ARM主机远程控制系统的设计与实现

2010-03-23吴兆芝

通化师范学院学报 2010年10期

吴兆芝，曲波

(南京晓庄学院，江苏南京 211171)

ARM处理器具有体积小、功耗少、成本低、性能高等特点，被越来越多地使用在工业控制领域.本文以ARM实验箱作为实验环境、ARM Linux作为操作系统平台、GNU工具链作为开发工具，使用嵌入式Web及嵌入式CGI编程技术，设计实现了一个ARM主机远程控制系统.本系统采用B/S方式，在客户端主机使用浏览器通过网络访问ARM主机的嵌入式Web服务程序，由Web服务程序调用其内部的嵌入式CGI子程序，由CGI子程序调用ARM主机的应用程序，实现对ARM主机的远程控制.

1 嵌入式Web编程技术

具备网络能力的嵌入式系统中最主要的趋势之一，就是包含Web(HTTP)服务器.对于ARM Linux操作系统而言，尽管存在几种较适合于嵌入式系统的开放源码Web服务器[1]，如thttp和Boa等，但其体积较大(约50～70K左右)，而且有些版本还不同程度地受到许可条款的限制.本文提出的嵌入式Web编程技术的目的是以最少的代码实现Web[2]服务器的基本功能：

(1)TCP/IP标准网络服务一般可有两种实现方式，一种是利用系统的超级服务器负责接收用户请求，然后调用相应的服务器程序；另一种是创建服务器守护进程，由服务器守护进程直接接收用户请求.前者适用于访问频度较低的网络服务.笔者采用守护进程方式[3，4]工作，利用Linux提供的daemon函数实现.

(2)从服务器响应用户请求的方式来看，有循环方式、多线程方式、多进程方式等多种模式.考虑到Linux操作系统的特点和Web服务的特点，采用多进程方式[3，4].

(3)只处理GET、POST请求.

(4)环境变量是Web服务器与CGI通信的重要手段，客户端的特征信息和查询信息都是通过环境变量提供给CGI的.为简化程序，本文实现的嵌入式Web服务只提供公共网关协议CGI所必需的环境变量.

在Web/Server系统中，由面向Web的服务器完成对用户客户端Web请求的服务，本质上就是对HTTP协议请求的响应过程.本系统的目的是实现对ARM主机的远程控制，无需使用过于复杂的Web页面，所以只要能响应客户端浏览器的GET和POST请求就足够了.主控程序如下：

static void get_http()

{

int x;

char *p，*q，req[1024];

if (getline(req，sizeof(req))<=0||

(p=strpbrk(req， “ ”)) == NULL)

return;

*p ++ = ' ';

if (strcmp(req， “GET”) != 0 && strcmp(req， “POST”) != 0)

return;

if ((q = strpbrk(p， “ ”)) != NULL)

*q = '';

unsetenv(“QUERY_STRING”);

if ((q = strchr(p， '?')) != 0) {

*q ++ = '';

setenv(“QUERY_STRING”， q， 1);

}

setenv(“SCRIPT_NAME”， p， 1);

strcpy(req， logfile);

req[strlen(req) - 4] = '';

setenv(“SCRIPT_FILENAME”， req， 1);

chk_head();

do_cgi();

}

其中，getline函数从连接套接字读入一行，返回值为该行长度，若长度不大于0，表示不是HTTP页面，则返回；主控程序对getline函数返回的首行字符串判断是否GET请求或POST请求，如果不是这二者，则返回.

chk_head函数解析头部信息，设置相应的环境变量.

do_cgi函数实现对CGI处理函数的调用.该函数首先创建双向管道，然后用fork函数创建一个子进程，在子进程中调用CGI处理函数my_cgi，并通过双向管道实现Web服务程序与CGI处理程序的双向信息传递.

2 嵌入式CGI编程

通常，CGI[2]程序都是存储在磁盘上，被Web服务器调用时从磁盘装入内存.装入操作明显会占用系统时间，降低CGI程序的响应速度.本系统采用嵌入式CGI技术，把CGI程序与嵌入式Web服务程序设计在一起，成为一个整体，既减小了体积，又明显提高了运行速度.

本系统实现的CGI处理是通过HTTP协议的POST请求实现的.POST请求页面首行若干行之后有一个空行，这是一个标志行，表示从下行开始为POST请求页面的参数，格式为：参数1=参数值1&参数2=参数值2&参数3=参数值3…参数n=参数值n，各参数之间用“&”分隔.

客户端Web程序对参数值中的某些字符作了变换，方法有两种：一种是将某字符用另一字符替换，例如将空格符用“+”替换；另一种是用“%XX”形式的字符串表示一个字符，其中XX为该字符的两位16进制ASCII码，例如“=”的16进制ASCII码为3D，则该串为“%3D”.

因此，CGI程序的一项重要工作就是处理POST请求，将各参数分解并将各参数值解码.关键代码如下：

voiddecode_info(char *ptr)

{

char *p0， *p1， *p2， c， is_eq = 0， s[3];

p0 = p1 = p2 = ptr;

while (*p0) {

c = *p0 ++;

switch(c) {

case '&':

if (!is_eq) {

p1 = p2;

} else {

*p1 ++ = ''; p2 = p1; is_eq = 0;

}

continue;

case '+':

*p1 ++ = ' ';

continue;

case '%':

s[0] = *p0 ++; s[1] = *p0 ++; s[2] = ''; *p1 ++ = x2c(s);

continue;

case '=':

*p1 ++ = ''; is_eq = 1;

continue;

default:

*p1 ++ = c;

}

if (!is_eq)

p1 = p2;

else

*p1 ++ = '';

*p1 = '';

}

CGI程序的另一项重要工作是调用ARM主机的应用程序，实现对ARM主机的远程控制.在守护进程中调用系统命令或应用程序，要使用exec系统函数，本系统使用execlp函数[4]实现.以控制ARM实验箱直流电机为例，具体实现方法如下.

笔者使用的博创ARM2410S实验箱的ARM Linux系统提供了一个控制实验箱直流电机运转的演示程序，文件名为dcm_main，存放在/mnt/yaffs/motor/DC子目录下.该程序运行后，会启动实验箱直流电机转动，同时不断改变电机的转速及方向，并将其速度及方向值送标准输出设备输出.如果直接在CGI程序中调用该程序，则该程序运行过程中的输出信息会连续不断地通过CGI程序回送给客户机浏览器.为避免输出信息回送，专门设计了一个CGI调用脚本do_dcm，通过该脚本调用dcm_main，启动直流电机运转.脚本内容如下：

/mnt/yaffs/motor/DC/do_main > /dev/null

显然经过脚本调用后，do_main运行时的输出信息都被转向到了空文件/dev/null.

为简化程序，对于关闭直流电机(停止运转)，采用中止do_main进程的方法实现.为此设计了CGI调用脚本un_dcm，脚本内容如下：

killall do_main > /dev/null

由于execlp函数调用系统命令或应用程序成功后，不再返回原调用程序，所以必须在CGI程序中先创建一个子进程，然后在子进程中调用execlp.由于篇幅所限，本文省略了一些技术细节.