| 摘要：首先介紹嵌入式Web服務(wù)器的發(fā)展背景。然后,詳細(xì)討論嵌入式Web服務(wù)器的支撐技術(shù),并提出瘦Web服務(wù)器模型。最后,分析嵌入式Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)并給出2個(gè)具體實(shí)現(xiàn)形式。 關(guān)鍵詞：嵌入式Web服務(wù)器 嵌入式Internet 瘦Web服務(wù)器 超文本傳輸協(xié)議 引言 后PC機(jī)時(shí)代的到來(lái)引發(fā)了信息產(chǎn)品的產(chǎn)生,而Internet與信息產(chǎn)品的結(jié)合是當(dāng)今發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì),嵌入式Internet技術(shù)的產(chǎn)生正好迎合了這個(gè)趨勢(shì)。據(jù)分析,嵌入式Internet系統(tǒng)在Internet電話、游戲裝置和手持式通信裝置的推動(dòng)下將會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。由于Internet技術(shù)的滲透,嵌入式系統(tǒng)正變得越來(lái)越智能化并具有越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)友好特性;又由于Web技術(shù)的飛速發(fā)展,給嵌入式系統(tǒng)帶入Internet提供了絕佳的途徑。本文就在嵌入式Internet中發(fā)展最快的嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)進(jìn)行討論。 1 發(fā)展背景 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。廣義講,凡是帶有微處理器的專(zhuān)用軟硬件系統(tǒng)都可以稱(chēng)為嵌入式系統(tǒng)。所謂嵌入式設(shè)備,是指具有計(jì)算機(jī)功能,但又不稱(chēng)為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材,幾乎包括了我們周期的所有電路設(shè)備：PDA、手機(jī)機(jī)頂盒、汽車(chē)、微波爐、電梯、安全系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、醫(yī)療儀器、自動(dòng)取款機(jī)等。嵌入式系統(tǒng)可以通過(guò)各種無(wú)線形式（如WAP、Blue Tooth等）和有線形式（TCP/IP、PPP等）的網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)它們之間的相互連接,因此,在網(wǎng)絡(luò)通信市場(chǎng)上極具生命力。現(xiàn)在人們對(duì)Internet應(yīng)用的依賴(lài)程序日漸增加,也促進(jìn)了嵌入式技術(shù)的增長(zhǎng)。信息家電的發(fā)展也為嵌入式Internet技術(shù)提供空間,如面向Internet的信息冰箱。這種信息家電的特點(diǎn)就是價(jià)格低廉、軟件功能強(qiáng)大、全面支持Internet訪問(wèn)、軟件可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)、有效保護(hù)用戶(hù)投資。 嵌入式Internet技術(shù)主要包括傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和集成電路技術(shù)等。以前的設(shè)備控制系統(tǒng)一般是通過(guò)專(zhuān)用通信線中進(jìn)行的,其通信介質(zhì)、通信協(xié)議、相關(guān)軟件和硬件都是專(zhuān)用的,而Internet技術(shù)的發(fā)展使嵌入式設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理方式有了改變。不需要專(zhuān)用的通信線路,并且傳輸?shù)男畔⒉痪志钟跀?shù)據(jù)信號(hào),還有聲音和圖像。最重要的是其通信協(xié)議是標(biāo)準(zhǔn)且公開(kāi)的。隨著Web技術(shù)的發(fā)展,幾乎改變了現(xiàn)在的信息表達(dá)形式,很多應(yīng)用都是基于Web技術(shù)的。由于HTML語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性,只要在嵌入式設(shè)備中有一個(gè)微型服務(wù)器, 就可以使用任意一種Web瀏覽器接收和發(fā)送信息。所以如何設(shè)計(jì)這種特別的Web服務(wù)器,如何在嵌入式設(shè)備中安裝Web服務(wù)器,就成了嵌入式Web服務(wù)器的發(fā)展和研究方向。 對(duì)于嵌入式Web服務(wù)器的研究和應(yīng)用,其意義是重大的。它為我們管理、控制和監(jiān)測(cè)各種各樣設(shè)備提供了一個(gè)很好的途徑。這種設(shè)備可以是具有有限內(nèi)存資源的8位或16位系統(tǒng),已足夠提供一個(gè)用戶(hù)界面,而且這種方式是基于Internet的。這種設(shè)備可以在世界任何一個(gè)地方,只要它連入Internet就能夠控制它。 目前國(guó)外的相關(guān)研究很多,如Pharlap公司的MicroWeb、AgranatSystems公司的EmWeb、EmWare公司的emMicro、Allegro公司的RomPager、WindRiver公司的Wind,還有Boa、Enea、PicoWeb、ChipWeb、Ipic、NetAcquire、Voyager、Quiotix等。國(guó)內(nèi)的有Webit。
2 支撐技術(shù) 2.1 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)在直接采用的標(biāo)準(zhǔn)為T(mén)CP/IP協(xié)議棧,包括TCP、IP、ICMP、RARP等,這些標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議對(duì)嵌入式Internet系統(tǒng)的大量使用有著很重要的意義。但是,這些協(xié)議的實(shí)現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)中有著特別的要求,如圖形和數(shù)據(jù)的顯示、實(shí)時(shí)分布式對(duì)象計(jì)算等。所以研究嵌入式TCP/IP協(xié)議棧以滿(mǎn)足嵌入式系統(tǒng)的性能要求是很重要的,我們應(yīng)該盡量減小TCP/IP協(xié)議棧而又不失一般的標(biāo)準(zhǔn)性�，F(xiàn)在國(guó)外對(duì)此已經(jīng)有很多的相關(guān)研究,如國(guó)外的μC/IP項(xiàng)目的研究,它是一個(gè)為微控制器和嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的小型TCP/IP協(xié)議棧;又例如CMX公司的MicroNet TCP/IP,它是為8位或16位微處理器而設(shè)計(jì)的,支持大部分的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,連接方式有以太網(wǎng)連接、拔號(hào)連接和直接連接方式。 嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的核心是HTTP引擎。HTTP協(xié)議是WEB應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,其已經(jīng)從HTTP1.0發(fā)展到HTTP1.1,性能有很大改變,增加了緩存功能,同志就是TCP連接形式的改變。HTTP10在每次HTTP請(qǐng)求中都需要TCP連接。一個(gè)典型的頁(yè)面可能含有許多單獨(dú)的HTT請(qǐng)求,如基本頁(yè)面請(qǐng)求、每個(gè)HTML框架請(qǐng)求、每個(gè)圖形請(qǐng)求等。建立每個(gè)請(qǐng)求并且產(chǎn)生每TCP連接需要占用大量的CPU和內(nèi)存資源;而HTTP1.1標(biāo)準(zhǔn)可以為多個(gè)HTTP事務(wù)在瀏覽器和服務(wù)器之間只保持一個(gè)TCP連接,這樣就大大提高網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的性能。所以,在嵌入式Web服務(wù)器中為了得到一個(gè)穩(wěn)定的用戶(hù)界面而又不影響嵌入式系統(tǒng)的CPU和內(nèi)存資源,我們應(yīng)該使用HTTP1.0標(biāo)準(zhǔn)。 2.2 瘦Web服務(wù)器 瘦Web服務(wù)器是隨著Web應(yīng)用環(huán)境的改變而提出的。因?yàn)樵趹?yīng)用當(dāng)中,特別是在嵌入式設(shè)備當(dāng)中,一個(gè)Web服務(wù)器不可能是很全面的,它必須擁有足夠小的容易,并且不影響嵌入式系統(tǒng)的整體性能,但又必須具備一個(gè)Web服務(wù)器應(yīng)有的特征。一個(gè)典型的嵌入式Web應(yīng)用如圖1所示。它也可以包含一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。Web服務(wù)器可以被用作一個(gè)單一線程,而不需要RTOS的支持,或者是當(dāng)使用RTOS時(shí)作為多線程應(yīng)用的一個(gè)線程,不需要?jiǎng)討B(tài)存儲(chǔ)分配。 嵌入WEB服務(wù)器通過(guò)CGI接口和其它方法,可以在HTML文件或表格中插入運(yùn)行代碼,供RAM讀取/寫(xiě)入數(shù)據(jù)。HTML頁(yè)面內(nèi)容一般是通過(guò)存儲(chǔ)在ROM中的壓縮文件,由快速運(yùn)行的代碼動(dòng)態(tài)產(chǎn)生的�？梢岳肑ava、javascripts等技術(shù)在客戶(hù)端生成應(yīng)用代碼,而在服務(wù)器端只是發(fā)布網(wǎng)頁(yè),以減少在服務(wù)器端的代碼和容量,提高服務(wù)器端的性能。這些就是瘦Web服務(wù)器的要求。嵌入式Web服務(wù)器是瘦Web服務(wù)器一個(gè)很好的體現(xiàn)。 2.3 嵌入式應(yīng)用接口技術(shù) 怎樣進(jìn)行信息傳遞,也是嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)中的一個(gè)核心問(wèn)題。有很多方式可以采用。下面就一些主要的方式進(jìn)行討論。 （1）元命令 元命令（Meta Commands）允許服務(wù)器來(lái)動(dòng)態(tài)改變WEB頁(yè)面的內(nèi)容。這個(gè)命令是被嵌入式到HTML元素中的,并且當(dāng)頁(yè)面裝載時(shí)更新的信息被插入到命令的位置。元命令可以置于文件中或者作為服務(wù)器的應(yīng)用變量進(jìn)行配置。 （2）HTML表格中CGI腳本 用戶(hù)可以通過(guò)填寫(xiě)表格來(lái)對(duì)一個(gè)嵌入式應(yīng)用提交數(shù)據(jù)給Web服務(wù)器,服務(wù)器通過(guò)運(yùn)行一個(gè)CGI腳本（CGI Scripts）來(lái)處理信息。此種功能函數(shù)在單一線程環(huán)境下可以專(zhuān)門(mén)作為應(yīng)用的一部分來(lái)實(shí)現(xiàn),在RTOS環(huán)境下可以作為服務(wù)器調(diào)度和應(yīng)用調(diào)度之間的一個(gè)橋梁。 運(yùn)行在Unix或桌面操作系統(tǒng)上的非嵌入式Web服務(wù)器能夠簡(jiǎn)單地調(diào)度單一進(jìn)程來(lái)運(yùn)行一個(gè)CGI腳本,而嵌入式Web服務(wù)器必須對(duì)它們分別處理,因?yàn)椴荒芸隙ㄊ欠褚幸粋�(gè)RTOS來(lái)運(yùn)行。所以對(duì)于一個(gè)非RTOS環(huán)境,必須考慮這些。如上所述,如果一個(gè)RTOS可以使用,那么嵌入式Web服務(wù)器可以充分利用RTOS來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì),但又必須考慮到服務(wù)器也能運(yùn)行在單一線程環(huán)境下。為了達(dá)到這個(gè)要求,嵌入式Web服務(wù)器可以通過(guò)在服務(wù)器和應(yīng)用中把CGI腳本作為C函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 （3）E-mail E-mail可以用來(lái)記錄Web服務(wù)器相關(guān)事件或者當(dāng)設(shè)備遇到特別需要注意的情況時(shí)通知適當(dāng)?shù)娜?然后進(jìn)行分析。例如,當(dāng)設(shè)備需要維護(hù)時(shí),嵌入式Web服務(wù)器可以發(fā)送一個(gè)E-mail消息。 3 實(shí)現(xiàn)形式 如上所述,嵌入式Web服務(wù)器與普通的Web服務(wù)器不一樣。在實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器的時(shí)候有其特別的要求,大概總結(jié)有以下幾點(diǎn)： ①處理器所能處理的事務(wù)量是多少。一個(gè)選擇的處理器應(yīng)該能夠處理最大期望的用戶(hù)請(qǐng)求數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸。例如,如果有很多數(shù)據(jù)需要下載,那么CPU必須能夠在處理外出的數(shù)據(jù)流的同時(shí)還要能夠處理新的用戶(hù)請(qǐng)求。這就要求應(yīng)用必須與輸入輸出定,這樣就有足夠的CPU循環(huán)去處理其它任何事件。 ②有多少用戶(hù)使用。為了解決潛在的連接沖突,應(yīng)用程序必須管理用戶(hù)的相關(guān)資源。這個(gè)可以使用信號(hào)量或者互斥機(jī)制來(lái)解決,這種方法可以在很多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中見(jiàn)到。 ③設(shè)備應(yīng)用需要多少資源。如果頁(yè)面和圖形需要?jiǎng)討B(tài)建立,那么就需要足夠的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)和保持。圖像需要占用巨大的存儲(chǔ)空間。例如, 一個(gè)具有256色320×240像素的位圖需要75KB以上的數(shù)據(jù)空間�？捎肎IF或者JPG的文件形式來(lái)壓縮,但是,還是需要足夠的資源來(lái)進(jìn)行分配以覆蓋設(shè)備應(yīng)用的最大需求。 ④服務(wù)器的應(yīng)用接口形式。上面已經(jīng)討論了幾種嵌入式應(yīng)用接口,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)仔細(xì)考慮。在單一線程系統(tǒng)中,應(yīng)用可直接使用CGI函數(shù)來(lái)進(jìn)行。在多線程系統(tǒng)中,服務(wù)器可以分解成各個(gè)獨(dú)立的任務(wù)。應(yīng)用的一部分可以更新頁(yè)面、圖像和其它的全局?jǐn)?shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù),同時(shí)服務(wù)進(jìn)程只關(guān)心把數(shù)據(jù)發(fā)送到瀏覽器。 Web技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)很成熟了,但如何應(yīng)用到嵌入式設(shè)備中,還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。嵌入式Web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)形式也多種多樣,現(xiàn)就世界上比較新的實(shí)現(xiàn)方案作一介紹。 3.1 EMIT EMIT是emWare公司開(kāi)發(fā)的嵌入式設(shè)備因特網(wǎng)解決方案。它包括多個(gè)部件,有emMicor、emGateway、Access Library、emLink、emObject。其中emMicro是適合于小型電子設(shè)備的微型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,即嵌入式Web服務(wù)器。它駐留在嵌入式設(shè)備中,是emGateway和嵌入式設(shè)備系統(tǒng)軟件之間的通信服務(wù)模塊。EmMicro占用的字節(jié)可以小到1K字節(jié),和emGareway一起,為8位和16位嵌入式設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能。其中emGateway是EMIT分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的關(guān)鍵,是輕量級(jí)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)（如RS232、RS485、CAN、RF等）和大型高性能網(wǎng)絡(luò)（如Intranets、Internet）之間的橋梁。EmGateway提供了emMicro中沒(méi)有包括的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能,并且可以寫(xiě)多種用戶(hù)界面相連接,如網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用程序等。EmGateway可以駐留在PC、單板機(jī)、ISP服務(wù)器或32位以上的嵌入式處理器上。其中Access Library庫(kù)函數(shù),可以通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言（如Java、C、C++）來(lái)調(diào)用,實(shí)現(xiàn)從一個(gè)通用程序（如網(wǎng)絡(luò)瀏覽器）或用戶(hù)程序中訪問(wèn)和監(jiān)測(cè)設(shè)備。其中emLink在emGateway中為每個(gè)外部嵌入式設(shè)備提供通信管理功能,以保持網(wǎng)絡(luò)連接,支持最常見(jiàn)的物理層協(xié)議（RS232、RS485、RF等）的數(shù)據(jù)鏈路功能;而emObjects是預(yù)先建立的Java對(duì)象,能夠?qū)崿F(xiàn)從標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中訪問(wèn)和控制嵌入式設(shè)備。 3.2 RomPager RomPager實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型嵌入式設(shè)備的管理框架。一個(gè)嵌入式設(shè)備通常使用SNMP或Telnet協(xié)議通過(guò)Set/Get調(diào)用來(lái)管理設(shè)備,另一些設(shè)備也使用額外的串行端口來(lái)管理設(shè)備參數(shù)。RomPager軟件非常易于集成到這類(lèi)設(shè)備中。RomPager同時(shí)會(huì)將Web瀏覽管理以及Email通知服務(wù)加入到設(shè)備中,結(jié)構(gòu)如圖2所示。 結(jié)束語(yǔ) 嵌入式Web服務(wù)器的發(fā)展是很有前景的,它為未來(lái)信息家電的網(wǎng)絡(luò)化和信息化提貨了切實(shí)可行的途徑。嵌入式Web技術(shù)是現(xiàn)在研究的一個(gè)熱點(diǎn),還有很多問(wèn)題需要解決,其應(yīng)用的范圍也有待進(jìn)一步探索。 |
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