嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末大作業(yè)

1、江蘇科技大學(xué)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)期末大作業(yè)-嵌入式web服務(wù)器設(shè)計(jì)學(xué)號(hào)：1341901124姓名：武易專業(yè)：江蘇科技大學(xué)2016-12-30嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)引言近年來(lái)，傳統(tǒng)上用于辦公室和商業(yè)的以太網(wǎng)逐漸進(jìn)入了基于嵌入式設(shè)備的控制領(lǐng)域。Web技術(shù)可跨越諸多設(shè)備和系統(tǒng)在硬件和軟件產(chǎn)品間做到即連即用，只需用Web瀏覽器通過(guò)以太網(wǎng)和TCPIP協(xié)議便可訪問(wèn)各種信息終端。客戶機(jī)可任意設(shè)置，只要能連上Internet并有權(quán)訪問(wèn)Web服務(wù)器，便可查閱現(xiàn)場(chǎng)有關(guān)信息，給維護(hù)和管理工作帶來(lái)很大的方便。本文提出的基于ARM Linux的嵌入式Web服務(wù)器以S3C2410處理器為核心，以可裁減可移植的Linux

2、為操作系統(tǒng)，為嵌入式系統(tǒng)的Internet接入提供了一種方便、快捷、簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法。1 嵌入式web服務(wù)器技術(shù) 嵌入式Web服務(wù)器(embedded web server，EWS)是指將Web服務(wù)器引入到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和控制設(shè)備中，在相應(yīng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的測(cè)試和控制設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議，Web技術(shù)為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和控制設(shè)備。其執(zhí)行3種基本功能： 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)信息發(fā)布； 提供接口監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備； 提供接口控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 由于Web技術(shù)的開(kāi)放性和獨(dú)立平臺(tái)特性，降低了軟件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)工作量，提高了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和控制設(shè)備的管理水平。嵌入式We

3、b服務(wù)器技術(shù)提供了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控設(shè)備的方法和途徑。 在嵌入式Linux系統(tǒng)中，常用的Web Server有Boa、httpd、thttpd和mini-httpd等。其中Boa是一個(gè)運(yùn)行在類Unix系統(tǒng)中的小型WebServer，適合嵌入式環(huán)境。在Boa中若兩個(gè)用戶同時(shí)訪問(wèn)，則其中的一個(gè)必須等待，它產(chǎn)生獨(dú)立進(jìn)程來(lái)處理CGI(通用網(wǎng)關(guān)接口)程序，因此占用較少的資源，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。Boa的優(yōu)點(diǎn)在于其快速可靠性。它與其它服務(wù)器的區(qū)別：沒(méi)有為CGI程序設(shè)置REMOTE_HOST環(huán)境變量；沒(méi)有Server-Side Include(SSI)項(xiàng)，要產(chǎn)生動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)只能通過(guò)CGI：沒(méi)有設(shè)置進(jìn)入控制

4、，而是根據(jù)LinuxUnix的文件系統(tǒng)的權(quán)限來(lái)決定服務(wù)的對(duì)象：沒(méi)有chroot選項(xiàng)，即不能改變根目錄。 基于以上的闡述，Boa應(yīng)用到嵌入式平臺(tái)上有著諸多的優(yōu)勢(shì)，本文的嵌入式Web服務(wù)器也因此選用Boa作為平臺(tái)。下面筆者將著重介紹嵌入式Web服務(wù)器的硬件平臺(tái)及軟件體系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 圖1 Boa網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)2 硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 本文的硬件平臺(tái)采用S3C2410為系統(tǒng)硬件核心，系統(tǒng)框圖如圖2所示。主要包括：存儲(chǔ)系統(tǒng)、系統(tǒng)接口、用戶接口(顯示LCD與鍵盤(pán))3個(gè)部分。 圖2硬件平臺(tái)體系結(jié)構(gòu) S3C2410把外部復(fù)位信號(hào)作為一個(gè)中斷處理，在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，程序指針(PC)被設(shè)置為0，程序跳轉(zhuǎn)到0

5、x00000000開(kāi)始運(yùn)行。此空間對(duì)應(yīng)Bank0，系統(tǒng)的2MB的NORFlash和處理器的Bank0相連接。在NORFlash中存儲(chǔ)的是BootLoader，它負(fù)責(zé)配置處理器的結(jié)構(gòu)、工作模式以及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的各個(gè)硬件是否工作正常。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化和自檢后，BootLoader負(fù)責(zé)把16 MB NANDFIash的zlmage(即軟件系統(tǒng)的鏡像文件)復(fù)制到0xc0008000地址(此地址是系統(tǒng)64MB SDRAM的首地址)。然后，引導(dǎo)程序把PC指向0xc0008000地址，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。3 基于Boa的軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 上述的嵌入式硬件平臺(tái)實(shí)際上是一通用平臺(tái)，基于該平臺(tái)構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器，設(shè)

6、計(jì)者必須考慮其通用性、響應(yīng)速度及對(duì)于硬件的可操控性。正是基于這樣的考慮，筆者分三層構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器的軟件體系：ARMLinux的建立；Boa服務(wù)器的移植與構(gòu)建；Cgi程序的擴(kuò)展。 31 ARM Linux的建立 ARM Linux的建立是基于U-Boot的實(shí)現(xiàn)，它的建立實(shí)際上是Linux內(nèi)核在S3C2410上移植的過(guò)程，主要分為3個(gè)步驟：建立交叉編譯環(huán)境；編譯內(nèi)核；生成并配置根文件系統(tǒng)。因本文的工作重點(diǎn)并不是介紹Linux移植，因此下面只是簡(jiǎn)要介紹3個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)。 (1)建立交叉編譯環(huán)境：建立交叉編譯環(huán)境的過(guò)程實(shí)際就是對(duì)交叉編譯器壓縮包解包的過(guò)程。在本文中，所有的軟件源碼包都放在tool

7、s目錄下，解包所用指令序列在此不做贅述，其解包路徑為usrlocalarm cross。 (2)交叉編譯Linux內(nèi)核：在交叉編譯內(nèi)核之前，對(duì)編譯選項(xiàng)的配置是很重要的。執(zhí)行“make menuconfig”指令，進(jìn)入Syetem Type選項(xiàng)。本文中選擇對(duì)S3C2410系統(tǒng)板的支持，然后配置File System以及Block device。保存配置后要修改Makefile文件，即把交叉編譯的路徑指定為本文中安裝的特定目錄，修改語(yǔ)句為：CROSS_Complie=usrIocaarm_cross341binarm-Linux-。最后通過(guò)make dep；make clean；make zlma

8、ge命令編譯內(nèi)核，得到內(nèi)核壓縮映象zlmage。 (3)生成并配置根文件系統(tǒng)：生成并配置文件系統(tǒng)主要有以下的幾個(gè)步驟完成：安裝busybox工具包(首先解壓busybox壓縮包，在解壓目錄下修改Makefile文件，然后使用Make install完成安裝)；創(chuàng)建文件系統(tǒng)的映象文件(首先創(chuàng)建img目錄，然后進(jìn)入根目錄創(chuàng)建一個(gè)空的映象文件，加載創(chuàng)建的文件系統(tǒng)，并復(fù)制文件系統(tǒng)中必要的文件)：配置文件系統(tǒng)(經(jīng)過(guò)上述步驟已經(jīng)產(chǎn)生了文件系統(tǒng)所需要的一些文件，但是需要設(shè)置根路徑，即在根路徑下添加必須的目錄、文件并且正確設(shè)置屬性)。 32 Boa服務(wù)器的移植與構(gòu)建 基于Boa建立嵌入式Web服務(wù)器可分為以下

9、步驟完成： (1)建立交叉編譯環(huán)境并下載Boa源碼包解壓：交叉編譯環(huán)境在前文中構(gòu)建ARM Linux時(shí)已經(jīng)建立了，這里編譯Bao使用同樣的交叉編譯器，所以不需要重新建立一遍。Boa的源碼包可以從其官方網(wǎng)站http：wwwboaorg下載并解壓。 (2)編譯Boa代碼生成可執(zhí)行文件boa：在編譯之前，需要在fooasrcconfigure文件中加入CC和CPP的說(shuō)明，同時(shí)修改Makefile里的CC=usrlocalarm cross34，1binarm1inux。另外還要在編譯之前指定Web服務(wù)器的根目錄路徑(SERVERROOT)，具體方法是：進(jìn)入boasrc目錄，通過(guò)修改definesh文

10、件中#defineERVER ROOT“homehttpd”語(yǔ)句來(lái)指定SERVERROOT。然后make即可完成編譯并生成Boa可執(zhí)行文件。 (3)配置Boa服務(wù)器：為了能夠在硬件平臺(tái)上運(yùn)行Web服務(wù)器Boa，還需要對(duì)其運(yùn)行環(huán)境、參數(shù)等進(jìn)行設(shè)置，并將最終的配置文件Boaconf置于適當(dāng)位置。通過(guò)修改配置文件Boaconf可實(shí)現(xiàn)對(duì)Web服務(wù)器的配置，部分配置為：偵聽(tīng)端口使用80端口；訪問(wèn)日志AccessLog存放于varlogboaaccess_log；錯(cuò)誤日志ErrorLog位于varlogboaerror_log；文件的根目錄DocumentRoot設(shè)在homehttpd；KeepAlive

11、Max的值修改為50；Keep-AliveTimeout的值修改為10；設(shè)置CGIPath為cgi-bin等；在Boaconf的最后加上SewerNameEmServer，即將EmServer作為服務(wù)器名稱(當(dāng)然也可用其它名稱作為服務(wù)器名)。最后將修改好的配置文件Boaconf存放于嵌入式系統(tǒng)根文件ereboa目錄下。通過(guò)鏡像制作工具執(zhí)行命令genromfs-fromfsimgdromdisk生成romdisk的鏡像文件romfsimg，將romfsimg通過(guò)Bootloader下載到flash存儲(chǔ)器。 (4)測(cè)試Boa的運(yùn)行：為了確保Boa的正常運(yùn)行，利用簡(jiǎn)單的測(cè)試程序測(cè)試Boa的運(yùn)行情況。

12、在目錄homebttpd下建立indexhtml文檔，其內(nèi)容為： This is boa server 在PC機(jī)上通過(guò)瀏覽器連接到運(yùn)行Boa的硬件平臺(tái)http：/192168120(硬件平臺(tái)IP)，若頁(yè)面顯示This is boa server，說(shuō)明Boa可以正常獲取頁(yè)面。 在cgibin路徑下建立test文件，其內(nèi)容如下：#！binsbecho Content-type：texthtmlecho”This is cgi test”在瀏覽器中輸入http：192168120cgibintest，若頁(yè)面顯示This is cgi test，說(shuō)明服務(wù)器可以正常執(zhí)行CGI程序。 33 CGI擴(kuò)展開(kāi)發(fā)

13、 CGI定義了Web服務(wù)器與CGI腳本之間的接口標(biāo)準(zhǔn)。其主要功能是在Web環(huán)境下，從客戶端傳送一些信息給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器把接收到的有關(guān)信息放入環(huán)境變量，然后再去啟動(dòng)所指定的CGI腳本以完成特定的工作，CGI腳本從環(huán)境變量中獲取相關(guān)信息來(lái)運(yùn)行，最后以HTML格式輸出相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果返回給瀏覽器端。由于用戶能傳遞不同的參數(shù)給CGI腳本，所以CGI技術(shù)使得瀏覽器和服務(wù)器之間具有交互性。 CGI的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)即是在configc中為該擴(kuò)展功能增加一個(gè)命令碼flag，并指定它的處理響應(yīng)函數(shù)；然后在cgiheadc中完成這個(gè)處理響應(yīng)函數(shù)的代碼即可。下面筆者將以通過(guò)Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)設(shè)置嵌入式系統(tǒng)IP地址

14、為例介紹CGI的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)方法及步驟： (1)首先在lefthtml(注：主頁(yè)采用框架，lefthtml為左框架的頁(yè)面)主菜單欄中增加一項(xiàng)：“設(shè)置IP”。即在：home/httpdhtmllefthtml，增加一項(xiàng)： 這個(gè)處理代碼中用vfork+execl執(zhí)行ifconfigroute命令，完成IP設(shè)置工作，并返回顯示操作結(jié)果，提供用戶重新啟動(dòng)。重新啟動(dòng)后板子的IP地址就是更改后的IP地址了。 34運(yùn)行擴(kuò)展后的Web服務(wù)器 采用上述擴(kuò)展方法，結(jié)合硬件資源和既有驅(qū)動(dòng)筆者相繼實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置、MAC地址設(shè)置、MiniGui演示、觸摸屏演示、步進(jìn)電機(jī)控制、錄音、播放MTV等多項(xiàng)基本功能和修改管理員密碼、系統(tǒng)重啟等系統(tǒng)功能。為了較好實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的交互性，筆者將首頁(yè)設(shè)置成為框架，左框架調(diào)用lefthtml顯示各管理菜單，右框架顯示點(diǎn)擊某菜單選項(xiàng)后的頁(yè)面。通過(guò)在右框架中的確認(rèn)最終實(shí)現(xiàn)管理功能。在PC機(jī)的瀏覽器中輸入http：1921681201111可進(jìn)入Web服務(wù)器管理頁(yè)面，其運(yùn)行結(jié)果如圖3所示。 圖3 嵌入