嵌入式系统设计期末大作业.pdf

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1、江苏科技大学嵌入式系统设计期末大作业-嵌入式 web 服务器设计学号：姓名：专业：江苏科技大学2016-12-30嵌入式嵌入式 WebWeb 服务器的设计与实现服务器的设计与实现引言引言近年来，传统上用于办公室和商业的以太网逐渐进入了基于嵌入式设备的控制领域。Web 技术可跨越诸多设备和系统在硬件和软件产品间做到即连即用，只需用 Web 浏览器通过以太网和 TCPIP 协议便可访问各种信息终端。客户机可任意设置，只要能连上 Internet 并有权访问 Web 服务器，便可查阅现场有关信息，给维护和管理工作带来很大的方便。本文提出的基于 ARM Linux 的嵌入式Web 服务器以 S3C24

2、10 处理器为核心，以可裁减可移植的 Linux 为操作系统，为嵌入式系统的 Internet 接入提供了一种方便、快捷、简单的实现方法。1 嵌入式 web 服务器技术嵌入式 Web 服务器(embedded web server，EWS)是指将 Web 服务器引入到现场测试和控制设备中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的测试和控制设备转变为具备了以 TCP/IP 为底层通信协议，Web 技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备。其执行 3 种基本功能：静态和动态网页信息发布；提供接口监测现场设备；提供接口控制现场设备。由于 Web 技术的开放性和独立平台特性，降低了软件系统和通信

3、系统的设计、维护工作量，提高了现场测试和控制设备的管理水平。嵌入式 Web 服务器技术提供了异构网络远程管理和监控设备的方法和途径。在嵌入式 Linux 系统中，常用的 Web Server 有 Boa、httpd、thttpd 和mini-httpd 等。其中 Boa 是一个运行在类 Unix 系统中的小型 WebServer，适合嵌入式环境。在 Boa 中若两个用户同时访问，则其中的一个必须等待，它产生独立进程来处理 CGI(通用网关接口)程序，因此占用较少的资源，其体系结构如图 1 所示。Boa 的优点在于其快速可靠性。它与其它服务器的区别：没有为CGI 程序设置 REMOTE_HOST

4、 环境变量；没有 Server-Side Include(SSI)项，要产生动态网页只能通过 CGI：没有设置进入控制，而是根据 LinuxUnix 的文件系统的权限来决定服务的对象：没有 chroot 选项，即不能改变根目录。基于以上的阐述，Boa 应用到嵌入式平台上有着诸多的优势，本文的嵌入式 Web 服务器也因此选用 Boa 作为平台。下面笔者将着重介绍嵌入式 Web 服务器的硬件平台及软件体系的设计与实现。图 1 Boa 网络服务器的体系结构2 2 硬件平台的设计与实现硬件平台的设计与实现本文的硬件平台采用 S3C2410 为系统硬件核心，系统框图如图 2 所示。主要包括：存储系统、系

5、统接口、用户接口(显示 LCD 与键盘)3 个部分。图 2 硬件平台体系结构 S3C2410 把外部复位信号作为一个中断处理，在系统复位时，程序指针(PC)被设置为 0，程序跳转到 0 x00000000 开始运行。此空间对应 Bank0，系统的2MB 的 NORFlash 和处理器的 Bank0 相连接。在 NORFlash 中存储的是BootLoader，它负责配置处理器的结构、工作模式以及自动检测系统的各个硬件是否工作正常。系统经过初始化和自检后，BootLoader 负责把 16 MBNANDFIash 的 zlmage(即软件系统的镜像文件)复制到 0 xc0008000 地址(此地

6、址是系统 64MB SDRAM 的首地址)。然后，引导程序把 PC 指向 0 xc0008000 地址，系统开始运行。3 3 基于基于 BoaBoa 的软件平台设计与实现的软件平台设计与实现上述的嵌入式硬件平台实际上是一通用平台，基于该平台构建嵌入式 Web服务器，设计者必须考虑其通用性、响应速度及对于硬件的可操控性。正是基于这样的考虑，笔者分三层构建嵌入式 Web 服务器的软件体系：ARMLinux 的建立；Boa 服务器的移植与构建；Cgi 程序的扩展。31 ARM Linux 的建立 ARM Linux 的建立是基于 U-Boot 的实现，它的建立实际上是 Linux 内核在S3C241

7、0 上移植的过程，主要分为 3 个步骤：建立交叉编译环境；编译内核；生成并配置根文件系统。因本文的工作重点并不是介绍 Linux 移植，因此下面只是简要介绍 3 个步骤的实现。(1)建立交叉编译环境：建立交叉编译环境的过程实际就是对交叉编译器压缩包解包的过程。在本文中，所有的软件源码包都放在tools 目录下，解包所用指令序列在此不做赘述，其解包路径为usrlocalarm cross。(2)交叉编译 Linux 内核：在交叉编译内核之前，对编译选项的配置是很重要的。执行“make menuconfig”指令，进入 Syetem Type 选项。本文中选择对S3C2410 系统板的支持，然后配

8、置 File System 以及 Block device。保存配置后要修改 Makefile 文件，即把交叉编译的路径指定为本文中安装的特定目录，修改语句为：CROSS_Complie=usrIocaarm_cross341binarm-Linux-。最后通过 make dep；make clean；make zlmage 命令编译内核，得到内核压缩映象 zlmage。(3)生成并配置根文件系统：生成并配置文件系统主要有以下的几个步骤完成：安装 busybox 工具包(首先解压 busybox 压缩包，在解压目录下修改Makefile 文件，然后使用 Make install 完成安装)；创

9、建文件系统的映象文件(首先创建 img 目录，然后进入根目录创建一个空的映象文件，加载创建的文件系统，并复制文件系统中必要的文件)：配置文件系统(经过上述步骤已经产生了文件系统所需要的一些文件，但是需要设置根路径，即在根路径下添加必须的目录、文件并且正确设置属性)。32 Boa 服务器的移植与构建基于 Boa 建立嵌入式 Web 服务器可分为以下步骤完成：(1)建立交叉编译环境并下载 Boa 源码包解压：交叉编译环境在前文中构建ARM Linux 时已经建立了，这里编译 Bao 使用同样的交叉编译器，所以不需要重新建立一遍。Boa 的源码包可以从其官方网站 http：wwwboaorg 下载并

10、解压。(2)编译 Boa 代码生成可执行文件 boa：在编译之前，需要在 fooasrcconfigure 文件中加入 CC 和 CPP 的说明，同时修改 Makefile 里的 CC=usrlocalarm cross34，1binarm1inux。另外还要在编译之前指定Web 服务器的根目录路径(SERVERROOT)，具体方法是：进入boasrc目录，通过修改 definesh 文件中#defineERVER ROOT“homehttpd”语句来指定 SERVERROOT。然后 make 即可完成编译并生成 Boa 可执行文件。(3)配置 Boa 服务器：为了能够在硬件平台上运行 Web

11、 服务器 Boa，还需要对其运行环境、参数等进行设置，并将最终的配置文件 Boaconf 置于适当位置。通过修改配置文件 Boaconf可实现对 Web 服务器的配置，部分配置为：侦听端口使用 80 端口；访问日志 AccessLog 存放于varlogboaaccess_log；错误日志 ErrorLog 位于varlogboaerror_log；文件的根目录 DocumentRoot 设在homehttpd；KeepAliveMax 的值修改为 50；Keep-AliveTimeout 的值修改为 10；设置 CGIPath 为cgi-bin等；在Boaconf 的最后加上 SewerNa

12、meEmServer，即将 EmServer 作为服务器名称(当然也可用其它名称作为服务器名)。最后将修改好的配置文件 Boaconf 存放于嵌入式系统根文件ereboa 目录下。通过镜像制作工具执行命令 genromfs-fromfsimgdromdisk 生成 romdisk 的镜像文件 romfsimg，将 romfsimg通过 Bootloader 下载到 flash 存储器。(4)测试 Boa 的运行：为了确保 Boa 的正常运行，利用简单的测试程序测试Boa 的运行情况。在目录homebttpd下建立 indexhtml 文档，其内容为：This is boa server在 PC

13、 机上通过浏览器连接到运行 Boa 的硬件平台 http：/192168120(硬件平台 IP)，若页面显示 This is boa server，说明Boa 可以正常获取页面。在cgibin路径下建立 test 文件，其内容如下：#！binsbechoContent-type：texthtmlecho”This is cgi test”在浏览器中输入 http：192168120cgibintest，若页面显示 Thisis cgi test，说明服务器可以正常执行 CGI 程序。33 CGI 扩展开发 CGI 定义了 Web 服务器与 CGI 脚本之间的接口标准。其主要功能是在 Web环境

14、下，从客户端传送一些信息给 Web 服务器，Web 服务器把接收到的有关信息放入环境变量，然后再去启动所指定的 CGI 脚本以完成特定的工作，CGI 脚本从环境变量中获取相关信息来运行，最后以 HTML 格式输出相应的执行结果返回给浏览器端。由于用户能传递不同的参数给 CGI 脚本，所以 CGI 技术使得浏览器和服务器之间具有交互性。CGI 的扩展开发即是在 configc 中为该扩展功能增加一个命令码 flag，并指定它的处理响应函数；然后在 cgiheadc 中完成这个处理响应函数的代码即可。下面笔者将以通过 Web 服务器实现设置嵌入式系统 IP 地址为例介绍 CGI的扩展开发方法及步骤

15、：(1)首先在 lefthtml(注：主页采用框架，lefthtml 为左框架的页面)主菜单栏中增加一项：“设置 IP”。即在：home/httpdhtmllefthtml，增加一项：这个处理代码中用 vfork+execl 执行 ifconfigroute 命令，完成 IP 设置工作，并返回显示操作结果，提供用户重新启动。重新启动后板子的 IP 地址就是更改后的 IP 地址了。34 运行扩展后的 Web 服务器采用上述扩展方法，结合硬件资源和既有驱动笔者相继实现了系统时间设置、MAC 地址设置、MiniGui 演示、触摸屏演示、步进电机控制、录音、播放MTV 等多项基本功能和修改管理员密码、

16、系统重启等系统功能。为了较好实现动态网页的交互性，笔者将首页设置成为框架，左框架调用 lefthtml 显示各管理菜单，右框架显示点击某菜单选项后的页面。通过在右框架中的确认最终实现管理功能。在 PC 机的浏览器中输入 http：1921681201111 可进入 Web 服务器管理页面，其运行结果如图 3 所示。图 3 嵌入式 Web 服务器运行界面4 4 结束语结束语嵌入式 Web 服务器的实现，使得用户可以通过浏览器远程设置嵌入式设备的参数以及操控嵌入式硬件的运行。本文介绍了一种嵌入式 Web 服务器设计和实现的过程，重点描述了 Boa 服务器的实现以及 CGI 的扩展开发方式。运行结果表明：该方案运行效率高、界面友好、接口设计合理、功能扩展方便。随着互联网应用领域的不断深入，嵌入式 Internet 技术将得到更为广泛的应用和发展，相信本文设计的嵌入式 Web 服务器也将在此过程中发挥积极的功能和作用。