基于ARM-Linux的Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于ARM-Linux的Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和后PC時(shí)代的到來，嵌入式系統(tǒng)被越來越廣泛地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。同時(shí)，信息技術(shù)的迅速發(fā)展也使得嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合成為必然趨勢(shì)。本文在ARM平臺(tái)上裁剪、配置和移植了Linux內(nèi)核和根文件系統(tǒng)，并通過對(duì)web技術(shù)的深入研究最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)輕量級(jí)的嵌入式web服務(wù)器。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；web服務(wù)器；HTTPCGI1引言隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)達(dá)，當(dāng)前人們面對(duì)的各類信息資源極為豐富，只有借助各種計(jì)算機(jī)，才能對(duì)這些信息進(jìn)行處理。同時(shí)，隨著后 PC時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)的概念不再局限于以前的PC而是包括形態(tài)各異、性能千差萬別的各類嵌入式系統(tǒng)。從人們?nèi)粘Ｉ钪惺謾C(jī)、 PDA到家中的空調(diào)、冰箱，再到國防、通信、工業(yè)控制等都有嵌入式的影子。在這個(gè)信息時(shí)代，只有 Internet與嵌入式設(shè)備結(jié)合起來才能代表嵌入式技術(shù)的未來發(fā)展方向，而嵌入式 Web服務(wù)器則是這個(gè)方向上的重要應(yīng)用［1］。本文通過在在32位的ARM開發(fā)板上移植LINUX操作系統(tǒng)搭建起開發(fā)環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)了基于ARM-LINUX勺輕量WE?務(wù)器。2開發(fā)環(huán)境的建立2.1硬件平臺(tái)的建立本系統(tǒng)選用的是開發(fā)版核心是 Samsung公司的S3C2410處理器，它基于ARM公司的ARM920處理器核，采用0.18um制造工藝的32位微控制器［2］。它集成了以下部件：獨(dú)立的16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache,MMU支持TFT的LCD控制器，NAN［閃存控制器，3路UART4路DMA4路帶PW啲Timer，I/O口，RTC8路10位ADCTouchScreen接口，IIC-BUS接口，IIS-BUS接口，2個(gè)USB主機(jī)，1個(gè)USB設(shè)備，SD主機(jī)和MM（接口，2路SPI。S3C2410處理器最高可運(yùn)行在203MHzarm-cross-3.3.2，在此不詳?shù)穆窂较聦ふ铱蓤?zhí)行arm-linux系統(tǒng)的建立，以開發(fā)板上的bootloader為基礎(chǔ)。2.2軟件環(huán)境的建立在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)，我們的目標(biāo)平臺(tái)只有有限的存儲(chǔ)空間和運(yùn)算能力，因此，在ARM平臺(tái)上對(duì)程序進(jìn)行本機(jī)編譯就不太可能了。通過交叉編譯工具，我們就可以在 arm-cross-3.3.2，在此不詳?shù)穆窂较聦ふ铱蓤?zhí)行arm-linux系統(tǒng)的建立，以開發(fā)板上的bootloader為基礎(chǔ)?？蓤?zhí)行程序［3］。本文中使用的是arm-linux嵌入式架構(gòu)，因此我們使用linux系列工具鏈。我們可以下載安裝集成交叉工具鏈?zhǔn)霭惭b過程，安裝好后下文將默認(rèn)在/usr/local/arm/bin文件。接下來旦（1） Linux內(nèi)核移植將Linux內(nèi)核源碼放到工作目錄下，并解壓，然后修改內(nèi)核源碼根目錄下的Makefile文件，給出編譯工具鏈的路徑，如下所示：CROSS_COMPILE=/usr/local/arm/bin/arm-linux-gcc 然后修改arch/arm/plat-s3c24xx/common-smdk.c 文件，修改NandFlash的分區(qū)信息和NandFlash的硬件信息，可根據(jù)開發(fā)板的配置修改；接著用makemenuconfig命令對(duì)內(nèi)核進(jìn)行基本配置，最后用makezImage命令生成內(nèi)核映像。（2） 配置根文件系統(tǒng)首先需要下載busybox工具和cramfs工具進(jìn)行配

置、編譯和安裝，Busybox的編譯過程與內(nèi)核的編譯過程很接近都是先 makemenuconfig進(jìn)行配置，然后在make進(jìn)行編譯。最后一步執(zhí)行makeallinstall 命令時(shí)會(huì)在busybox目錄下生成_install 文件夾，在這個(gè)文件夾下創(chuàng)建系統(tǒng)文件目錄，必須有的目錄是： /dev、/bin、/usr、/sbin、/lib、/etc、/proc、/sys，接著添加設(shè)備文件、庫文件等，最后用mkcramfs_installrootfs 命令打包。3web服務(wù)器具體實(shí)現(xiàn)在嵌入式web服務(wù)器中，我們要實(shí)現(xiàn)的具體功能主要是靜態(tài)網(wǎng)頁以及能與用戶通過瀏覽器進(jìn)行交互的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，客戶端的動(dòng)態(tài)請(qǐng)求是通過服務(wù)器端的CGI程序來實(shí)現(xiàn)的，因此服務(wù)器必須要與 CGI程序通信。下面本文分析設(shè)計(jì)過程的幾個(gè)要點(diǎn)：3.1建立socket連接Web服務(wù)器與客戶端的連接的建立是通過申請(qǐng)?zhí)捉幼?Socket)實(shí)現(xiàn)的。具體流程，用到的系統(tǒng)調(diào)用有：Socket():返回一個(gè)類似于文件描述符的套接字句柄； bind():將套接字:對(duì)申請(qǐng)的socket進(jìn)行監(jiān)聽，以隨時(shí)接收客戶端發(fā)來的請(qǐng)求；:對(duì)申請(qǐng)的socket進(jìn)行監(jiān)聽，以隨時(shí)接收客戶端發(fā)來的請(qǐng)求；:如有連接到達(dá)則接收連接，返回一個(gè)新的套接字句柄； read():從返回的套接字句柄中讀取客戶端傳來的數(shù)據(jù)。并發(fā)請(qǐng)求的處理為了處理并發(fā)請(qǐng)求，我們應(yīng)當(dāng)創(chuàng)建新的進(jìn)程來處理與3.2客戶端的連接，在linux中使用進(jìn)程號(hào)(PID)來識(shí)別不同的進(jìn)程。系統(tǒng)調(diào)用fork()用來在已存在的進(jìn)程中創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程，新進(jìn)程稱為子進(jìn)程，原進(jìn)程則稱為父進(jìn)程。它的返回值用來判斷是父進(jìn)程還是子進(jìn)程，如果子進(jìn)程中返回0,父進(jìn)程中返回子進(jìn)程ID，出錯(cuò)返回-1，具體過程如圖2所示。3.3HTTP報(bào)文解析HTTP協(xié)議規(guī)范里規(guī)定了一些基本的規(guī)則，用 CR表示回車，LF表示換行，SP表示空格，HT表示制表符。HTTP消息包括客戶機(jī)向服務(wù)器的請(qǐng)求消息和服務(wù)器向客戶機(jī)的響應(yīng)消息兩種。這兩種類型的消息都由一個(gè)開始行(start-line)，零個(gè)或更多個(gè)頭域(message-header)，—個(gè)指示頭域結(jié)束的空行(也就是以一個(gè)CRLF為前綴的什么也沒有的行)，最后一個(gè)可有可無的消息實(shí)體(message-body)組成⑸。請(qǐng)求消息開始行格式如下：MethodSPRequest-URISPHTTP-VersionCRL其中Method表示請(qǐng)求方法；Request-URI是一個(gè)統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符，標(biāo)識(shí)請(qǐng)求的資源在服務(wù)器上的位置；HTTP-Version表示請(qǐng)求的HTTP協(xié)議版本。請(qǐng)求方法描述了對(duì)指定資源執(zhí)行的動(dòng)作，常用的方法有有兩種： GET方法表示請(qǐng)求獲取Request-URI所標(biāo)識(shí)的資源，POS■方法告訴服務(wù)器將附在請(qǐng)求實(shí)體中的信息發(fā)送到Request-URI。響應(yīng)消息的開始行格式如下：HTTP-VersionSPStatus-CodeSPReason-PhraseCRLF其中，HTTP-Version表示服務(wù)器HTTP協(xié)議的版本；Status-Code表示服務(wù)器發(fā)回的響應(yīng)狀態(tài)代碼；Reason-Phrase表示狀態(tài)代碼的文本描述。相應(yīng)狀態(tài)代碼有三位數(shù)字組成，第一個(gè)數(shù)字定義了響應(yīng)的類別，且有五種可能取值，后兩位數(shù)字不同的組合代表不同的狀態(tài)：表1HTTF響應(yīng)狀態(tài)碼取值描述1XX表示請(qǐng)求已接收，繼續(xù)處理2XX成功接收，比如200表示處理成功。3XX重定向，要完成請(qǐng)求必須進(jìn)行更進(jìn)一步的操作4XX客戶端錯(cuò)誤，比如404表示訪問的指定資源不存在5XX服務(wù)器端錯(cuò)誤HTTP的頭域包括通用頭，請(qǐng)求頭，響應(yīng)頭和實(shí)體頭四個(gè)部分。每個(gè)頭域由一個(gè)域名，冒號(hào)和域值三部分組成。頭域中記載了報(bào)文的屬性，禾用這些信息可以實(shí)現(xiàn)客戶端與 WEB服務(wù)器之間的請(qǐng)求或應(yīng)答，它包括報(bào)文的數(shù)據(jù)類型、壓縮方法、語言、長度、壓縮方法、最后一次修改時(shí)間、數(shù)據(jù)有效期等信息。3.4與CGI程序通信公共網(wǎng)管接口CGI是web服務(wù)器與服務(wù)器方web程序通信的標(biāo)準(zhǔn)。按照CGI標(biāo)準(zhǔn)編寫的服務(wù)器端的外部擴(kuò)展應(yīng)用程序(我們稱為CGI程序)可以處理客戶端WWW覽器輸入的協(xié)同工作數(shù)據(jù)，完成客戶端與服務(wù)器的交互操作。服務(wù)器與CGI通信的途徑有三個(gè)：命令行變?cè)?、環(huán)境變量、標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流。命令行變?cè)钚凶冊(cè)峭ㄟ^執(zhí)行程序的命令行傳輸給程序的參數(shù)。環(huán)境變量環(huán)境變量時(shí)執(zhí)行程序外部的變量，用于定義程序的執(zhí)行環(huán)境，服務(wù)器在接受客戶端發(fā)來的請(qǐng)求時(shí)應(yīng)將基本的環(huán)境變量的值設(shè)置好以供CGI程序訪問。常用的環(huán)境變量有以下幾種：REQUEST_METl表示HTTP青求方法，QUERY_STRIN表示CGI程序URL中之后的數(shù)據(jù)，當(dāng)使用GET方法時(shí)，客戶端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以通過讀取該變量而獲得；CONTENT_LENG表示客戶端傳輸數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。我們可以調(diào)用 setenv()來實(shí)現(xiàn)環(huán)境變量的設(shè)置，如下所示setenv(constchar*name,constchar*value,intoverwrite); 參數(shù)name為環(huán)境變量名稱字符串，參數(shù)value則為變量內(nèi)容，參數(shù)overwrite用來決定是否要改變已存在的環(huán)境變量，如果overwrite不為0，而該環(huán)境變量原已有內(nèi)容，則原內(nèi)容會(huì)被改為參數(shù)value所指的變量內(nèi)容；如果overwrite為0，且該環(huán)境變量已有內(nèi)容，則參數(shù)value會(huì)被忽略。標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出流標(biāo)準(zhǔn)輸入時(shí)字符方式程序受到的鍵盤收入，但服務(wù)器也可以將鍵盤輸入以外的輸入，如FORMS單中的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)輸入重定向到程序中，CGI程序同樣可以對(duì)其進(jìn)行處理。同樣的，服務(wù)器可以將 CGI程序的輸出重定向到客戶端瀏覽器，就像服務(wù)器自身控制臺(tái)顯示的標(biāo)準(zhǔn)輸出一樣，如下所示：dup2(intfd,STDOUT_FILENO)STDOUT_FILEN表示標(biāo)準(zhǔn)輸出，這樣我們就將標(biāo)準(zhǔn)輸出重定向到了指定的描述符上，這里我們可以指定為連接的 socket描述符。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果將本文的程序在硬件平臺(tái)上運(yùn)行起來后，我們可以在遠(yuǎn)端使用普通 PC機(jī)上的瀏覽器來訪問ARMS上的服務(wù)器。在此我們將ARMS的IP地址設(shè)為32，那么我們?cè)跒g覽器的地址欄輸入32可以訪問服務(wù)器了。5結(jié)束語在硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了本文的web服務(wù)器后，就可以在任意PC機(jī)上通過瀏覽器請(qǐng)求服務(wù)器端的靜態(tài)頁面或CGI程序的執(zhí)行，只要在服務(wù)器端添加需要的CGI程序，就能在遠(yuǎn)程客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)嵌入式設(shè)備的控制。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，這種通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的方式將得到越來越廣泛的應(yīng)用。更多計(jì)算機(jī)職稱論文就在中國專業(yè)職稱論文網(wǎng)！參考文獻(xiàn)張紀(jì)坤，張小全.嵌入式Linux系