摘要：主要介紹嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的設(shè)計(jì)思想和軟件設(shè)計(jì)流程，以及應(yīng)用程序文件系統(tǒng)的構(gòu)造，將網(wǎng)頁(yè)文件轉(zhuǎn)化為可編譯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；并以32位ARM7微處理器LPC2210為硬件平臺(tái)，在源碼公開(kāi)的ZLG／IP軟件包的支持下，給出了一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞：Web服務(wù)器；應(yīng)用程序文件系統(tǒng)；LPC2210；ZLG／IP軟件包
1 概述
隨著嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)或者Internet逐步成為一種發(fā)展趨勢(shì)。嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)以其良好的通用性和交互性為嵌入式設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接口，對(duì)嵌入式設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理和控制，是實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的重要技術(shù)。
本設(shè)計(jì)提出的基于ARM7的嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)有三大技術(shù)亮點(diǎn)：
①采用瀏覽器／服務(wù)器(B／S)通信架構(gòu)。與客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器通信架構(gòu)相比，B／S架構(gòu)無(wú)需在客戶(hù)端上開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用軟件，只需從瀏覽器上輸入IP地址，直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。
②傳統(tǒng)的Web服務(wù)器需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持用來(lái)保存內(nèi)容，因而對(duì)用于存儲(chǔ)的硬件設(shè)備要求更高，增加了成本。本設(shè)計(jì)只需構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的文件系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)頁(yè)文件進(jìn)行管理，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)轉(zhuǎn)換程序?qū)⒕W(wǎng)頁(yè)文件轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制的可編譯的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一種直接綁定在一個(gè)應(yīng)用程序
上面的文件系統(tǒng)。
③本設(shè)計(jì)構(gòu)造的Web服務(wù)器提供動(dòng)態(tài)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)表單的支持，能滿(mǎn)足一般嵌入式設(shè)備的應(yīng)用要求。
2 HTTP協(xié)議討論
HTTP(超文本傳輸協(xié)議)是一種應(yīng)用層協(xié)議。Web服務(wù)器是基于HTTP協(xié)議運(yùn)行的，Web服務(wù)器和Web客戶(hù)機(jī)之間通過(guò)HTTP協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信。在進(jìn)行通信前，先要建立客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器之間的連接：?jiǎn)?dòng)Web服務(wù)器，啟動(dòng)后服務(wù)器將監(jiān)聽(tīng)80端口號(hào)，Web客戶(hù)機(jī)發(fā)送一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)產(chǎn)生的連接端口號(hào)連上服務(wù)器，從而建立一個(gè)通信通道。
HTTP協(xié)議基于請(qǐng)求／響應(yīng)模式。一個(gè)客戶(hù)機(jī)與服務(wù)器建立好連接后，向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求報(bào)文，服務(wù)器接到請(qǐng)求后給予相應(yīng)的響應(yīng)信息。響應(yīng)信息的格式為一個(gè)狀態(tài)行(包括信息的HTTP協(xié)議版本號(hào)、一個(gè)成功或錯(cuò)誤的代碼)，再跟上MIME信息(包括某些通用且詳細(xì)的有關(guān)應(yīng)答的信息，如可選報(bào)頭、報(bào)文報(bào)體等)。HTTP協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3 嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)
3．1 嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)思想
嵌入式Web服務(wù)器主要有以下2個(gè)用途：根據(jù)Web客戶(hù)機(jī)的請(qǐng)求為其提供設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)；從客戶(hù)機(jī)提取控制信息，更改設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等。由于嵌入式系統(tǒng)資源的有限性，本文設(shè)計(jì)的Web服務(wù)器具有很強(qiáng)的針對(duì)性，具體包含以下性能：
①對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)表單的支持，Web服務(wù)器只需處理GET和POST請(qǐng)求方法，無(wú)需提供對(duì)其他請(qǐng)求方法的支持。
②用于內(nèi)容保存的“應(yīng)用程序”文件系統(tǒng)，即將內(nèi)容文件轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直接綁定在一個(gè)應(yīng)用程序上面。
③嵌入式Web服務(wù)器只實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)控制相關(guān)的頁(yè)面。
嵌入式Web服務(wù)器模型層次如圖2所示。
3．2 對(duì)動(dòng)態(tài)內(nèi)容和動(dòng)態(tài)表單的實(shí)現(xiàn)
先編寫(xiě)一個(gè)包含動(dòng)態(tài)標(biāo)志和表單的HTML文件，再分別編寫(xiě)動(dòng)態(tài)內(nèi)容處理功能函數(shù)和表單分析處理函數(shù)。在建立HTTP服務(wù)器套接字之前，需要先安裝好自己句柄，將網(wǎng)頁(yè)中的動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)與其對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)內(nèi)容處理功能函數(shù)，以及表單標(biāo)識(shí)與表單分析處理函數(shù)相關(guān)聯(lián)。圖2中的動(dòng)態(tài)內(nèi)容／句柄API就是用來(lái)提供變量名／表單名與用戶(hù)定義功能之間的聯(lián)系。
動(dòng)態(tài)內(nèi)容安裝句柄：
addDynamicContent(“temperature”，＆getTemper)；
表單安裝句柄：
addDynamicHandler("／control"，＆myHandler)；
其中，temperature和／control分別為網(wǎng)頁(yè)中的動(dòng)態(tài)內(nèi)容標(biāo)識(shí)和表單標(biāo)識(shí)，getTemper和myHandler分別為動(dòng)態(tài)內(nèi)容處理功能函數(shù)和表單分析處理函數(shù)。
這樣，每當(dāng)有GET請(qǐng)求時(shí)，動(dòng)態(tài)內(nèi)容處理功能函數(shù)的返回值將替代動(dòng)態(tài)標(biāo)志的值嵌入到內(nèi)容流中。每當(dāng)有POST請(qǐng)求時(shí)，表單分析處理函數(shù)調(diào)用parseVarialbe功能，簡(jiǎn)單地在內(nèi)容中查找變量名。一旦發(fā)現(xiàn)，這個(gè)值便被復(fù)制到用戶(hù)緩沖器中，直到發(fā)現(xiàn)分界符“＆”。POST構(gòu)造一個(gè)包括報(bào)體的HTTP請(qǐng)求報(bào)文，發(fā)送給Web服務(wù)器。該報(bào)文按照鍵值對(duì)其進(jìn)行組裝，使用符號(hào)“＆”分隔。
3．3 嵌入式Web服務(wù)器主程序
嵌入式Web服務(wù)器主程序流程如圖3所示。本設(shè)計(jì)中使用的Web服務(wù)器套接字是典型的TCP流套接字。通過(guò)socket()創(chuàng)建一個(gè)套接字，使用bind()將該套接字綁定在80端口上，通過(guò)listen()設(shè)定監(jiān)聽(tīng)的連接數(shù)，最后調(diào)用accept()等待Web客戶(hù)機(jī)的連接請(qǐng)求。一個(gè)套接字支持一個(gè)請(qǐng)求，不能支持永久型連接。當(dāng)服務(wù)器接收到一個(gè)連接時(shí)，功能函數(shù)handleConnection()對(duì)用戶(hù)請(qǐng)求進(jìn)行解析，根據(jù)返回的內(nèi)容關(guān)閉客戶(hù)機(jī)套接字，然后等待另一個(gè)套接字請(qǐng)求。
對(duì)handleConneetion()功能函數(shù)(請(qǐng)求報(bào)文分析程序)分析如下：
①在HTTP請(qǐng)求報(bào)文中進(jìn)行讀操作，從該套接字循環(huán)讀取，直到滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件之一：查找到Content_Length報(bào)頭，確定報(bào)文報(bào)體大小；請(qǐng)求若為post方法，簡(jiǎn)單地查找+QUERY文本。
②處理HTTP請(qǐng)求類(lèi)型。對(duì)請(qǐng)求報(bào)文的第一個(gè)令牌進(jìn)行識(shí)別。如果為GET請(qǐng)求，則從中分析請(qǐng)求的文件名，使用lookupFilename()功能函數(shù)查找該文件名，若沒(méi)有則發(fā)送適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)碼給請(qǐng)求者，若有則調(diào)用returnFile原語(yǔ)通過(guò)套接字來(lái)發(fā)送請(qǐng)求文件。如果為HTTP POST請(qǐng)求，則再次分析文件名，然后通過(guò)call Dynamic Handle功能函數(shù)調(diào)用一個(gè)用戶(hù)定義的功能處理請(qǐng)求。若既非GET請(qǐng)求，也非POST請(qǐng)求，則返回狀態(tài)碼“not implemented”。
4 應(yīng)用程序文件系統(tǒng)的構(gòu)造
本設(shè)計(jì)使用一個(gè)特殊的buildfs應(yīng)用程序?qū)⒕W(wǎng)頁(yè)文件編譯為順序的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它將網(wǎng)頁(yè)文件所在的目錄路徑作為變量，將這個(gè)變量作為內(nèi)容樹(shù)的根。遍歷內(nèi)容樹(shù)，將遇到的每個(gè)文件累計(jì)到應(yīng)用程序文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，并寫(xiě)入文件filedata．c。文件filedata．c作為工程文件的一部分，一同被編譯、下載到硬件上。buildfs生成的應(yīng)用程序文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如表1所列。當(dāng)定位一個(gè)文件時(shí)，只需找到文件報(bào)頭，將文件項(xiàng)目的文件名和源文件名進(jìn)行比較。若文件匹配，則可將后來(lái)檢索的元素調(diào)出。
本設(shè)計(jì)采用HTML語(yǔ)言設(shè)計(jì)的嵌入式網(wǎng)頁(yè)文件如圖4所示。使用buildfs應(yīng)用程序生成該網(wǎng)頁(yè)文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖5所示。
5 測(cè)試HTTP服務(wù)器的應(yīng)用實(shí)例
本設(shè)計(jì)的軟件平臺(tái)構(gòu)成如圖6所示。硬件平臺(tái)由NXP公司的32位ARM7微處理器LPC2210和RTL8019AS網(wǎng)卡芯片構(gòu)成，如圖7所示。LPC2210是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入跟蹤的32／16位ARM7TDMI-SCPU。
圖6中TCP／IP協(xié)議棧使用周立功公司提供的ZLG／IP軟件包。修改軟件包中的cfg_net．h文件，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為與PC機(jī)相同，IP地址設(shè)置為192．168．0．174(與PC機(jī)同一網(wǎng)段)，網(wǎng)關(guān)設(shè)為PC機(jī)的IP地址。用雙絞線將PC機(jī)與RJ45以太網(wǎng)接口相連，啟動(dòng)微處理器LPC2210。在PC機(jī)上打開(kāi)Web瀏覽器，在地址欄輸入http：／／192.168.O.174／server.html，將出現(xiàn)如圖4所示的網(wǎng)頁(yè)文件。此時(shí)，測(cè)得的室內(nèi)溫度為26 ℃。
在Parameters Setring欄中輸入預(yù)設(shè)溫度和開(kāi)關(guān)的開(kāi)或關(guān)，單擊Upload按鈕，在Web服務(wù)器的表單分析程序中會(huì)將預(yù)設(shè)值和開(kāi)關(guān)值復(fù)制到用戶(hù)緩沖器中，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理。
結(jié)語(yǔ)
本文介紹了基于ARM7微處理器LPC2210的嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)方法，并用一個(gè)應(yīng)用實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法是可行的，可用于對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的應(yīng)用中。