嵌入式WEB服务器BOA的应用研究

2011-03-20朱嵘涛徐爱钧肖荣华

单片机与嵌入式系统应用 2011年6期

朱嵘涛，徐爱钧，肖荣华

（1.长江大学工程技术学院信息系，荆州434020；2.长江大学电信学院；3.中石油川庆测井公司）

引言

随着Internet技术的成熟和嵌入式技术的不断发展，利用网络实现远程控制已成为一种发展趋势。在嵌入式设备的管理与交互中，基于网络方式的应用开发是目前嵌入式系统开发的主流，这种应用程序的结构采用的是B／S结构，即在嵌入式设备上运行一个支持脚本或具有CGI功能的WEB服务器，能够生成动态交互页面。在远程监控的过程中，通常会产生和处理很多的动态数据，而对数据的存取一般采取两种方式:一种是基于文件方式，另一种是基于数据库方式。基于文件方式来存取数据的缺点是显而易见的，而基于数据库方式的SQLite则可以通过事务进行调度与并发控制，可有效地对数据进行存取、查询等操作，从而提高系统的开发效率和系统的可移植性。

1 嵌入式WEB服务器的软硬件设计［1］

嵌入式WEB服务器通过交换机或调制解调器与Internet连接，用户只需通过浏览器访问该远程服务器的IP地址，即可使用该服务器并实现对设备的访问。嵌入式WEB服务器的工作过程，如图1所示。

图1 嵌入式WEB服务器的工作过程

图2为硬件系统结构框图。嵌入式WEB服务器采用S3C2410作为整个系统的处理器。S3C2410是Samsung公司的一款基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式微处理器，主要面向手持设备以及高性价比、低功耗的应用。网络控制部分选用CS8900A作为以太网控制器。Flash选用Samsung公司的容量为64MB的NAND Flash型K9F1208存储器，SDRAM选用容量为64MB的HY57V561620AT存储器。

图2 硬件系统结构框图

软件设计包括系统引导加载程序Bootloader、配置裁减过的Linux操作系统内核和CRAMFS根文件系统。

2 嵌入式WEB服务器的构建［2］

典型的嵌入式WEB服务器有BOA和THTTPD等。这里选用BOA作为嵌入式WEB服务器，BOA是一个非常小巧的WEB服务器，可执行的代码大约60KB。它是一个单任务的WEB服务器，只能一次完成用户的请求，而不会创建（fork）出新的进程来处理并发连接请求，但BOA支持CGI，并且能为CGI程序创建出一个新的进程来执行。BOA服务器的设计目标是速度快和安全性好，在其站点公布的性能测试中，BOA的性能要好于Apache服务器的性能。

嵌入式WEB服务器BOA和普通WEB服务器一样，能够完成接收客户端请求、分析请求、响应请求、向客户端返回请求结果等任务。嵌入式WEB服务器工作原理如图3所示。

图3 嵌入式WEB服务器工作原理

嵌入式WEB服务器主要功能包括:

①完成WEB服务器的初始化工作，如建立TCP套接字、绑定端口、开始侦听以及等待接收WEB浏览器的连接请求；

②当有请求连接时，WEB服务器接收来自客户端请求；

③接收到客户端的连接请求之后，分析客户端请求，解析出请求的方法、URL目标、可选的查询信息及表单信息，同时根据请求进行相应的处理；

④WEB服务器完成相应处理后，向WEB浏览器发送响应信息；

⑤关闭与客户端的连接。

嵌入式BOA服务器的构建过程如下:

①从www.boa.org下载BOA源码，BOA的版本为0.94.13。

②解压。

＃tar－xzvfboa－0.94.13.tar.gz

③进入源代码目录。

＃cdboa－0.94.13／src

④运行configure文件，会生成Make－file文件。

＃.／configure

⑤修改Makefile文件，将

CC＝gcc，CPP＝gcc－E改成

CC＝arm－linux－gcc，CPP＝arm－linux－gcc－E

⑥进行交叉编译。

＃make

⑦去除调试信息，减小文件大小。

＃arm－linux－strip boa

3 SQLite在ARM平台上的移植［3］

SQLite是由D.Richard Hipp用C语言开发的轻量级嵌入式数据库，它是应用最广泛的嵌入式数据库之一。SQLite的源代码完全开放，可以免费用于任何用途，包括商业目的。SQLite提供了对SQL92的大多数支持，如多表和索引、事务、视图、触发和一系列的用户接口及驱动。

SQLite的体系结构如图4所示。对数据库进行的各种操作都是按照此顺序执行的。顶层是标记处理器（tokenize）和分析器（parser）。底部是经过优化的B树，这样有助于运行在可调整页面缓冲时将对磁盘的查找降到最低。再往下是页面高速缓存，它作用在OS抽象层之上。该体系结构的核心是虚拟数据引擎（VDBE），完成与数据相关的全部任务，并且是客户和存储之间信息交换的中间单元。当SQL语句被分析后，虚拟数据库引擎就开始工作。代码生成器将分析树翻译成一个袖珍程序，随后又被组合成虚拟机器语言表示的一系列指令。

图4 SQLite的体系结构

SQLite的主要接口函数有3个，分别是sqlite＿open（）、sqlite＿close（）和sqlite＿exec（）。其中，sqlite＿open（）用于打开一个SQLite数据库，如果成功打开则返回数据库的句柄，否则返回FALSE；sqlite＿close（）用于关闭SQLite数据库，无返回值；sqlite＿exec（）执行相应的SQL命令。

SQLite的移植过程如下:

①从www.sqlite.org下载sqlite－2.8.17.tar.gz源码，并解压。

②在文件sqlite.h中指定SQLITE＿PTR＿SZ的值为4，使B树有正确的变量大小。

③修改配置文件configure，注释掉＄cross＿compiling相关的代码。

④配置以生成Makefile。

＃.／configure－－disable－tcl－－host＝arm－linux

⑤进入Makefile文件，将BCC＝arm－linux－gcc－g－O2改成BCC＝gcc－g－O2。由于编译生成的可执行文件要在ARM开发板上运行，为了方便，将后面指定生成的库libsqlite.la改成libsqlite.a，即编译成静态链接的形式。

⑥使用＃make命令进行编译，以生成可执行文件sqlite3。

⑦去除其中的调试信息，以减小文件的大小。

＃arm－linux－strip sqlite3

CGI（Common Gateway Interface，公共网关接口）定义了WEB服务器与外部扩展程序（CGI程序）之间进行交互的接口标准。在WEB环境下，客户端浏览器将数据传送给WEB服务器，WEB服务器通过调用CGI程序实现和WEB浏览器的交互。也就是说，CGI程序负责接收来自客户端的信息并进行相应的处理，将相应的结果再发送给WEB浏览器。CGI程序主要是从环境变量中获取相关信息并处理，最后的结果以HTML的格式输出返回给浏览器。通过编写不同的CGI外部扩展程序，可以完成对WEB网页中表单（Form）数据的处理、数据库的查询及现场设备数据的采集任务，因此客户端用户通过CGI程序和嵌入式WEB服务器就可以完成对动态数据的访问。

嵌入式WEB服务器要访问SQLite，CGI是一个非常不错的选择。CGI是外部扩展应用程序（例如用C语言编写的C脚本语言）与WEB服务器交互的一个标准接口。而CGI标准可简单概括为:CGI程序是通过标准输入（STDIN）或环境变量来得到服务器的输入信息，并通过标准输出（STDOUT）向服务器输出信息。按照CGI标准编写的外部扩展应用程序可以处理WEB浏览器输入的需要协同工作的数据，完成WEB浏览器与WEB服务器的交互操作。

在WEB环境下，浏览器与服务器之间的数据交互，大多是通过HTML中的Form表单实现的。Form提供了两种数据传输的方式——GET与POST。GET方式传输的数据受URL长度的限制，因此传输的数据量小，且在传输数据的过程中是不安全的，而POST方式则不存在上述的缺点，故选择用POST来进行数据的传输。根据CGI规范，对于POST方式，在WEB服务器中需要根据表单提交的数据长度，将其重定向为CGI程序的标准输入，这样CGI程序就可以通过标准输入来得到客户端提交的数据。重定向是通过UNIX管道机制来实现的。

POST方式下CGI的工作原理如图5所示。WEB服务器是WEB浏览器与CGI程序之间的通道。WEB服务器接收到CGI请求后，就创建出一个主进程，同时也将接收到的数据传递给主进程。主进程为了读取来自WEB服务器数据的长度，fork出一个子进程，创建出管道，并将管道的输入端重定向为CGI的标准输入。子进程通过管道将数据长度传递给CGI程序，CGI程序通过标准输出将处理的结果发送给服务器，服务器再将相应信息传递给客户端浏览器并显示出来。

要实现嵌入式远程数据的采集，先要将嵌入式设备采集的现场数据存储到服务器的SQLite数据库上，然后通过编写相应的CGI程序来访问SQLite数据库。CGI程序必须满足CGI规范，CGI程序使用C语言编写，因此CGI程序可以调用SQLite提供的接口函数来访问数据库，同