嵌入式Web Server中EGI技術(shù)的應(yīng)用

摘要 嵌入式Web Server大多應(yīng)用在測(cè)試控制領(lǐng)域，因此，Server與外界的交互通信必不可少，傳統(tǒng)的WebServer是在客戶端請(qǐng)求時(shí)發(fā)送相應(yīng)靜態(tài)HTML頁(yè)面，只是起到一個(gè)文件服務(wù)器的功能。本文基于uIP協(xié)議棧的移植，編程實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議，詳細(xì)討論如何使嵌入式Web Scrver動(dòng)態(tài)生成網(wǎng)頁(yè)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)PC機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(CGI)并非特別適合嵌入式Weh Server，因此提出了EGI(嵌入式網(wǎng)關(guān)接口)技術(shù)來(lái)增強(qiáng)嵌入式Web的動(dòng)態(tài)功能。
關(guān)鍵詞 uIP協(xié)議棧嵌入式Wcb Server 公共網(wǎng)關(guān)接口 嵌入式網(wǎng)關(guān)接口

1 uIP協(xié)議棧的移植
    協(xié)議棧采用瑞典計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所Adam Dunkels開(kāi)發(fā)的uIP0．9。其功能特性總結(jié)如下：完整的說(shuō)明文檔和公開(kāi)的源代碼(全部用C語(yǔ)言編寫(xiě)，并附有詳細(xì)注釋)；極少的代碼占用量和RAM資源要求，尤其適用于8/16位單片機(jī)；高度可配置性，以適應(yīng)不同資源條件和應(yīng)用場(chǎng)合；支持ARP、IP、ICMP、TCP、UDP(可選)等必要的功能特性；支持多個(gè)主動(dòng)連接和被動(dòng)連接并發(fā)，支持連接的動(dòng)態(tài)分配和釋放；簡(jiǎn)易的應(yīng)用層接口和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層接口；完善的示例程序和應(yīng)用協(xié)議實(shí)現(xiàn)范例。

    要想使uIP協(xié)議棧順利運(yùn)行，需要為其編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，包括CS8900A的初始化、發(fā)送函數(shù)以及接收函數(shù)。接收數(shù)據(jù)放在uip_buf里，供uip_input()函數(shù)處理。發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為uip_len。首先發(fā)送uip-bur中前(40+UIP_LLH_LEN)個(gè)數(shù)據(jù)，接著發(fā)送uip-appdata指針?biāo)赶虻拇鎯?chǔ)區(qū)域的數(shù)據(jù)。這是因?yàn)閡ip-buf中前(40+UIP_LLH_LEN)個(gè)數(shù)據(jù)是物理層添加的頭，即日的物理地址與本地物理地址，而后部分?jǐn)?shù)據(jù)是應(yīng)用層處理后返同的數(shù)據(jù)。

    另一個(gè)需要驅(qū)動(dòng)程序支持的函數(shù)是uip_periodic(conn)。這個(gè)函數(shù)用于uIP內(nèi)核對(duì)各連接的定時(shí)輪詢，因此需要一個(gè)硬件支持的定時(shí)程序周期性地用它輪詢各連接。一般用于檢查主機(jī)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，若有，則構(gòu)造IP包。

    需要注意的問(wèn)題是：一般情況下，C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)體struct是4字節(jié)對(duì)齊的，但是在處理數(shù)據(jù)包時(shí)，uIP是根據(jù)結(jié)構(gòu)體中不同數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度來(lái)讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)的，所以一定要在定義struct時(shí)使用_(attrlbute)_packed關(guān)鍵字，讓編譯器放棄struct的字節(jié)對(duì)齊。

2 嵌入式Web Servor的工作過(guò)程
2．1 靜態(tài)Web Server
    Web Servet是基于HTTP協(xié)泌的。在實(shí)驗(yàn)箱上搭建的嵌入式Web Seiver一直處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，即一直判斷網(wǎng)卡的接收數(shù)據(jù)位是否置位。若是，則調(diào)用uip_input()函數(shù)處理uip-buf[]里的數(shù)據(jù)。

    當(dāng)在PC端瀏覽器的地址欄里輸入ARM的IP地址并按下回車(chē)鍵時(shí)，PC端首先發(fā)一個(gè)arp查詢包。接收到arp應(yīng)答后，PC端與ARM建立連接。經(jīng)過(guò)3次握手后，TCP1連接已經(jīng)建立起來(lái)了，客戶機(jī)現(xiàn)在向端口 80(HTTP端口)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求。具體的數(shù)據(jù)包如圖1所示。

    Web服務(wù)器會(huì)處理此請(qǐng)求，Web頁(yè)面將在接下來(lái)的數(shù)據(jù)包中返同。HTTP的GET請(qǐng)求并沒(méi)有指定具體的HTML頁(yè)面，Web服務(wù)器返回默認(rèn)頁(yè)面，即index．html。具體的數(shù)據(jù)包如圖2所示。

    服務(wù)器處理Web頁(yè)面請(qǐng)求：服務(wù)器基于IP地址和客戶機(jī)請(qǐng)求的端口號(hào)來(lái)響應(yīng)Web業(yè)務(wù)。該響應(yīng)包括建立Web頁(yè)面需要的信息，客戶機(jī)的Web瀏覽器(如IE)得到這些消息并顯示在屏幕上。如果需要從Web服務(wù)器得到更多信息(如圖片、按鈕、動(dòng)畫(huà)等)，則客戶端會(huì)繼續(xù)發(fā)送請(qǐng)求，直到完整顯示整個(gè)Web頁(yè)面。

2.2 CGI
    如果僅僅傳送靜態(tài)的HTML頁(yè)面，那么上述的技術(shù)已經(jīng)足夠。然而，在構(gòu)造嵌入式Web Server時(shí)，更需要一些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，如溫度、電壓等動(dòng)態(tài)物理量。這時(shí)就需要引入通用網(wǎng)關(guān)接口CGI(Common Gateway Interface)。CGI是HTTP服務(wù)器與其他機(jī)器上的程序進(jìn)行“交談”的一種工具，其程序須運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上。絕大多數(shù)的CGI程序被用來(lái)解釋處理來(lái)自表單的輸入信息，并在服務(wù)器產(chǎn)生相應(yīng)的處理，或?qū)⑾鄳?yīng)的信息反饋給瀏覽器。CGI程序使網(wǎng)頁(yè)具有交互功能。
    CGl處理步驟：
    ◇通過(guò)Internet把用戶請(qǐng)求送到服務(wù)器；
    ◇服務(wù)器接收用戶請(qǐng)求并交給CGI程序處理：
    ◇CGI程序把處理結(jié)果傳送給服務(wù)器；
    ◇服務(wù)器把結(jié)果送網(wǎng)到用戶。

2．3 EGl
    CGI適用于PC機(jī)上，然而在嵌入式系統(tǒng)中并不是很好用，因此程序員被迫要用print聲明創(chuàng)建整個(gè)網(wǎng)頁(yè)，而不是通過(guò)更新已存在頁(yè)的變量來(lái)整合出想要的數(shù)據(jù)。因此人們提出了一種新的技術(shù)——EGI(Embeded(Gateway In-terface)。下面結(jié)合uIP協(xié)議棧在嵌入式系統(tǒng)中的移植來(lái)具體探索EGI技術(shù)在嵌入式Web Server的應(yīng)用。

    如上所述，當(dāng)客戶端瀏覽器的地址欄輸入Web Server地址后，客戶端與Web Server建立了連接，并在這個(gè)連接之上傳輸數(shù)據(jù)。

    在server端，系統(tǒng)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換采集模擬量，得到的結(jié)果存放在2個(gè)全局變量ADl和AD2里。在PC端，瀏覽器發(fā)出的請(qǐng)求包已經(jīng)改變?yōu)閳D3所示的情況。

    比較圖1和圖3可以很清楚地看到，劃線部分是兩種請(qǐng)求的不同之處。服務(wù)器會(huì)判斷是否為EGI請(qǐng)求。如果是，服務(wù)器就調(diào)用EGI程序。下面是EGI的執(zhí)行步驟：
    ①判斷客戶端申請(qǐng)的頁(yè)面，并發(fā)出HTML頁(yè)面頭；服務(wù)器的文件組織是一個(gè)隊(duì)列的結(jié)構(gòu)形式。以筆者的課題為例，文件服務(wù)器包括：index．htm、about．htm、contro1．html等靜態(tài)頁(yè)面，也包括file_headr_html.htm、file_cgi、file_foot_html．plain等動(dòng)態(tài)頁(yè)面。找出／cgi／后，空格(0x20)前的字符串，也就是“files”，然后用這個(gè)字符串在隊(duì)列中的文件名中進(jìn)行查找。如果匹配，就對(duì)該文件進(jìn)行字符處理，即對(duì)file_cgi進(jìn)行處理。預(yù)先規(guī)定cgi文件里包括3部分：I/文件頭／；c(a．b，c)；I／文件尾／。I包含文件頭或文件尾，c是EGI處理，有a、b、c三種EGI處理方法。服務(wù)器第1步就是發(fā)送I／文件頭／中的文件頭。即file-headr_html.htm。
    ②處理完cgi文件里第1部分后，進(jìn)入第2部分，即c(a．b，c)。這里可以進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果發(fā)送出去。
    ③處理cgi文件里第3部分，發(fā)送文件尾，即file_foot_html.plain。
    EGI技術(shù)的出現(xiàn)使我們可以根據(jù)申請(qǐng)，即時(shí)構(gòu)造頁(yè)面。這在數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。下面是本課題中應(yīng)用EGI技術(shù)，在瀏覽器里以圖表形式實(shí)時(shí)顯示采集到的模擬量。如圖4所示，用兩個(gè)類(lèi)似溫度計(jì)的圖形來(lái)顯示服務(wù)器端采集到的數(shù)據(jù)。客戶端每隔一段時(shí)間就自動(dòng)刷新顯示，發(fā)送EGI請(qǐng)求，服務(wù)器端把最新的數(shù)據(jù)所構(gòu)造的網(wǎng)頁(yè)發(fā)送過(guò)來(lái)。

3 結(jié)論
    目前，嵌入式Web Server應(yīng)用在多種場(chǎng)合，EGI技術(shù)的引入使嵌入式Web具有動(dòng)態(tài)交互功能，如使得遠(yuǎn)程監(jiān)控、測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。