嵌入式Web服务器的实现
第三章 嵌入式Web服务器的实现
3．1 嵌入式Web服务器的概况
随着计算机的日益普及，互联网络(Internet)已经成为人们日常生活的一部分。互联网络是覆盖率极广、联网设备众多、协议完善、功能强大的一种通信方式，已经成为社会重要的基础信息设施，是重要的信息流通渠道。具备互联网络的接入功能，已经成为众多使用微处理器的嵌入式应用的发展方向。网络控制设备逐渐成为一种趋势。
使用互联网络的接入功能将给嵌入式的微处理器应用带来很多好处：利用无所不在的互联网络，可以从全球的任何一个角落实现对设备的监控；利用开放的TCP/IP 网络通信协议，任何的计算机都可以使用通用的网络浏览软件访问设备，不需要专门的计算机和专门的软件；设备的信息通过网页的形式体现。
因此从概念性上来讲，嵌入式Web服务器(Embedded Web Server)是指将Web服务器引入到现场测试和控制设备中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的测试和控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议，Web技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备。嵌入式Web服务器系统与传统的Web应用相比，简化了系统结构，将信息采集和信息发布都集成到现场的测控设备中。
一般来说，Web服务器通常由以下几个部分组成：
● 服务器初始化部分。这部分主要完成Web服务器的初始化工作，如建立守护进程、创建TCP套接字、绑定端口、将TCP套接字转换成侦听套接字，进入循环结构，等待接收用户浏览器连接。
● 接收客户端请求。由于客户端请求以文本行的方式实现，所以服务器也以文本行为单位接收。
● 解析客户端请求。这部分工作比较复杂，需要解析出请求的方法、URL(统一资源定位符)目标、可选的查询信息及表单信息。如果请求方法为HEAD，则简单地返回响应首部即可；如果方法是GET，则首先返回响应首部，然后将客户端请求的URL 目标文件从服务器磁盘上读出，再发送给客户端：如果是POST，则比较麻烦，首先要调用相应的CGI程序，然后将用户表单信息传给CGI程序，CGI程序根据表单内容完成相应的工作，并将结果数据返回。
● 发送响应信息之后，关闭与客户机的连接。
Linux环境下，主要有三个Web服务器:Httpd、thttpd和Boa。Httpd是最简单的一个Web服务器，它的功能最弱，不支持认证，不支持CGI。thttpd和Boa都支持认证和CGI等，功能都比较全。
如果Web服务器仅需提供一些静态页面，例如系统介绍、简单的在线帮助等，完全可以用静态服务器Httpd 来实现。但若需要与用户进行交互，例如数据查询、实时状态查询等，则必须使用动态Web技术，可以选用thttpd或者Boa来实现。
目前实现动态Web页面有多种技术可供选择，CGI, ASP, PHP等技术。针对具体的嵌入式人机界面要实现动态数据和状态查询，而且要实现逻辑算法的实现，因此选择支持ASP、CGI、embedded JavaScript等脚本语言的Goahead。
3．2Goahead服务器
3．2．1 GoAhead Web服务器的概况
Web服务器采用GoAhead Web服务器，一款主要面向嵌入式系统的Web服务器。它的体积非常小巧，但提供了不少的服务特性，它支持ASP,嵌入的JavaScript与内
存CGI处理。
3．2．2 GoAhead Web服务器的结构
图3-1为GoAhead Web服务器的处理流程，下面简单介绍其结构：
main.c：GoAhead Web服务器的主程序文件，完成初始化、设置环境和启动Web 服务器等功能。
● 网页的根目录：*rootWeb = T("web")；修改*rootWeb到新的网页目录下。
● 设置网站主页：websRedirect( wp, T("home.asp"))；
● 设置访问密码：*password = T("")；
● 设置访问端口：port = 80；
Asp.c：asp解释器模块，主要有以下几个功能函数：
websAspFunctions = symOpen( WEBS_SYM_INIT * 2 )；创建asp函数列表，其中WEBS_SYM_INIT在头文件“wsIntrn.h”中定义。
websAspDefine( char_t *name, int (*fn)( int ejid, webs_t wp, int argc, char_t **argv))；创建asp函数命令。
websAspFunctions是加载asp函数的标志；
aspOpenCount是使用asp功能块的程序的个数；
int websAspOpen()打开websasp正确返回0；
void websAspClose()关闭asp模块；
int websAspRequest( webs_t wp, char_t *lpath)；处理asp请求和script命令。
Form.c：实现/goform的处理，主要有以下几个功能函数：
formSymtab 是/goform处理列表的标志；
int websFormHandler( webs_t wp, char_t *urlPrefix, char_t *webDir, int arg, char_t *url, char_t *path, char_t *query)处理form请求；
int websFormDefine( char_t *name, void (*fn)( webs_t wp, char_t *path, char_t *query))定义一个form 的函数功能块；
void websFormOpen()打开form表；
void websFormClose()关闭form表。
cgi.c：cgi功能块
int websCgiHandler( webs_t wp, char_t *urlPrefix, char_t *webDir, int arg, char_t *url, char_t *path, char_t* query)处理form请求。
security.c：安全功能块
int websSecurityHandler( webs_t wp, char_t *urlPrefix, char_t *webDir, int arg, char_t *url, char_t *path, char_t *query)处理安全请求。
基于以上GoAhead Web服务器的结构和特点，针对动态网页的实现方面，采用ASP 和embedded JavaScrip技术来实现，才能实现组态动态网页。
3．3 Goahead服务器的移植
Goahead的移植工作可以分为以下三个步骤来完成：
第一步：下载Goahead源码
由于Goahead的源代码是开放的，因此可以从Goahead的官方网站上下载到Goahead最新版本的源码。最新开放源代码的Goahead版本为2.18。
第二步：配置Goahead Web服务器
解压缩最新版本的Goahead服务器，进入目录，在修改/LINUX下的Makefile文件，将
CC = arm-linux-gcc
AR = arm-linux-ar
加到文件开始处，将cc -c -o $@ $(DEBUG) $(CFLAGS) $(IFLAGS) $<
换成$(CC) -c -o $@ $(DEBUG) $(CFLAGS) $(IFLAGS) $<
第三步：编译并下载
执行
$ Make clean
$ Make
将在LINUX目录下生成webs 和libwebs两个文件，只需将两个文件拷贝到ARM 目标板。
由于嵌入式系统没有足够的内存或存储资源来编译可执行代码，只有通过交叉编译代码来创建针对嵌入式系统的可执行文件，并把此文件送到目标机上执行。因此，
通常的嵌入式系统的开发都是装有Linux的PC机作为宿主机来编译内核和应用程序。编译时可用arm-linux-来指定交叉编译器，不过使用之前先检查PATH路径是否正确。
在ARM目标板上运行Goahead Web服务器，还必须对目标板进行设置，设置如下：首先，在/etc/modules.conf 中加入alias binfmt-464c off ；
其次，由于ARM中的Linux没有hostname，因此设置：hostname localhost； 设置IP地址：ifconfig eth0 192.168.1.34。
这样本地的浏览器或者其他主机的浏览器就可以浏览Goahead Web服务器网页。注意：编译后用 strip 裁减生成的静态库与 webs 的文件大小，两个都在 120kb 左右,否则两个大小有 1.5MB。
3．4 Goahead服务器功能修改与增加
3．4．1 Goahead服务器配置
Goahead服务器得在程序中编译其配置信息，必须在编译之前将系统参数设置好，编译后，便不可以再改变。针对这个功能，可以采取将配置信息存储在文件中，Goahead 运行时去获取相应配置信息即可。那么就不需要重新编译其应用程序，只需要修改一下配置信息。
修改一些参数将其设置成配置信息，使其在修改时，不用重新编译和下载程序，现在做如下规定，配置参数存放在webs文件的同目录下，文件名为：“ServerCfg”。
需要配置的参数主要有以下几个，并定义其顺序，方便程序读取其参数。
0----------*rootWeb = T( "web" )
1----------*password = T( "123456" )
2----------port = 8080 （int）
3----------retries = 5 (int)
4----------umRestore( T("websconfig.txt") )
5----------T( "/goform" )///goform handler
6----------T( "/cgi-bin" )///cgi handler
7----------T( "default.asp" )////default page
8----------T( "asp.asp" )////home page
9----------hostname///
10---------ip地址
定义了初始化程序，在Goahead服务器启动时，首先调用初始化程序；其次才正常启动Goahead服务器。
static int initconfig()；//初始化配置信息
为了方便初始化配置数据信息，定义了如下数据结构供初始化函数时使用： #define nmemb 11
struct para_test
{
char name[30]；
int size；
}serverCfg[nmemb]；
由于Goahead服务器启动过程中需要有hostname和ip地址，因此，在初始化程序中，将设置hostname和ip地址。设置过程中调用system（执行shell命令）系统函数。System（）会调用fork（）产生子进程，由子进程来调用/bin/sh-c string 来执行参数string字符串所代表的命令，此命令执行完后随即返回原调用的进程。在调用system（）期间SIGCHLD信号会被暂时搁置，SIGINT和SIGQUIT信号则会被忽略。如果system（）在调用/bin/sh时失败则返回127，其他失败原因返回-1。如果string参数为空指针（NULL），则返回非零值。如果system（）调用成功则最后会返回执行shell命令后的返回值，但是此返回值也有可能为system（）调用/bin/sh 失败所返回的127，因此最好能再检查errno来确认执行成功。
3．4．2 时间功能模块
为了在人机界面中显示时间，在人机界面做时序调度，方便人机界面做时间轴上的决策，增加了时间功能模块。分成两组：一组为：显示时间；另一组为：获取时间。
显示时间分为三个功能函数，分别为：显示时间、显示日期和显示星期。函数原型如下：
static int aspTime( int eid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)时间； static int aspDate( int eid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)日期； static int aspWeekDay( int eid,webs_t wp, int argc, char_t **argv)星期；
获取时间分成六个功能函数，分别为：获取小时、分、秒、月、日和星期。函数原型如下：
static int aspGetHour( int eid,webs_t wp, int argc, char_t **argv)小时； static int aspGetMinute( int eid,webs_t wp, int argc, char_t **argv)分； static int aspGetSecond( int eid,webs_t wp, int argc, char_t **argv)秒； static int aspGetMonth( int eid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)月； static int aspGetDay( int eid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)日； static int aspGetWeekDay( int eid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)星期；
为了能在ASP动态网页中调用这些函数，必须将这些功能函数申明成ASP接口函数，如下：
websAspDefine( T("aspTime"), aspTime)；
websAspDefine( T("aspDate"), aspDate)；
websAspDefine( T("aspWeekDay"), aspWeekDay)；
websAspDefine( T("GetHour"), aspGetHour)；
websAspDefine( T("GetMinute"), aspGetMinute)；
websAspDefine( T("GetSecond"), aspGetSecond)；
websAspDefine( T("GetMonth"), aspGetMonth)；
websAspDefine( T("GetDay"), aspGetDay)；
websAspDefine( T("GetWeekDay"), aspGetWeekDay)；
在ASP动态网页中使用时，只需调用相应的函数名称即可使用。返回值为int型的数据，用户可以根据返回的时间，做出基于时间轴的逻辑控制。
3．4．3 显示的功能函数
网页显示有三种主要的元素：文本显示、数值显示和图象显示。针对这三种不同的元素，将ASP动态网页显示分成三种方式来处理如下：
● 文本显示
int websWriteText( int ejid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)
{
char_t *text；
ejArgs( argc, argv, T("%s"), &text)；
websWrite( wp, T("%S"), text)；
return 0；
}
定义成ASP功能函数为：
websAspDefine( T("writeText"), websWriteText)；
在ASP动态网页中显示文本信息，只需在脚本语言中写writeText（“文本内容”），就可以将文本信息显示出来。同样可以根据不同情况显示不同的文本信息，这样就可以达到动态效果，而不是静态的网页。
● 数值显示
int websWriteValue( int ejid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)
{
char_t *value；
ejArgs( argc, argv, T("%d"), &value)；
websWrite( wp, T("%d"), value)；
return 0；
}
定义成ASP功能函数为：
websAspDefine( T("writeValue"), websWriteValue)；
在ASP动态网页中显示变量值，只需在脚本语言中写writeValue（变量名），就可以将变量数值显示出来。用户可以先根据显示格式，将变量值进行逻辑运算，然后再将其显示出来。
● 图象显示
int websWriteImg( int ejid, webs_t wp, int argc, char_t **argv)
{
char_t *Path；
ejArgs( argc, argv, T("%s"), &Path)；
websWrite( wp, T("
"), Path)；
return 0；
}
定义成ASP功能函数为：
websAspDefine( T("writeImg"), websWriteImg)；
在ASP动态网页中显示图片，只需在脚本语言中写writeImg(“图片路径”)，就可以将图片显示出来。使用时，也可以在图片路径后加一些显示参数，也可以根据不同的情况显示不同的图片，这样实现动态网页的效果。
3．4．4 用户跳转实现
由于需要用户认证，因此需要对相应的用户的权限进行设置，因此需要对用户的权限进行设置，针对网页的跳转有以下三种方法：
（1）一种是在网页（.asp）来认证用户的权限，采用GETVAR方式获取从其他网页传过来的数据。采用ejSetResult(eid,T("3"))方式返回数据。
（2）另一种是采用在GOFORM中定义一个功能块，在功能块中做认证用户的权限，再跳转到其他的网页的方式来实现用户认证（浏览器和服务器端处理）。
（3）处理办法和处理首页的方式一样，就是来一个请求，先处理请求，符合要求，跳转到相应的页面。采用websRedirect( wp, T("first.asp"))的方式跳转（服务器端处理）。
为了方便用户认证跳转，采用在GOFORM中定义一个功能块，判断从认证页面传
递过来的用户名和密码，正确与否使用websRedirect跳转到不同的界面。
用户认证的界面如图3-2所示：
要完成页面跳转任务，分以下几个步骤：
首先，在Goahead服务器的主程序中定义一个用来处理用户认证函数formUsercheck，认证流程图3-3如下：
其次，在Goahead服务器启动后，将用户认证函数formUsercheck注册成goform 中的模块，如下：
websFormDefine( T("Usercheck"), formUsercheck)；
最后，使用时在需要认证的首页面增加：
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