基于PCM-3386单片机的嵌入式WEB服务器

郝梦岩

（长治学院 计算机系，山西 长治 046011）

基于PCM-3386单片机的嵌入式WEB服务器

郝梦岩

（长治学院 计算机系，山西 长治 046011）

文章提出一种基于PCM-3386单片机的嵌入式WEB服务器的实现方案，重点探讨了系统的硬件平台、嵌入式TCP/IP协议以及安全机制。其关键是在PCM-3386单片机内部嵌入TCP/IP协议栈。

嵌入式系统；Web服务器；以太网；TCP/IP协议

1 引言

随着互联网的日益普及，信息共享的程度不断提高，嵌入式系统的Internet接入已成为人们越来越关注的研究课题。

2 系统的硬件平台

嵌入系统的硬件平台必须具有运行速度快、存储容量大等基本特点，同时为了能传输各种信息，硬件系统还必须具有能接入Internet的网络接口。基于以上因素的考虑，本设计采用了深圳某公司生产的PCM-3386开发板。开发板具有RISC架构、流水线技术、指令集与80C186处理器兼容、主频100MHz和在板1MB SDRAM内存以及高速以太网符合IEEE 802.3,802.3u规范等支持等特点。在软件方面直接支持BorlandC集成开发环境（包括BC3.1、BC4.0等）、Turbo Debugger源码调试（交叉调试环境）。

3 嵌入式TCP/IP协议

嵌入式WEB服务器技术的核心是在嵌入式系统中部分或完整的实现TCP/IP协议以及HTTP引擎。由于嵌入式设备资源一般都比较有限，并且也不需要同时处理很多用户的请求，因此我们设计了基于PCM-3386单片机的嵌入式Web服务器。这种Web服务器在存贮空间和运行时所占有的内存空间都会非常适合于嵌入式应用场合。

3.1 ARP协议的实现

ARP用于实现IP地址到网络接口硬件地址的映射。ARP可以同时工作在其他类型的数据链路下，但对于我们的嵌入式WEB服务器，只考虑将IP地址映射到48 bit的以太网地址。

ARP主要实现以下两个函数：

（1）void arprequest（struct arpcom*ac，u_long*sip，*tip,u_char*enaddr），该函数建立ARP请求分组，并将它传送到接口的输出函数。

（2）in_arpinput（structmbuf*m），该函数用于处理接收到的ARP请求/应答。

3.2 IP协议的实现

IP协议是TCP/IP协议簇中的核心协议，提供数据传输的最基本服务。这是一个不可靠、无连接的数据报协议，它尽最大的努力使不同的设备之间利用IP地址进行通信，使处于不同网络的主机之间能发送IP数据报。针对嵌入式系统的特点，该IP模块不实现路由选择功能，不支持路由器的一系列路由选路信息协议，这样就简化了IP协议的实现。在IP数据报中，通过子网掩码比较IP报头的目的地址字段是否与本机在同一子网内。如果是则直接发送给目的主机，否则把它转发给一个默认的路由器。对于接收到的IP数据报，它会根据IP报头中的协议字段内容交由相应的ICMP模块或传输层TCP/UDP模块处理。

（1）void ipintr （long ipaddr,char xdata*outbuff,char proto_id,int len）发送IP数据。该程序用来创建一个发送数据报。当系统需要发送数据时，IP层以上的协议将调用该函数。

（2）void ip_rcev（char xdata*buff）接收 IP 数据。该函数检测一个收到的数据包，并对数据包作相应的处理。

3.3 ICMP协议的实现

ICMP协议是IP协议的补充，用于IP层的差错报告、拥塞控制、路径控制以及路由器或主机信息的获取。在嵌入式WEB服务器中，该ICMP模块只实现ICMP回显请求与应答报文，它是网络管理人员最有力的诊断工具。TCP/IP网络系统所提供的ping命令大多是利用ICMP回应请求与应答报文来实现的，该命令通常用于测试信宿的可到达性。

根据PCM-3386单片机资源现状，在本设计中只实现了一个简化的ping命令。包括ICMP_ECHO和ICMP_ECHOREPLY两个主要函数。

3.4 TCP协议的实现

在嵌入式Web服务器中，TCP协议只支持一种应用程序即HTTP协议来传送网页文件，并且把每个网页文件大小限制在一个数据报内，而不会出现在网络层IP数据报的分片。作为嵌入式Web服务器，TCP连接只处于被动服务的状态，即省去主动创建连接的发送SYN、主动关闭连接的FIN等待这些状态。为了保持嵌入式Web服务器更为高效，在设计中让它一直处于监听状态，用以监听客户端的连接请求，避免主动或被动打开操作。另外，在嵌入式Web服务器中，TCP协议使用简单确认机制以及仅对发送的TCP报文进行校验和计算。

4 安全机制

人们在感受因特网为科学研究、经济建设、商业活动和日常生活带来便利的同时，也开始注意到日益突出的网络安全问题。因此我们在嵌入式Web服务器系统中加入一些安全措施。目前考虑的安全策略有：

1）闭环网络访问策略：即把所有可能的攻击点全部局限在本网络范围内。

2）访问控制策略：为特定的用户提供访问资源的权限。对一些关键信息，将其标记为只读特性，尤其是外网用户。

3）密码和防火墙策略：防火墙是通过物理上阻塞所有不经过防火墙的网络访问通道，从而保证所有从内到外和从外到内的通信量都必须经过防火墙。同时所有数据传送必须要进行加密。

因此，基于安全机制的考虑，本论文把访问控制权限加入到嵌入式WEB服务器中，用户第一次登陆时会要求输入用户名和密码，并且用户通过动态网页处理模块对远程系统进行控制时也要求有一定的客户权限。它们是通过在配置文件http.conf中的定义给其分配不同的资源权限来完成的。

5 小结

本文通过对嵌入式设备接入Internet技术的研究，分析了嵌入式Internet接入的几种解决方案，提出并实现了一个基于PCM-3386的解决方案。所完成的主要工作如下。

（1）以PCM-3386为硬件平台，以Borland C为软件开发环境，开发并实现了一个嵌入式Web服务器，成功的实现了嵌入式系统的Internet接入。

（2）设计实现的嵌入式Web服务器具有以下功能：提供ARP、IP、ICMP、TCP、HTTP协议；支持 ping命令的响应；可以用TCP进行数据传送、可以为用户提供WWW服务。

（3）经过试验，所设计实现的精简TCP/IP协议栈和HTTP协议工作正常。

本文设计实现的嵌入式Web服务器具有小巧轻便、成本低、功能易于扩充、符合小客户端要求等优势，同时维护方便、安全性较高、动态性好，客户通过Web页面能够方便地对网站内容进行管理。同时本产品可应用在信息家电、工作控制自动化、环境工程、智能仪器及传感技术等方面。

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［4］兰少华.TCP/IP网络与协议［M］.北京：清华大学出版社，2006.

Abstact：With the increasing popularization of Internet and the improvement of information sharing，how to implement the interconnection between embedded systems and Internet，has been a very popular research subject.A method based on PCM-3386 to implement an embedded Web Server is provided in this dissertation.How to implement the TCP/IP Lean in PCM-3386 is the key to implementaWeb Server.

Keywords：embedded system；Web server；ethernet；TCP/IP protocols

（责任编辑 李学斌）

An Embedded Web Server Based on PCM-3386 to Implement

HAOMeng-yan
（the Departmentof Computer Science，Changzhi University，Changzhi Shanxi 046011）

TP393< class="emphasis_bold">文献标识码：A 文章编号：1

A

1673-2014（2010）02-0017-02

2009—12—14

郝梦岩（1979— ），女，山西长治人，助教，主要从事计算机网络研究。