摘  要： 介紹了一種嵌入式Web服務器應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)借鑒傳統(tǒng)服務器系統(tǒng)架構，基于B/S結構模式設計，移植嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，利用CGI技術以實現(xiàn)客戶端和服務器端的動態(tài)數(shù)據(jù)交互。通過本研究可方便實現(xiàn)系統(tǒng)管理、遠程終端參數(shù)設置等實際應用。
關鍵詞： 嵌入式系統(tǒng)；Web服務器；B/S結構模式； TCP/IP協(xié)議棧；CGI

　信息技術、網(wǎng)絡技術以及嵌入式技術的飛速發(fā)展和融合，在嵌入式系統(tǒng)中內嵌TCP/IP協(xié)議，將Web服務器技術引入到嵌入式系統(tǒng)中，可使其系統(tǒng)與現(xiàn)今最大的網(wǎng)絡Internet實現(xiàn)無縫連接。嵌入式系統(tǒng)組成的三個基本要素[1]為：嵌入、專用性和計算機。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)本身特性優(yōu)化設計，引入開源TCP/IP協(xié)議棧，并根據(jù)需要進行裁剪，利用公共網(wǎng)關接口(CGI)應用開發(fā)，嵌入式Web服務器可以向任何接入它所在網(wǎng)絡的合法用戶提供統(tǒng)一的基于瀏覽器方式的操作和控制界面，提供特定交互功能。
1 嵌入式Web服務器的系統(tǒng)結構
　基于當前大型服務器使用的信息管理系統(tǒng)架構方案(數(shù)據(jù)庫+Web服務器+動態(tài)網(wǎng)頁技術)，本文提出一種面向嵌入式、借助CGI網(wǎng)關接口開發(fā)的B/S結構模式Web服務器信息交互系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的兩層C/S模式相比，其有如下優(yōu)點：
　(1)系統(tǒng)架構維護方便，可根據(jù)需要更新客戶端程序，不用像傳統(tǒng)的兩層C/S模式那樣，必須更新所有客戶端程序，使其保持一致，系統(tǒng)才可以運行管理。
　(2)客戶機負載減輕，無須安裝客戶端軟件，統(tǒng)一的Internet瀏覽器方便了用戶的使用和服務端的應用開發(fā)，并提供了友好人機界面設計。
　(3)系統(tǒng)安全保障提高，避免了客戶端與服務器的數(shù)據(jù)庫直接相連。
B/S模式組成部分為：表示層：Web瀏覽器，顯示邏輯部分，充當Client角色；功能層：Web服務器，事務處理邏輯部分；數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)庫服務器，數(shù)據(jù)處理邏輯部分。功能層和數(shù)據(jù)層共同充當Server角色。B/S模式架構如圖1所示。

2 Microchip TCP／IP協(xié)議棧[2]
　協(xié)議接口設計借助于Microchip公司提供的免費協(xié)議棧——Microchip TCP／IP協(xié)議棧，它是基于TCP/IP的一套應用程序，類似于TCP／IP參考模型，Microchip TCP／IP協(xié)議棧將TCP／IP協(xié)議棧分為多層，如圖2所示。每層的實現(xiàn)代碼駐留在一個獨立的源文件中，而服務和應用程序編程接口(API)是通過頭文件或包含文件定義的。與傳統(tǒng)TCP／IP協(xié)議棧實現(xiàn)方法的不同，Microchip TCP／IP協(xié)議棧添加了StackTask和ARPTask兩個新模塊。StackTask管理協(xié)議棧以及所有模塊的操作，而ARPTask管理地址解析協(xié)議ARP(Address ResohJtion Protocol)層的服務。

　與完整、復雜的TCP/IP協(xié)議體系相比，在嵌入式Web服務器中并不需要實現(xiàn)所有的協(xié)議，而是基于嵌入式要素特點的要求以及嵌入式系統(tǒng)資源限制進行適量裁剪。來自客戶端的數(shù)據(jù)信息通過RJ-45以太網(wǎng)接口和網(wǎng)絡接口芯片傳遞給微控制器，微控制器通過內嵌的Microchip TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)了地址解析(ARP)協(xié)議、Internet控制報文協(xié)議(ICMP)、IP協(xié)議、用戶數(shù)據(jù)報(UDP)等協(xié)議的解析和封包，應用層上負責Web頁面請求和應答的HTTP協(xié)議。本文設計的協(xié)議棧管理程序基于協(xié)議的層次性，具有模塊化思想。當接收到正確的以太網(wǎng)幀后，根據(jù)以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)類型將接收的數(shù)據(jù)送至相應的模塊進行進一步處理。
3 CGI技術
　由于傳統(tǒng)的Web服務器無法實現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫訪問功能，CGI技術充當了訪問數(shù)據(jù)庫的重要媒介。CGI是使用應用相關軟件增強Web服務器的一種標準方法，可以用任何語言書寫。CGI根據(jù)需求更新網(wǎng)頁，是一種公共網(wǎng)關接口。它通過客戶提供給Web服務器的各種信息，由Web服務器啟動指定CGI模塊函數(shù)，完成客戶端與服務器端動態(tài)的交互，從而實現(xiàn)靜態(tài)HTML網(wǎng)頁無法實現(xiàn)的功能(如表單查詢、數(shù)據(jù)庫查詢等)。通常CGI應用程序處于休眠狀態(tài)，通過使用一定的網(wǎng)絡事件觸發(fā)回調函數(shù)來實現(xiàn)，并顯示動態(tài)頁面。例如，Web服務器收到一個URL里面包含的網(wǎng)頁請求時，將執(zhí)行結果返回給HTML網(wǎng)頁，CGI可實現(xiàn)處理表格、數(shù)據(jù)庫查詢和電子郵件等操作。
3.1 CGI接口規(guī)范數(shù)據(jù)通信方式
　CGI定義的接口規(guī)范包括[3]環(huán)境變量、標準輸入和標準輸出。
3.1.1 環(huán)境變量
　環(huán)境變量是Web服務器與CGI程序進行數(shù)據(jù)傳遞的途徑，其定義了CGI程序運行的環(huán)境。客戶端和服務器端都將有關數(shù)據(jù)信息轉換成各種變量，CGI模塊函數(shù)從環(huán)境變量中提取服務器或是瀏覽器提供的參數(shù)信息(網(wǎng)絡設備參數(shù))，以此獲取客戶端的信息。
3.1.2 標準輸入
　標準輸入(STDIN)指CGI函數(shù)獲取Web服務器信息的一種規(guī)范，即使用HTML表單向Web服務器發(fā)送信息，通常CGI通過兩種調用方式獲取客戶請求[4]。
　(1)通過URL直接調用，如http：//192.168.16.108。
　(2)通過交互式Form調用，通常是用戶輸入信息主頁后，點擊“確認”按鈕后啟動CGI程序。提交數(shù)據(jù)有Get和　Post兩種模式：Get通過環(huán)境變量傳遞給CGI程序，Post通過環(huán)境變量和標準輸入傳遞給CGI程序。本文采取上述兩種方式調用CGI模塊函數(shù)，并通過交互式Form調用，采用Post提交數(shù)據(jù)方式，進行網(wǎng)絡參數(shù)設置。

3.1.3 標準輸出
　標準輸出(STDOUT)是CGI輸出的一種方式，指CGI程序處理結束后將結果(如應答信息)發(fā)送給Web服務器的一種方式。執(zhí)行結果必須是瀏覽器能夠顯示的HTML標準格式。
3.2 CGI工作原理
　通過使用一定的網(wǎng)絡事件觸發(fā)機制(如客戶機)向服務器發(fā)送HTTP請求，即調用CGI請求。CGI請求中的網(wǎng)絡參數(shù)等信息是以標簽指示的。當應用程序CGI模塊函數(shù)被調用時，初始化工作區(qū)，把客戶端請求從環(huán)境變量和標準輸入中取出，創(chuàng)建局部變量以匹配請求中的標簽。如果沒有從客戶端傳來參數(shù)信息，則調用用戶提供的函數(shù)以取得設備當前狀態(tài)，顯示給客戶端瀏覽器。此外，用戶可以通過網(wǎng)頁操作界面設置設備新的工作網(wǎng)絡參數(shù)并發(fā)給Web服務器。Web服務器利用CGI模塊函數(shù)提取網(wǎng)絡傳送來的新網(wǎng)絡參數(shù)，并利用應用程序設定設備新的狀態(tài)，同時回送給客戶端瀏覽器，通過客戶端瀏覽器和Web服務器交互對設備進行控制。作為嵌入式應用開發(fā)，面對對象環(huán)境要求，嵌入到對象體系中，按對象的要求對其軟件和硬件進行裁剪，就像標準的CGI作為獨立可執(zhí)行文件完成的功能，本文中的應用是作為一個CGI模塊函數(shù)嵌入到Web服務器內部，統(tǒng)一編譯后整體運行，作為用戶Web開發(fā)的接口。
3.3 CGI工作流程
　CGI函數(shù)和服務器之間通過標準輸入(STDIN)和標準輸出(STDOUT)傳遞信息，如圖3所示。服務器通過STDOUT向CGI函數(shù)傳遞需求信息，CGI函數(shù)讀取環(huán)境變量和STDIN，根據(jù)流程將滿足條件的信息輸出給STDOUT。即對于Web服務器而言，STDOUT將信息流送至CGI函數(shù)的STDIN，CGI函數(shù)的STDOUT信息流將送至服務器的STDIN，從而形成一個環(huán)路。

4 Web服務器建立及工作過程
4.1 Web服務器建立
　實現(xiàn)動態(tài)Web頁面的準備工作是利用HTML語言編寫Web頁及內建表單，依據(jù)Web網(wǎng)頁提交的信息項目，編寫對應的CGI模塊程序。
　HTML 表單是一種把一組URL(如主機上的一個文件名)下的控件組成集合的方法，同時每個控件保持自己獨立的標識。該表單仿效可填寫的紙質表單，帶有文本區(qū)域和選擇框等。當用戶填完表單，即通過網(wǎng)頁形式設置設備的網(wǎng)絡參數(shù)后，用戶點擊保存按鈕，把它提交給服務器。在此過程中，服務器接收瀏覽器提取的表單信息，決定返回哪一個頁面[5]。
　利用<Form></Form>標記將輸入域組合起來，說明表單的名稱、數(shù)據(jù)傳達的目的地點以及傳送方法等。
格式：<form method=METHOD  action=”URL”  name="FORM NAME">
　如上所述，本文表單設計如下
　  …
　<form method="post" action="serverset.htm" name="serverset">
 　 …
　采用POST方式進行數(shù)據(jù)提交。
4.2 Web服務器工作過程
　客戶端利用IE瀏覽器登錄到服務器發(fā)出服務器請求，此處的服務器就是VOIP系統(tǒng)通話終端設備。服務器響應用戶請求，并引導到指定的腳本程序，即CGI模塊函數(shù)。處于安全的考慮，需要進行相應的身份驗證，身份驗證登錄界面如圖4所示。

　身份驗證后，執(zhí)行CGI應用程序，進入終端網(wǎng)絡參數(shù)信息的設置主頁面，以達到通過網(wǎng)絡遠程控制嵌入式設備的目的，如圖5所示。
　點擊左欄的網(wǎng)絡應用配置，進入到網(wǎng)絡應用配置頁面，HTML表單語言為：
　~inc：header.inc~
　<div id="content">
　<h1>網(wǎng)絡應用配置 </h1>
　<form method="post" action="serverset.htm" name="serverset">
　<fieldset>
　注冊服務器的語言為：
　<div><label>IP地址：</label>
　<input type="text" name="regip" value=
　"~config_regserverip~" /></div>
…
　　注冊服務器IP地址以標簽(config_regserverip)指示，點擊保存按鈕后，服務器進行相應處理，此時，提取文本框中用戶的輸入信息“192.168.16.104.”替換標簽，即利用表單域中的值進行替換，以達到用戶遠程對設備參數(shù)的設置功能。所以<input type="text" name="regip" value="~config_regserverip~"/></div>變成了<input type="text" name="regip" value="192.168.16.104" /></div>。
　然后利用自定義HTTPPrint_config_regserverip()函數(shù)直接定向到TCP連接，將用戶設置參數(shù)信息顯示在HTML表單頁面里。
　case 0x00000034：
            HTTPPrint_config_regserverip()；
            break；
　void HTTPPrint_config_regserverip(void)
　{
  　  TCPPutString(sktHTTP， NetConfig.ServerIP)；
 　   return；
　}
　最終配置頁面如圖6所示，完成遠程配置任務。

　終端參數(shù)控制只是B/S模式嵌入式Web遠程控制系統(tǒng)的一個簡單應用，借助于CGI技術實現(xiàn)了Web服務器和客戶端之間的動態(tài)交互，使得用戶能在網(wǎng)絡環(huán)境的多種平臺上充分利用統(tǒng)一的客戶工具——瀏覽器，從而為網(wǎng)絡化遠程操作提供了可靠保障。
　本文設計的嵌入式Web服務器利用以太網(wǎng)作為通信介質，具有最大的普及范圍；采用標準公開化的HTTP通信協(xié)議，獨立于系統(tǒng)平臺，在客戶端使用任意與Internet互連的標準PC(標準瀏覽器)可以實現(xiàn)隨時隨地訪問。所使用的Web架構獨立于系統(tǒng)平臺，可以移植到任何嵌入式設備中，使得該Web服務器具有通用性。經(jīng)實際測試證明，該Web服務器性能穩(wěn)定可靠，可應用在實時監(jiān)控、網(wǎng)絡電話等產(chǎn)品中。
參考文獻
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[5] JEREMY B.嵌入式系統(tǒng)Web服務器—TCP/IP Lean[M].陳向群等譯.北京：機械工業(yè)出版社，2003.