基于GR47和MCU的無(wú)線嵌入式Web Server

引言

嵌入式Web Server具有靈活性、前沿性和解決問(wèn)題的有效性等優(yōu)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)智能設(shè)備中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文依托GPRS(通用分組無(wú)線電業(yè)務(wù))網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式Web Server的方法，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線接人嵌入式Web Server。

嵌入式Web Server是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，用戶可通過(guò)IE訪問(wèn)服務(wù)器的IP看到Web頁(yè)面。嵌入式Web Server的原理是把Web Server作為一個(gè)數(shù)據(jù)載體，Web Server監(jiān)聽(tīng)用戶端的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶請(qǐng)求類型提供相應(yīng)的服務(wù)，用戶端使用Web瀏覽器和Web服務(wù)器進(jìn)行通信。Web服務(wù)器在接收到用戶端請(qǐng)求后，處理用戶請(qǐng)求并返回需要的數(shù)據(jù)，一個(gè)完整的HTYP服務(wù)一般由以下幾個(gè)階段組成：客戶和服務(wù)器建立TCP連接；客戶向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求；如果請(qǐng)求被接收，則服務(wù)器發(fā)送應(yīng)答，在應(yīng)答中包含狀態(tài)碼和所要的文件；客戶和服務(wù)器關(guān)閉連接。嵌入式Web Serv-er可將本地的信息和數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給遠(yuǎn)端發(fā)出請(qǐng)求的客戶，這對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)很有意義。

GPRS是在現(xiàn)有的GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加一些硬件設(shè)備和進(jìn)行軟件升級(jí)而形成的一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，它是GSM Phase2+規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，是基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議。具有永遠(yuǎn)在線、快速登錄、按量計(jì)費(fèi)、切換自如、高速傳送、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。每一個(gè)移動(dòng)臺(tái)登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)后均會(huì)被GPRS服務(wù)器分配一個(gè)IP地址。通過(guò)此IP地址和對(duì)應(yīng)端口即可訪問(wèn)位于GPRS網(wǎng)絡(luò)上的嵌入式Web Server。

無(wú)線嵌入式Web Server在不需布線的情況下可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線互聯(lián)，并兼有Web的友好界面，實(shí)現(xiàn)GPRS在HTTP應(yīng)用層上通信，方便二次開(kāi)發(fā)和平臺(tái)移植。

1無(wú)線嵌人式Web Server

目前中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)路由分配給移動(dòng)臺(tái)的是內(nèi)部IP，所以只能實(shí)現(xiàn)路由內(nèi)部局域網(wǎng)的訪問(wèn)，即由一臺(tái)通過(guò)GPRS Modem上網(wǎng)的MCU來(lái)訪問(wèn)嵌入式Web Server，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

1.1 GR47 GPRS模塊

Sony Ericsson公司提供的具有內(nèi)置YCP／IP協(xié)議棧的GR47模塊，其功能強(qiáng)大，使用方便，性能穩(wěn)定，具有良好的技術(shù)服務(wù)支持，性價(jià)比高，向用戶提供了標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口和豐富的AT指令集，用戶可以很方便地將其集成到各種數(shù)據(jù)終端之中。它的優(yōu)勢(shì)是始終保持在線連接、數(shù)據(jù)傳輸快速穩(wěn)定，具備快速GPRS技術(shù)，根據(jù)實(shí)際測(cè)試，掉線概率非常小。

使用AT命令操作GR47建立和斷開(kāi)一個(gè)TCP／IP會(huì)話的步驟如下：

a)定義一個(gè)PDP上下文：

AT+CGDCONT=1，"IP"，"CMNET"<CR>=>OK

b)激活已定義的PDP上下文：

AT*E2IPA=1.1<CR>=>OK

c)查詢模塊和移動(dòng)GPRS服務(wù)器的IP地址：

AT*E2IPI=0<CR>=>*E2IPI：10.165.192.25

AT*E2IPI=1<CR>=>*E2IPI：211.137.64.163

d)監(jiān)聽(tīng)80端口，模塊處于在線數(shù)據(jù)狀態(tài)AT*E2IPL1=80，1，50，1

e)設(shè)置DTR低電平(TTL)并延遲一段時(shí)間。置高=>OK，此時(shí)模塊將返回在線命令狀態(tài)。

f)返回在線數(shù)據(jù)狀態(tài)：

ATO<CR>=>OK

g)將DTR線置低，延遲再置高，重新返回到在線命令狀態(tài)。

h)返回在線命令狀態(tài)后斷開(kāi)IP連接：

AT*E2IPA=0.1<CR>=>OK

AT*E2IPC<CR>=>OK

GR47登錄GPRS網(wǎng)絡(luò)后，使用AT*E2IPL命令設(shè)置監(jiān)聽(tīng)80端口，等待客戶端HTTP連接。

1.2嵌入式Web Server的實(shí)現(xiàn)

GPRS模塊GR47集成了TCP／IP協(xié)議，并且可以通過(guò)監(jiān)聽(tīng)指令得到80端口數(shù)據(jù)，所以只需在MCU中軟件實(shí)現(xiàn)HTTP協(xié)議，解析HTTP數(shù)據(jù)后，即可實(shí)現(xiàn)HTTP連接。MCU采用TI公司的MSP430F149單片機(jī)，它是16位超低功耗、高性能的混合信號(hào)處理器，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、資源豐富、開(kāi)發(fā)方便等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的性價(jià)比。

硬件結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)頁(yè)面和圖片等固化資源，MCU與GR47通過(guò)串口通信。

1.3客戶端訪問(wèn)Web Server的實(shí)現(xiàn)

目前，中國(guó)移動(dòng)GPRS對(duì)移動(dòng)終端分配的是動(dòng)態(tài)局域網(wǎng)IP，以武漢市為例，GR47通過(guò)AT指令查詢模塊和移動(dòng)GPRS服務(wù)器的IP地址為：

AT*E2IPI=0<CR>=>*E2IPI：10.165.192.25

AT*E2IPI=1<CR>=>*E2IPI：211.137.64.163

模塊獲得IP后，需通過(guò)其他方式來(lái)通知客戶端(PC或可以連接GPRS的移動(dòng)設(shè)備)，以短信或向一臺(tái)固定IP的PC機(jī)通知客戶端模塊獲得的IP，客戶端可以通過(guò)此IP連接遠(yuǎn)端的Web Server。

[!--empirenews.page--]2 HTTP協(xié)議解析和軟件設(shè)計(jì)

2.1 HTTP協(xié)議

HTTP(超文本傳輸協(xié)議)是WWW上的協(xié)議。HTTP協(xié)議使Web服務(wù)器和瀏覽器可以通過(guò)Web交換數(shù)據(jù)。它是一種請(qǐng)求、響應(yīng)協(xié)議，即服務(wù)器等待并響應(yīng)客戶方請(qǐng)求。當(dāng)用戶通過(guò)其瀏覽器訪問(wèn)一個(gè)頁(yè)面時(shí)，瀏覽器發(fā)送一個(gè)HTTP請(qǐng)求給HTTP服務(wù)器，服務(wù)器會(huì)響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，將指定的網(wǎng)頁(yè)傳送回去，用戶就可以瀏覽網(wǎng)頁(yè)。

HTTP協(xié)議不維護(hù)與客戶方的連接，它使用可靠的TCP連接，通常采用TCP80端口。HTTP非常簡(jiǎn)單，請(qǐng)求和應(yīng)答是1行或多行文本，它的結(jié)束標(biāo)志是一個(gè)換行符。如果請(qǐng)求成功，信息就沿該連接發(fā)送，直至傳送完成斷開(kāi)連接。

客戶／服務(wù)器傳輸過(guò)程可分為4個(gè)基本步驟：瀏覽器與服務(wù)器建立連接；瀏覽器向服務(wù)器請(qǐng)求文檔；服務(wù)器響應(yīng)瀏覽器請(qǐng)求；斷開(kāi)連接。

2.1.1 HTTP報(bào)文結(jié)構(gòu)

HTTP報(bào)文包括請(qǐng)求報(bào)文和響應(yīng)報(bào)文兩種報(bào)文類型，其中，請(qǐng)求報(bào)文由客戶端如瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送，用于請(qǐng)求服務(wù)器提供某個(gè)類型的服務(wù)；而響應(yīng)報(bào)文則是在服務(wù)器接到請(qǐng)求報(bào)文之后，返回給客戶端的消息，表明服務(wù)器所作出的響應(yīng)。

1)請(qǐng)求報(bào)文格式

請(qǐng)求報(bào)文一般包括請(qǐng)求行、首部和實(shí)體(有時(shí)包含)3部分。其中，請(qǐng)求行包括請(qǐng)求方法、URL(統(tǒng)一資源定位地址)和HTTP協(xié)議版本號(hào)3部分，其報(bào)文格式如圖3所示。在請(qǐng)求行中，請(qǐng)求方法是客戶端向服務(wù)器端發(fā)出的命令，URL是所請(qǐng)求網(wǎng)頁(yè)資源的地址，HTTP版本是指報(bào)文所使用的HTTP協(xié)議版本號(hào)。常用的請(qǐng)求方法有Get和Post兩種：Get方法通常只是用于請(qǐng)求服務(wù)器上的URL所指定的資源；Post方法用于客戶端向服務(wù)器端提供信息，所提供的信息位于請(qǐng)求報(bào)文的實(shí)體部分。

2)響應(yīng)報(bào)文的格式

響應(yīng)報(bào)文一般包括狀態(tài)行、首部和實(shí)體(有時(shí)包含)3部分，其報(bào)文格式如圖4所示。在響應(yīng)報(bào)文中，狀態(tài)行定義了響應(yīng)報(bào)文的狀態(tài)，并由響應(yīng)狀態(tài)碼和響應(yīng)狀態(tài)碼說(shuō)明字段反應(yīng)。其中，200系列的代碼用于指示成功的請(qǐng)求。

HTTP報(bào)文中的首部由多個(gè)首部行組成，用以在客戶端與服務(wù)器之間交換一些附加的信息。每個(gè)首部行由首部名、冒號(hào)、空格和首部值組成，并以回車(chē)換行符(＼r＼n)結(jié)尾。首部與實(shí)體之間有一空行進(jìn)行間隔。

2.1.2 HTTP協(xié)議解析

HTTP協(xié)議解析過(guò)程分為接收和發(fā)送兩部分。HTTP協(xié)議解析流程圖如圖5所示。

MCU接收HTTP方法并設(shè)定方法標(biāo)志位，計(jì)算URL，然后判斷HTTP方法。若HTTP方法為Get，則判斷是否存在對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，如果存在，則確定接收HTTP方法并設(shè)定方法標(biāo)志，然后返回；如果不存在對(duì)應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)，直接返回。若HTTP方法為Post，則接收并處理控制數(shù)據(jù)，然后返回。

2.2總體軟件

軟件采用C430編寫(xiě)，其工作過(guò)程為：上電開(kāi)始；MCU初始化；判斷GR47是否在線，若不在線繼續(xù)等待，若在線就發(fā)送模塊IP，GR47處于監(jiān)聽(tīng)80端口狀態(tài)；判斷HTTP是否接入，若未接人GR47，繼續(xù)處于監(jiān)聽(tīng)80端口狀態(tài)，若接入，MCU對(duì)HTTP協(xié)議解析；GR47發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，HTTP連接斷開(kāi)。軟件總體流程圖如圖6所示。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著IPV6的實(shí)施，Internet上每個(gè)移動(dòng)臺(tái)和PC將分配到一個(gè)唯一的IP，對(duì)通過(guò)GPRS、CDMA(碼分多址)或其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)登錄的嵌入式Web Server，Internet上任一移動(dòng)臺(tái)或PC都能對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。無(wú)線嵌入式Web Server具有廣闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。