系統下可在項目根目錄下執行 ./install.sh 快速搭建開發環境。

第二種：本地環境運行

不推薦此方法，但還是簡單介紹下。

1. 基礎環境安裝：mysql、redis，rabbitmq

2. 環境運行：
   git clone https://github.com/zhoutaoo/SpringCloud.git #克隆項目

3. 安裝認證公共包到本地 maven 倉庫，執行如下命令：
   cd common mvn clean install #安裝認證公共包到本地 maven 倉庫

4. 安裝註冊中心 Nacos
   • 下載

   • 執行如下命令：

     unzip nacos-server-0.9.0.zip  OR tar -xvf nacos-server-0.9.0.tar.gz
     cd nacos/bin
     bash startup.sh -m standalone # Linux 啟動命令
     cmd startup.cmd # Windows 啟動命令

5. 運行網關服務、認證服務、業務服務等

這裏以網關服務為例：執行 GatewayAdminApplication.java

注意：認證服務（auth）、網關服務（gateway）、組織管理服務（sysadmin）需要執行數據庫初始化腳本。

可通過 swager 接口： 測試是否搭建成功，如果能正常訪問表示服務啟動成功。

說明：

• application.yml 文件主要配置 rabbitmq，redis， mysql 的連接信息。

  spring:
    rabbitmq:
      host: ${RABBIT_MQ_HOST:localhost}
      port: ${RABBIT_MQ_PORT:5672}
      username: ${RABBIT_MQ_USERNAME:guest}
      password: ${RABBIT_MQ_PASSWORD:guest}
    redis:
      host: ${REDIS_HOST:localhost}
      port: ${REDIS_PORT:6379}
      #password: ${REDIS_PASSWORD:}
      lettuce:
        pool:
          max-active: 300
  
    datasource:
      driver-class-name: com.mysql.jdbc.Driver
      url: jdbc:${DATASOURCE_DBTYPE:mysql}://${DATASOURCE_HOST:localhost}:${DATASOURCE_PORT:3306}/sc_gateway?characterEncoding=UTF-8&useUnicode=true&useSSL=false
      username: ${DATASOURCE_USERNAME:root}
      password: ${DATASOURCE_PASSWORD:root123}

• bootstrap.yml 文件主要配置服務基本信息（端口，服務名稱），註冊中心地址等。

  server:
    port: ${SERVER_PORT:8445}
  spring:
    application:
      name: gateway-admin
    cloud:
      nacos:
        discovery:
          server-addr: ${REGISTER_HOST:localhost}:${REGISTER_PORT:8848}
        config:
          server-addr: ${REGISTER_HOST:localhost}:${REGISTER_PORT:8848}
          file-extension: yml
      sentinel:
        transport:
          dashboard: ${SENTINEL_DASHBOARD_HOST:localhost}:${SENTINEL_DASHBOARD_PORT:8021}

第三種：Docker 環境運行

1. 基礎環境安裝

   • 通過 docker 命令安裝

     # 安裝redis
     docker run -p 6379:6379 --name redis -d docker.io/redis:latest --requirepass "123456" 
     # 安裝mysql
     docker run --name mysql5.7 -p 3306:3306 -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root123 -d docker.io/mysql:5.7
     # 安裝rabbitmq 
     docker run -d -p 15672:15672 -p 5672:5672 -e RABBITMQ_DEFAULT_USER=admin -e RABBITMQ_DEFAULT_PASS=admin --name rabbitmq docker.io/rabbitmq:latest

   • 也可以通過 docker-compose 命令安裝

     cd docker-compose
     docker-compose up -d  #docker-compose 安裝mysql，redis，rabbitmq 服務

2. 下載項目到本地
   git clone https://github.com/zhoutaoo/SpringCloud.git #克隆項目

3. 安裝認證公共包到本地 maven 倉庫執行如下命令：
   cd common && mvn install #安裝認證公共包到本地maven倉庫

4. docker-compose 運行 Nacos
   cd docker-compose docker-compose -f docker-compose.yml -f docker-compose.nacos.yml up -d nacos #啟動註冊中心

5. 構建消息中心鏡像
   cd ./center/bus mvn package && mvn docker:build cd docker-compose #啟動消息中心 docker-compose -f docker-compose.yml -f docker-compose.center.yml up -d bus-server

需要構建鏡像的其他服務有：（注：操作和消息中心鏡像構建方式類似）

• 網關管理服務 （gateway-admin、gateway-web）

• 組織服務（sysadmin/organization）

• 認證服務 （auth/authentication-server）

• 授權服務（auth authorization-server）

• 管理台服務（monitor/admin）

3.4 運行效果

Nacos 服務中心

所有服務都正常啟動，在 nacos 管理中心可查看，實例數表示運行此服務的個數，值為 1 可以理解為服務正常啟動。

查看後台服務

命令行執行：docker ps -a 查看 docker 所有進程信息

通過訪問微服務對外暴露的接口（swagger）檢測服務是否可用。

swager 接口地址：

測試如下圖：

四、最後

微服務（SpringBoot、SpringCloud、Docker）現在吵得特別火，它並不是一門新的技術，而是在老技術的基礎上衍生出來的，增加了一些新的特性。

教程至此，你應該能夠通過 SpringCloud 這項目快速搭建微服務了。那麼就可以開始你的微服務學習之旅了，是時候更新一下自己的技能樹了，讓我們一起來學習微服務吧！

五、參考資料

『講解開源項目系列』——讓對開源項目感興趣的人不再畏懼、讓開源項目的發起者不再孤單。跟着我們的文章，你會發現編程的樂趣、使用和發現參与開源項目如此簡單。歡迎留言聯繫我們、加入我們，讓更多人愛上開源、貢獻開源～

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這是簡易數據分析系列的第 14 篇文章。

今天我們還來聊聊 Web Scraper 翻頁的技巧。

這次的更新是受一位讀者啟發的，他當時想用 Web scraper 爬取一個分頁器分頁的網頁，卻發現我之前介紹的方法不管用。我研究了一下才發現我漏講了一種很常見的翻頁場景。

在 的文章里，我們講了如何利用 Element Click 選擇器模擬鼠標點擊分頁器進行翻頁，但是把同樣的方法放在 上，翻頁到第二頁時抓取窗口就會自動退出，一條數據都抓不到。

其實主要原因是我沒有講清楚這種方法的適用邊界。

通過 Element Click 點擊分頁器翻頁，只適用於網頁沒有刷新的情況，我在那篇文章里舉了蔡徐坤微博評論的例子，翻頁時網頁是沒有刷新的：

仔細看下圖，鏈接發生了變化，但是刷新按鈕並沒有變化，說明網頁並沒有刷新，只是內容變了

而在 豆瓣 TOP 250 的網頁里，每次翻頁都會重新加載網頁：

仔細看下圖，鏈接發生變化的同時網頁刷新了，有很明顯的 loading 轉圈動畫

其實這個原理從技術規範上很好解釋：當一個 URL 鏈接是 # 字符后數據變化時，網頁不會刷新；當鏈接其他部分變化時，網頁會刷新。當然這個只是隨口提一下，感興趣的同學可以去研究一下，不感興趣可以直接跳過。

1.創建 Sitemap

本篇文章就來講解一下，如何利用 Web Scraper 抓取翻頁時會刷新網頁的分頁器網站。

這次的網頁我們選用練手 Web Scraper 的網站——，換個姿勢練習 Web Scraper 翻頁技巧。

像這種類型的網站，我們要藉助 Link 選擇器來輔助我們翻頁。Link 標籤我們在介紹過了，我們可以利用這個標籤跳轉網頁，抓取另一個網頁的數據。這裏我們利用 Link 標籤跳轉到分頁網站的下一頁。

首先我們用 Link 選擇器選擇下一頁按鈕，具體的配置可以見下圖：

這裡有一個比較特殊的地方：Parent Selectors ——父選擇器。

之前我們都沒有碰過這個選擇框的內容，**next_page 這次要有兩個父節點——_root 和 next_page**，鍵盤按 shift 再鼠標點選就可以多選了，先按我說的做，後面我會解釋這樣做的理由。

保存 next_page 選擇器后，在它的同級下再創建 container 節點，用來抓取電影數據：

這裏要注意：翻頁選擇器節點 next_page 和數據選擇器節點 container 是同一級，兩個節點的父節點都是兩個：_root 和 next_page：

因為重點是 web scraper 翻頁技巧，抓取的數據上我只簡單的抓取標題和排名：

然後我們點擊 Selector graph 查看我們編寫的爬蟲結構：

可以很清晰的看到這個爬蟲的結構，可以無限的嵌套下去：

點擊 Scrape，爬取一下試試，你會發現所有的數據都爬取下來了：

2.分析原理

按照上面的流程下來，你可能還會比較困擾，數據是抓下來了，但是為什麼這樣操作就可以呢，**為什麼 next_page 和 container 要同級，為什麼他們要同時選擇兩個父節點：_root 和 next_page？**

產生困擾的原因是因為我們是倒敘的講法，從結果倒推步驟；下面我們從正向的思維分步講解。

首先我們要知道，我們抓取的數據是一個樹狀結構，_root 表示根節點，就是我們的抓取的第一個網頁，我們在這個網頁要選擇什麼東西呢？

1.一個是下一頁的節點，在這個例子里就是用 Link 選擇器選擇的 next_page

2.一個是數據節點，在這個例子里就是用 Element 選擇器選擇的 container

因為 next_page 節點是會跳轉的，會跳到第二頁。第二頁除了數據不一樣，結構和第一頁還是一樣的，為了持續跳轉，我們還要選擇下一頁，為了抓取數據，還得選擇數據節點：

如果我們把箭頭反轉一下，就會發現真相就在眼前，next_page 的父節點，不正好就是 _root 和 next_page  嗎？container 的父節點，也是 _root 和 next_page！

到這裏基本就真相大白了，不理解的同學可以再多看幾遍。像 next_page 這種我調用我自己的形式，在編程里有個術語——遞歸，在計算機領域里也算一種比較抽象的概念，感興趣的同學可以自行搜索了解一下。

3.sitemap 分享

下面是這次實戰的 Sitemap，同學們可以導入到自己的 web scraper 中進行研究：

{"_id":"douban_movie_top_250","startUrl":["https://movie.douban.com/top250?start=0&filter="],"selectors":[{"id":"next_page","type":"SelectorLink","parentSelectors":["_root","next_page"],"selector":".next a","multiple":true,"delay":0},{"id":"container","type":"SelectorElement","parentSelectors":["_root","next_page"],"selector":".grid_view li","multiple":true,"delay":0}]}

4.推薦閱讀

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