嵌入式Linux系統(tǒng)CGI程序設(shè)計(jì)技術(shù)

    摘要：在詳細(xì)介紹一種嵌入式Web服務(wù)器BOA的實(shí)現(xiàn)與配置方法的基礎(chǔ)上，以一個(gè)Web在線遠(yuǎn)程監(jiān)控GPIO（通用輸入/輸出）的程序?yàn)閷?shí)例，介紹嵌入式Linux系統(tǒng)下CPU程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

    關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)Linux BOA CGI GPIO

1 概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，越來越多的信息化產(chǎn)品需要接入互聯(lián)網(wǎng)通過Web頁(yè)面進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。嵌入式Web系統(tǒng)提供了一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的互聯(lián)網(wǎng)嵌入式接入方案。這里結(jié)合一種嵌入式Web Server BOA來介紹嵌入式Linux系統(tǒng)下的CGI程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

2 Web Server BOA的實(shí)現(xiàn)與配置

2.1 uClinux下，主要有三個(gè)Web Server:HTTPD、THTTPD和BOA。HTTPD是最簡(jiǎn)單的一個(gè)Web Server,它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CGI。THTTPD和BOA都支持認(rèn)證、CGI等，功能都比較全。BOA是一個(gè)單任務(wù)的小型HTTP服務(wù)器，源代碼開放、性能優(yōu)秀，特別適合應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中。目前的uClinux的代碼中已經(jīng)包含BOA的源代碼。在uClinux下實(shí)現(xiàn)BOA，只需要對(duì)BOA做一些配置和修改。以下是配置的過程。

（1）編譯BOA到內(nèi)核

首先，需要把BOA編譯到內(nèi)核，即執(zhí)行make menuconfig，在應(yīng)用程序選單中network application項(xiàng)下面選擇boa。該操作需要重新編譯內(nèi)核。

（2）編制配置文件boa.conf

在Linux操作系統(tǒng)下，應(yīng)用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，一般都是放在目標(biāo)板/etc/目錄下或者/etc/config目錄下。但boa的配置文件boa.cont一般都旋轉(zhuǎn)在目標(biāo)板/home/httpd/目錄下。

例如，一個(gè)典型的boa.conf文件格式如下：

ServerName Samsung-ARM

DocumentRoot/home/httpd

ScriptAlias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/

ScriptAlias/index.html/home/httpd/index.html

它指定了HTML頁(yè)面必須放到/home/httpd目錄下，cgi外部擴(kuò)展程序必須放到/home/httpd/cgi-bin目錄下。

（3）編譯燒寫內(nèi)核

重新編譯內(nèi)核后，通過燒寫工具燒寫內(nèi)核，就可以在PC上通過IE瀏覽器訪問開發(fā)板上的Web Server。例如，輸入開發(fā)板的IP地址http://192.168.0.101，即可訪問到自己做的網(wǎng)頁(yè)index.html了。并且，通過編寫CGI外部擴(kuò)展程序，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)Web技術(shù)，下面將詳細(xì)介紹。

2．2 具有MMU平臺(tái)的Linux下B0A的實(shí)現(xiàn)與配置

對(duì)于有MMU（內(nèi)存管理單元）的平臺(tái)，如armlinux和ppclinux，可以到網(wǎng)上下載一個(gè)主流版本的boa發(fā)行包。因?yàn)槭沁\(yùn)行在目標(biāo)系統(tǒng)，所以要用交叉編譯工具編譯，即需要修改boa/src/Makefile里面的編譯器。例如：

CC=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-gcc

CPP=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-g++

然后直接在boa/src目錄下執(zhí)行make，即可生成BOA可執(zhí)行文件；將其編譯入內(nèi)核，并燒寫到存儲(chǔ)設(shè)備，就可以實(shí)現(xiàn)訪問BOA服務(wù)器。

3 CGI程序設(shè)計(jì)技術(shù)

CGI（Common Gateway Interface）是外部應(yīng)用擴(kuò)展應(yīng)用程序與WWW服務(wù)器交互的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。按照CGI標(biāo)準(zhǔn)編寫的外部擴(kuò)展應(yīng)用程序可以處理客戶端瀏覽器輸入的數(shù)據(jù)，從而完成客戶端與服務(wù)器的交互操作。而CGI規(guī)范就定義了Web服務(wù)器如何向擴(kuò)展應(yīng)用程序發(fā)送消息，在收到擴(kuò)展應(yīng)用程序的信息后又如何進(jìn)行處理等內(nèi)容。通過CGI可以提供許多靜態(tài)的HTML網(wǎng)頁(yè)無法實(shí)現(xiàn)的功能，比如搜索引擎、基于Web的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問等等。

3．1 工作原理

（1）WWW和CGI的工作原理

HTTP協(xié)議是WWW的基礎(chǔ)，它基于客戶/服務(wù)器模型，一個(gè)服務(wù)器可以為分布在網(wǎng)絡(luò)中處的客戶提供服務(wù)；它是建立在TCP/IP協(xié)議之上的“無連接”協(xié)議，每次連接只處理一個(gè)請(qǐng)求。在服務(wù)器上，運(yùn)行產(chǎn)著一個(gè)守護(hù)進(jìn)程對(duì)端口進(jìn)行監(jiān)聽，等待來自客戶的請(qǐng)求。當(dāng)一個(gè)請(qǐng)求到來時(shí)，將創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程為用戶的連接服務(wù)。根據(jù)請(qǐng)求的不同，服務(wù)器返回HTML文件或者通過CGI調(diào)用外部應(yīng)用程序，返回處理結(jié)果。服務(wù)器通過CGI與外部程序和腳本之間進(jìn)行交互，根據(jù)客戶端在進(jìn)行請(qǐng)求時(shí)所采取的方法，服務(wù)器會(huì)收集客戶所提供的信息，并將該部分信息發(fā)送給指定的CGI擴(kuò)展程序。CGI擴(kuò)展程序進(jìn)行信息處理并將結(jié)果返回服務(wù)器，然后服務(wù)器對(duì)信息進(jìn)行分析，并將結(jié)果發(fā)送回客戶端。

外部CGI程序與WWW服務(wù)器進(jìn)行通信、傳遞有關(guān)參數(shù)和處理結(jié)果是通過環(huán)境變量、命令行參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)輸入來進(jìn)行的。服務(wù)器提供了客戶端（瀏覽器）與CGI擴(kuò)展程序之間的信息交換的通道。CGI的標(biāo)準(zhǔn)輸入是服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)輸出，而CGI的標(biāo)準(zhǔn)輸出是服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)輸入?？蛻舻恼?qǐng)求通過服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)輸出傳送給CGI的標(biāo)準(zhǔn)輸入，CGI對(duì)信息進(jìn)行處理后，將結(jié)果發(fā)送到它的標(biāo)準(zhǔn)輸入，然后由服務(wù)器將處理結(jié)果發(fā)送給客戶端。

（2）URL編碼

客戶端瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)采用編碼的形式進(jìn)行。該編碼就是CRL編碼。編碼的主要工作是表單域的名字和值的轉(zhuǎn)義，具體的做法為：每一對(duì)域和值里的空格都會(huì)被替換為一個(gè)加號(hào)（+）字符，不是字母或數(shù)字的字符將被替換為它們的十六進(jìn)制數(shù)字形式，格式為%HH。HH是該字符的ASCII十六進(jìn)制值。<BR>標(biāo)簽將被替換為“%0D%0A”。

信息是按它們?cè)诒韱卫锍霈F(xiàn)的順序排列的。數(shù)據(jù)域的名字和數(shù)據(jù)域的值通過等號(hào)（=）字符連在一起。各對(duì)名/值再通過“&”字符連接在一起。經(jīng)過這些編碼處理之后，表單信號(hào)就整個(gè)成為一個(gè)連續(xù)的字符流，里面包含著將被送往服務(wù)器的全部信息。

因?yàn)楸韱屋斎胄畔⒍际墙?jīng)過編碼后傳遞給腳本程序的，所以CGI擴(kuò)展程序在使用這些參數(shù)之前必須對(duì)它們進(jìn)行解碼。

3．2 CGI外部擴(kuò)展程序編制

服務(wù)器程序可以通過三種途徑接收信息：環(huán)境變量、命令行和標(biāo)準(zhǔn)輸入。具體使用哪一種方法要由<FORM>標(biāo)簽的METHOD屬性來決定。

在“METHOD=GET”時(shí)，向CGI程序傳遞表單編碼信息的正常做法是通過命令來進(jìn)行的。大多數(shù)表單編碼信息都是通過QUERY_STRING的環(huán)境變量來傳遞的。如果“METHOD=POST”，表單信息將通過標(biāo)準(zhǔn)輸入來讀取。還有一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法，那就是把信息直接追回在URL地址后面，信息和URL之間用問號(hào)（？）來分隔。

下面結(jié)合Web遠(yuǎn)程監(jiān)控ARM芯片的GPIO（通用輸入/輸出）的應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)介紹。

（1）GET方法

GET方法是對(duì)數(shù)據(jù)的一個(gè)請(qǐng)求，被用于獲得靜態(tài)文檔。當(dāng)使用GET方法時(shí)，CGI程序?qū)?huì)從環(huán)境變量QUERY_STRING獲取數(shù)據(jù)。為了處理客戶端的請(qǐng)求，CGI必須對(duì)QUERY_STRING中的字符串進(jìn)行分析。當(dāng)需要從服務(wù)器獲取數(shù)據(jù)并且不改變服務(wù)器上的數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該選用GET方法；但是如果請(qǐng)求中包含的字符串超過了一定長(zhǎng)度，一般是1024字節(jié)，那么就只能選用POST方法。GET方法通過附加在URL后面的參數(shù)發(fā)送請(qǐng)求信息。這些參數(shù)將被放在環(huán)境變量QUERY_STRING中傳給CGI程序。GET方法的表單格式和CGI解碼程序可以參考POST方法的實(shí)現(xiàn)。

（2）POST方法

當(dāng)瀏覽器將數(shù)據(jù)從一個(gè)填寫的表單傳給服務(wù)器時(shí)一般采用POST方法，而且在發(fā)送的數(shù)據(jù)超過1024字節(jié)時(shí)也必須采用POST方法。當(dāng)使用POST方法時(shí)，Web服務(wù)器向CGI程序的標(biāo)準(zhǔn)輸入STDIN傳送數(shù)據(jù)。發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度存在環(huán)境變量CONTENT_LENGTH中，并且，POST方法的數(shù)據(jù)格式為：

variable1=value1&variable2=value2&etc

CGI程序必須檢查REQUEST_METHOD環(huán)境變量以確定是否采用了POST方法，并決定是否要讀取STDIN。POST方法在HTML文檔中定義的表單如下：

<FORM METHOD=POST ACTION="/cgi-bin/cgi_gpio.cgi">

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="0">Operate P0<BR>

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="1">Operate P1<BR>

<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="2">Operate P2<BR>

<INPUT NAME="ok"TYPE=submit VALUE="OK"><INPUT>

NAME="cancel"TYPE=reset VALUE="RESET"></FORM>

它調(diào)用的服務(wù)器腳本程序是/cgi/bin/cgi_gpio.cgi。CGI擴(kuò)展程序中FORM表單的解碼可參考如下程序：

/*function getPOSTvars*/

char **getPOSTvars(){

int i;

int content_length;

char **postvars;

char *postinput;

char **pairlist;

int paircount=0;

chr *nvpair;

char *eqpos;

postinput=getenv("CONTENT_LENGTH");//獲取傳送給程序數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

if(!postinput)

exit();

if(!content_length=atoi(postinput))) //獲取信息長(zhǎng)度

exit(1);

if(!(postinput=(char*)malloc(content_length+1)))

exit(1);

if(!fread(postinput,content_length,1,stadin))

exit(1);

postinput[content_length]='0';

for(i=0;postinput[i];i++)

if(postinput[i]=='+')

postinput[i]=''; //對(duì)加易進(jìn)行處理

pairlist=(char **)malloc(256*sizeof(char **));

paircount=0;

nvpair=strtok(postinput,"&");//從出現(xiàn)“&”字符的位置把信息分段，然后對(duì)結(jié)果依次處理

while (nvpair){

pairlist[paircount++]=strdup(nvpair);

if(!(paircount%256))

pairlist=(char**)realloc(pairlist,(paircount+256)*sizeof(char**));

nvpair=strtok(NULL,"&");

}

pairlist[paircount]=0;

postvars=(char**)malloc((paircount*2+1)*sizeof(char **));

for(i=0;i<paircount;i++){

if(eqpos=strchr(pairlist[i],'=')){

*eqpos='0';

unescape_url(postvars[i*2+1]=strdup(eqpos+1));//調(diào)用unescape_url函數(shù)繼續(xù)解碼

}else{

unescape_url(postvars[i*2+1])=strdup(""));

}

postvars[paircount*2]=0;

for(i=0;pairlist[i];i++)

free(pairlist[i]);

free(pairlist);

free(postinput);

return postvars;

}

其中，unescape_url函數(shù)再調(diào)用x2c函數(shù)，把（不是字節(jié)或數(shù)字的）特殊字符從其%HH表示方式解碼為文本字符。

/*unescape_url function*/

static void unescape_url(char *url){

int x,y;

for(x=0,y=0;url[y];++x,++y){

if((url[x]=url[y])=='%'){

url[x]=x2c(&url[y+1]);

y+=2;

}

}

url[x]='0';

}

(3)直接URL加參數(shù)傳遞方法

這是一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法。它把信息直接追加在URL地址后面，信息和URL之間用號(hào)號(hào)（？）來分隔。例如，對(duì)于一個(gè)cgi_gpio.cgi的腳本，可以從如下的鏈接啟動(dòng)：

<A HREF=/cgi-gpio.cgi!?flag=0 Operate P0</A>

<A HREF>/*cgi-bin/cgi_gpio.cgi?flag=1 Operate P1</A>

<A HREF=/cgi-bin_gpio.cgi?flag=2 Operate P2</A>

.

.

.

CGI擴(kuò)展程序中可使用如下代碼接收信息：char *get_input;//用于接收環(huán)境變量

.

.

.

get_input=getenv(“QUERY_STRING”);

if(get_input){

get_input=strdup(get_input);

printf("QUERY_STRING if %s",get_input);

}

/*判斷flag=x信息*/

if(!strcmp(get_input,"flag=0")

...//Operate p0

else if(!strcmp(get_input,"flag=1")

...//Operate P1

else

...//Operate P2

對(duì)于上述三種方法，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和應(yīng)用要求進(jìn)行選取。

結(jié)語(yǔ)

嵌入式Web Server系統(tǒng)方案可以廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域，如自動(dòng)化設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、嵌入式GSM短消息 平臺(tái)以及遠(yuǎn)程家庭醫(yī)療等。并且，隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷深入，嵌入式Internet技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。