嵌入式Web Server中EGI技術的應用

摘要 嵌入式Web Server大多應用在測試控制領域，因此，Server與外界的交互通信必不可少，傳統(tǒng)的WebServer是在客戶端請求時發(fā)送相應靜態(tài)HTML頁面，只是起到一個文件服務器的功能。本文基于uIP協(xié)議棧的移植，編程實現(xiàn)HTTP協(xié)議，詳細討論如何使嵌入式Web Scrver動態(tài)生成網頁。因為傳統(tǒng)PC機上的網絡技術(CGI)并非特別適合嵌入式Weh Server，因此提出了EGI(嵌入式網關接口)技術來增強嵌入式Web的動態(tài)功能。
關鍵詞 uIP協(xié)議棧嵌入式Wcb Server 公共網關接口 嵌入式網關接口

1 uIP協(xié)議棧的移植
    協(xié)議棧采用瑞典計算機科學研究所Adam Dunkels開發(fā)的uIP0．9。其功能特性總結如下：完整的說明文檔和公開的源代碼(全部用C語言編寫，并附有詳細注釋)；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；高度可配置性，以適應不同資源條件和應用場合；支持ARP、IP、ICMP、TCP、UDP(可選)等必要的功能特性；支持多個主動連接和被動連接并發(fā)，支持連接的動態(tài)分配和釋放；簡易的應用層接口和設備驅動層接口；完善的示例程序和應用協(xié)議實現(xiàn)范例。

    要想使uIP協(xié)議棧順利運行，需要為其編寫驅動程序，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)長度為uip_len。首先發(fā)送uip-bur中前(40+UIP_LLH_LEN)個數(shù)據(jù)，接著發(fā)送uip-appdata指針所指向的存儲區(qū)域的數(shù)據(jù)。這是因為uip-buf中前(40+UIP_LLH_LEN)個數(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，而后部分數(shù)據(jù)是應用層處理后返同的數(shù)據(jù)。

    另一個需要驅動程序支持的函數(shù)是uip_periodic(conn)。這個函數(shù)用于uIP內核對各連接的定時輪詢，因此需要一個硬件支持的定時程序周期性地用它輪詢各連接。一般用于檢查主機是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，若有，則構造IP包。

    需要注意的問題是：一般情況下，C語言的結構體struct是4字節(jié)對齊的，但是在處理數(shù)據(jù)包時，uIP是根據(jù)結構體中不同數(shù)據(jù)的長度來讀取相應數(shù)據(jù)的，所以一定要在定義struct時使用_(attrlbute)_packed關鍵字，讓編譯器放棄struct的字節(jié)對齊。

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

    當在PC端瀏覽器的地址欄里輸入ARM的IP地址并按下回車鍵時，PC端首先發(fā)一個arp查詢包。接收到arp應答后，PC端與ARM建立連接。經過3次握手后，TCP1連接已經建立起來了，客戶機現(xiàn)在向端口 80(HTTP端口)發(fā)送一個請求。具體的數(shù)據(jù)包如圖1所示。

    Web服務器會處理此請求，Web頁面將在接下來的數(shù)據(jù)包中返同。HTTP的GET請求并沒有指定具體的HTML頁面，Web服務器返回默認頁面，即index．html。具體的數(shù)據(jù)包如圖2所示。

    服務器處理Web頁面請求：服務器基于IP地址和客戶機請求的端口號來響應Web業(yè)務。該響應包括建立Web頁面需要的信息，客戶機的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服務器得到更多信息(如圖片、按鈕、動畫等)，則客戶端會繼續(xù)發(fā)送請求，直到完整顯示整個Web頁面。

2.2 CGI
    如果僅僅傳送靜態(tài)的HTML頁面，那么上述的技術已經足夠。然而，在構造嵌入式Web Server時，更需要一些動態(tài)數(shù)據(jù)，如溫度、電壓等動態(tài)物理量。這時就需要引入通用網關接口CGI(Common Gateway Interface)。CGI是HTTP服務器與其他機器上的程序進行“交談”的一種工具，其程序須運行在網絡服務器上。絕大多數(shù)的CGI程序被用來解釋處理來自表單的輸入信息，并在服務器產生相應的處理，或將相應的信息反饋給瀏覽器。CGI程序使網頁具有交互功能。
    CGl處理步驟：
    ◇通過Internet把用戶請求送到服務器；
    ◇服務器接收用戶請求并交給CGI程序處理：
    ◇CGI程序把處理結果傳送給服務器；
    ◇服務器把結果送網到用戶。

2．3 EGl
    CGI適用于PC機上，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)建整個網頁，而不是通過更新已存在頁的變量來整合出想要的數(shù)據(jù)。因此人們提出了一種新的技術——EGI(Embeded(Gateway In-terface)。下面結合uIP協(xié)議棧在嵌入式系統(tǒng)中的移植來具體探索EGI技術在嵌入式Web Server的應用。

    如上所述，當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，并在這個連接之上傳輸數(shù)據(jù)。

    在server端，系統(tǒng)通過A/D轉換采集模擬量，得到的結果存放在2個全局變量ADl和AD2里。在PC端，瀏覽器發(fā)出的請求包已經改變?yōu)閳D3所示的情況。

    比較圖1和圖3可以很清楚地看到，劃線部分是兩種請求的不同之處。服務器會判斷是否為EGI請求。如果是，服務器就調用EGI程序。下面是EGI的執(zhí)行步驟：
    ①判斷客戶端申請的頁面，并發(fā)出HTML頁面頭；服務器的文件組織是一個隊列的結構形式。以筆者的課題為例，文件服務器包括：index．htm、about．htm、contro1．html等靜態(tài)頁面，也包括file_headr_html.htm、file_cgi、file_foot_html．plain等動態(tài)頁面。找出／cgi／后，空格(0x20)前的字符串，也就是“files”，然后用這個字符串在隊列中的文件名中進行查找。如果匹配，就對該文件進行字符處理，即對file_cgi進行處理。預先規(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，進入第2部分，即c(a．b，c)。這里可以進行A／D轉換，并將結果發(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技術的出現(xiàn)使我們可以根據(jù)申請，即時構造頁面。這在數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控領域有著廣泛的應用。下面是本課題中應用EGI技術，在瀏覽器里以圖表形式實時顯示采集到的模擬量。如圖4所示，用兩個類似溫度計的圖形來顯示服務器端采集到的數(shù)據(jù)?？蛻舳嗣扛粢欢螘r間就自動刷新顯示，發(fā)送EGI請求，服務器端把最新的數(shù)據(jù)所構造的網頁發(fā)送過來。

3 結論
    目前，嵌入式Web Server應用在多種場合，EGI技術的引入使嵌入式Web具有動態(tài)交互功能，如使得遠程監(jiān)控、測量成為現(xiàn)實。