#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
远程显示 Web 服务 - Flask + WebSocket 实现

通过 RemoDispBus 协议与 DTU 装置通信，将远程 LCD 画面以 Web 页面形式展示。
前端通过 WebSocket 连接，服务端主动推送屏幕数据，实现低延迟传输。

用法: python remo_disp_server.py [装置IP]
启动后访问 http://localhost:8181
依赖: pip install flask flask-socketio pillow
"""

# base64：将二进制 PNG 编码为字符串，便于通过 JSON/WebSocket 传输
import base64
# socket：与 DTU 装置的 TCP 通信
import socket
# struct：将整数打包为二进制（如起始地址 4 字节）
import struct
# threading：后台线程持续拉取屏幕并推送
import threading
# sys：读取命令行参数（装置 IP）
import sys
# os：获取当前脚本目录，拼接 favicon 路径
import os
# io：BytesIO 用于在内存中保存 PNG
import io
# typing：类型注解
from typing import Optional, Tuple, Set

# Flask：Web 框架，提供 HTTP 路由
from flask import Flask, request, send_file
# SocketIO：WebSocket 支持，实现实时双向通信
from flask_socketio import SocketIO, emit

# =============================================================================
# 协议常量（RemoDispBus）
# =============================================================================
# TAG_CLIENT 0xAA：客户端发送帧的帧头标识
# TAG_DEVICE 0xBB：设备回复帧的帧头标识
TAG_CLIENT, TAG_DEVICE = 0xAA, 0xBB
# PORT 7003：RemoDispBus 协议默认端口
PORT = 7003
# CMD_KEEPLIVE 0：保活
# CMD_INIT 1：初始化，获取屏幕宽高、显存大小
# CMD_KEY 2：按键
# CMD_LCDMEM 3：读取显存（屏幕画面）
CMD_KEEPLIVE, CMD_INIT, CMD_KEY, CMD_LCDMEM = 0, 1, 2, 3

# =============================================================================
# 全局状态
# =============================================================================
# _sock：与 DTU 装置的 TCP socket，None 表示未连接
_sock: Optional[socket.socket] = None
# _init_info：初始化信息（width/height/mem_size），由 CMD_INIT 获取
_init_info: Optional[dict] = None
# _screen_clients：当前需要接收屏幕推送的 WebSocket 客户端 sid 集合
_screen_clients: Set[str] = set()
# _refresh_thread：后台刷新线程，持续拉取屏幕并推送
_refresh_thread: Optional[threading.Thread] = None
# _refresh_stop：Event，set 时刷新线程退出
_refresh_stop = threading.Event()


# =============================================================================
# 协议帧编解码
# =============================================================================

def calc_crc(data: bytes) -> int:
    """
    对数据区逐字节异或，取低 8 位作为 CRC 校验码。
    协议规定：CRC = data[0] ^ data[1] ^ ... ^ data[n-1]，取低 8 位。
    """
    crc = 0  # 初始值为 0
    for b in data:
        crc ^= b  # 逐字节异或
    return crc & 0xFF  # 取低 8 位作为最终 CRC


def build_frame(cmd: int, data: bytes) -> bytes:
    """
    构造一帧发送数据，格式: [TAG(1)][cmd(1)][len_hi(1)][len_lo(1)][data][crc(1)]
    length 大端 2 字节；crc 对 data 计算。
    """
    length = len(data)  # 数据区长度
    # 构造帧头：TAG_CLIENT + cmd + 长度高字节 + 长度低字节（大端序）
    header = bytes([TAG_CLIENT, cmd & 0xFF, (length >> 8) & 0xFF, length & 0xFF])
    return header + data + bytes([calc_crc(data)])  # 帧头 + 数据 + CRC


def parse_frame(raw: bytes) -> Optional[Tuple[int, bytes]]:
    """
    解析设备回复帧，返回 (cmd, data) 或 None。
    帧格式: [TAG(1)][cmd(1)][len_hi(1)][len_lo(1)][data(length)][crc(1)]
    """
    if len(raw) < 6 or raw[0] != TAG_DEVICE:  # 至少 6 字节且帧头为 TAG_DEVICE
        return None
    length = (raw[2] << 8) | raw[3]  # 大端序解析数据区长度
    if len(raw) < 4 + length + 1:  # 检查是否收齐整帧（头4字节+数据+CRC1字节）
        return None
    data = raw[4:4 + length]  # 提取数据区
    if calc_crc(data) != raw[4 + length]:  # CRC 校验失败
        return None
    return (raw[1], data)  # 返回 (命令码, 数据)


# =============================================================================
# 连接与收发
# =============================================================================

def connect(host: str, port: int = PORT) -> bool:
    """
    建立与 DTU 装置的 TCP 连接。
    若有旧连接则先关闭；连接时超时 3 秒；连接成功后设为 2 秒。
    """
    global _sock, _init_info
    try:
        if _sock:
            _sock.close()  # 关闭旧连接
        _sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)  # 创建 TCP socket
        _sock.settimeout(3.0)  # 连接阶段超时 3 秒
        _sock.connect((host, port))  # 连接目标主机和端口
        _sock.settimeout(2.0)  # 连接成功后收发超时 2 秒
        return True
    except Exception:
        return False


def _send(cmd: int, data: bytes = b"") -> bool:
    """发送一帧到设备"""
    if not _sock:
        return False
    try:
        _sock.sendall(build_frame(cmd, data))  # 构造帧并一次性发送
        return True
    except Exception:
        return False


def _recv() -> Optional[Tuple[int, bytes]]:
    """
    从设备接收一帧，一次性 recv 最多 256KB。
    至少需 5 字节（4 字节头+1 字节数据或 CRC）；根据头中 length 检查是否收齐整帧。
    """
    if not _sock:
        return None
    try:
        data = _sock.recv(256 * 1024)  # 单次接收最多 256KB
        if len(data) < 5:  # 至少需要 5 字节（4 头 + 1 数据/CRC）
            return None
        length = (data[2] << 8) | data[3]  # 解析数据区长度
        if len(data) < 4 + length + 1:  # 数据不完整
            return None
        return parse_frame(data[:4 + length + 1])  # 解析并返回 (cmd, data)
    except Exception:
        return None


def send_key(code: int) -> bool:
    """发送按键码到设备"""
    return _send(CMD_KEY, bytes([code & 0xFF]))  # 按键码单字节


def fetch_screen() -> Optional[bytes]:
    """
    向设备请求当前屏幕显存，返回 1bpp 位图数据。
    发送 CMD_LCDMEM + 起始地址 0；设备回复 payload 前 4 字节为地址，后续为位图，返回 payload[4:]。
    """
    if not _sock:
        return None
    if not _send(CMD_LCDMEM, struct.pack(">I", 0)):  # 发送读取显存命令，起始地址 0（大端 4 字节）
        return None
    result = _recv()  # 接收设备回复
    if result and result[0] == CMD_LCDMEM:  # 确认为 LCDMEM 回复
        payload = result[1]  # 数据区
        if len(payload) >= 4:  # 前 4 字节为地址，后面是位图
            return payload[4:]
        return payload or None
    return None


def mono_to_png(data: bytes, width: int, height: int) -> Optional[bytes]:
    """
    将 1bpp 位图转为 PNG 字节流。
    每字节 8 像素，高位在前；bi=(y*w+x)//8 为字节索引，bit=7-(x%8) 为位索引；1 为白 255，0 为黑 0。
    """
    try:
        from PIL import Image
        img = Image.new("1", (width, height))  # 创建 1bpp 黑白图像
        pix = img.load()  # 获取像素访问对象
        for y in range(height):
            for x in range(width):
                bi = (y * width + x) // 8  # 字节索引：每 8 像素一字节
                bit = 7 - (x % 8)  # 位索引：高位在前
                pix[x, y] = 255 if (bi < len(data) and (data[bi] >> bit) & 1) else 0  # 1→白 0→黑
        buf = io.BytesIO()  # 内存缓冲区
        img.save(buf, format="PNG")  # 保存为 PNG 格式
        return buf.getvalue()  # 返回 PNG 字节流
    except ImportError:
        return None


def disconnect_device():
    """关闭与设备的连接"""
    global _sock, _init_info
    try:
        if _sock:
            _sock.close()  # 关闭 socket
            _sock = None  # 清空引用
        _init_info = None  # 清空初始化信息
    except Exception:
        pass


# =============================================================================
# 屏幕推送线程
# =============================================================================

def _screen_refresh_loop():
    """
    后台线程：每约 100ms 拉取一帧屏幕，转 PNG 后 base64 推送给各 WebSocket 客户端。
    _refresh_stop.wait(0.1) 既作间隔，也便于收到 set 时快速退出。
    """
    global _screen_clients, _refresh_stop
    while not _refresh_stop.is_set():  # 未被要求停止时持续循环
        if _screen_clients and _sock:  # 有客户端且已连接设备
            data = fetch_screen()  # 拉取屏幕位图
            if data:
                info = _init_info or {}  # 获取宽高，缺省 160x160
                w, h = info.get("width", 160), info.get("height", 160)
                png = mono_to_png(data, w, h)  # 转为 PNG
                if png:
                    b64 = base64.b64encode(png).decode("ascii")  # base64 编码便于 JSON 传输
                    for sid in list(_screen_clients):  # 复制列表避免迭代时修改
                        try:
                            socketio.emit("screen", {"png": b64, "w": w, "h": h}, room=sid)  # 推送给该客户端
                        except Exception:
                            pass
        _refresh_stop.wait(timeout=0.1)  # 等待 100ms，若被 set 则立即返回


# =============================================================================
# Flask + SocketIO
# =============================================================================

app = Flask(__name__)  # 创建 Flask 应用
app.config["SECRET_KEY"] = "remo_disp"  # 会话密钥
socketio = SocketIO(app, cors_allowed_origins="*")  # 创建 SocketIO，允许跨域

FAVICON_PATH = os.path.join(os.path.dirname(__file__), "static", "favicon.ico")  # favicon 文件路径


@app.route("/favicon.ico")
def favicon():
    """提供网站图标"""
    if os.path.exists(FAVICON_PATH):
        return send_file(FAVICON_PATH, mimetype="image/x-icon")
    return "", 404  # 不存在则返回 404


@app.route("/")
@app.route("/index.html")
def index():
    """主页，返回前端 HTML"""
    return send_file(
        os.path.join(os.path.dirname(__file__), "remo_disp_ui.html"),
        mimetype="text/html; charset=utf-8",
    )


@socketio.on("connect")
def on_connect():
    """WebSocket 客户端连接时触发（可留空）"""
    pass


@socketio.on("disconnect")
def on_disconnect():
    """WebSocket 客户端断开（关标签页等）时，从 _screen_clients 移除，若无客户端则断开设备"""
    global _screen_clients, _refresh_thread, _refresh_stop
    sid = request.sid  # 获取断开客户端的 session id
    if sid in _screen_clients:
        _screen_clients.discard(sid)  # 从订阅列表移除
        if not _screen_clients:  # 若无其他客户端
            _refresh_stop.set()  # 通知刷新线程停止
            disconnect_device()  # 断开设备连接


@socketio.on("connect_device")
def on_connect_device(data):
    """前端请求连接设备：连接成功后加入 _screen_clients，启动刷新线程，回复 connect_result"""
    global _screen_clients, _refresh_thread, _refresh_stop
    host = (data.get("host") or "").strip()  # 从 data 取 host，去空格
    port = int(data.get("port") or PORT)  # 从 data 取 port，缺省 7003
    ok = connect(host, port)  # 建立 TCP 连接
    if ok:
        _screen_clients.add(request.sid)  # 将当前客户端加入屏幕订阅
        _refresh_stop.clear()  # 清除停止标志，允许刷新线程运行
        if _refresh_thread is None or not _refresh_thread.is_alive():  # 刷新线程未运行
            _refresh_thread = threading.Thread(target=_screen_refresh_loop, daemon=True)  # 创建后台线程
            _refresh_thread.start()  # 启动线程
        emit("connect_result", {"success": True})  # 回复连接成功
    else:
        emit("connect_result", {"success": False, "error": "connect failed"})  # 回复连接失败


@socketio.on("disconnect_device")
def on_disconnect_device():
    """前端请求断开设备：从 _screen_clients 移除，若无客户端则断开设备，回复 disconnect_result"""
    global _screen_clients, _refresh_stop
    sid = request.sid
    _screen_clients.discard(sid)  # 从订阅列表移除
    if not _screen_clients:  # 若无其他客户端
        _refresh_stop.set()  # 通知刷新线程停止
        disconnect_device()  # 断开设备连接
    emit("disconnect_result", {"ok": True})  # 回复断开成功


@socketio.on("key")
def on_key(data):
    """前端发送按键：从 data 取 code，转发给设备"""
    code = int(data.get("code", 0))  # 按键码，缺省 0
    send_key(code)  # 发送给 DTU 设备


# =============================================================================
# 启动
# =============================================================================

def main():
    """主入口：启动 Web 服务"""
    port = 8181  # HTTP 服务端口
    print(f"远程显示服务: http://localhost:{port}")
    print("使用 WebSocket 传输，在浏览器中打开上述地址")
    if len(sys.argv) >= 2:
        connect(sys.argv[1])  # 若命令行有 IP，预连接
        print(f"已预连接: {sys.argv[1]}")
    socketio.run(app, host="0.0.0.0", port=port, debug=True, allow_unsafe_werkzeug=True)  # 监听所有网卡


if __name__ == "__main__":
    main()
