關鍵詞： ARM uClinux web伺服器 1 引言
隨著互連網在全球的飛速發展，網路技術廣泛應用於各種企業和工業系統，越來越多的資訊化產品需要能夠接入互連網通過web頁面進 行遠端存取和控制。嵌入式web伺服器是當今研究嵌入式[1]的應用熱點，可廣泛的應用到工業裝置，自動化農業，資訊化家電，遠程監控警示系統等。目前正 在開發的嵌入式系統中，將近一半的項目都選用Linux作為嵌入式操 作系統，而uClinux是一個經過對標準Linux核心改動，高度最佳化、代碼緊湊的嵌入式Linux[2]它保留了Linux的大多數優點，具有良好的 移植性、優秀的網路功能。目前，基於三星S3C4510b與uClinux下web伺服器已經實現，而基於S3C44B0與uClinux下web伺服器 的實現尚不多見。本文通過網口控制晶片RTL8109AS與S3C44B0的串連，實現了硬體設計，採用uClinux原始碼和boa伺服器原始碼的編譯 以及CGI網關介面程式的編寫實現了軟體設計，在自行設計的S3C44B0開發板上實現了基於uClinux下的boa伺服器和動態網頁CGI網關介面程 序，通過瀏覽器輸入開發板的IP地址就可以動態地訪問開發板上的網頁。 ２ 硬體方案實現
本文設計的ARM開發板的核心是三星(Samsung)S3C44B0微處理器，是基於ARM7TDMI[3]的 RISC型CPU，是性價比較高的嵌入式32位處理器之一。S3C44B0晶片包含一個使用了66MHz和單周期精簡指令處理器(ARM7TDMI)，內 建8k快取器，2通道通用DMA、2通道外設DMA並具有外部請求引腳、2通道UART帶有握手協議、11通道SIO、1通道多主IIC-BUS控制 器、5個PWM定時器、71個通用I/O口等等並且能夠與常用的外圍裝置實現無縫串連，從而簡化了外圍電路設計，降低了產品成本、體積和功耗。本文自行設 計的開發板使用16MSDRAM和2Mflash的記憶體構架。其中Flash型號是SST39VF160，主要用於存放BIOS程式、uClinux核心 映象以及ROMFS檔案系統。SDRAM則採用兩片HY57V641620，共同組成16M、32位寬的系統主儲存空間。外設方面，採用CS4334晶片進 行音頻擴充，採用PDIUSBD12晶片擴充了一個USB介面，串口控制晶片採用常見的MAX232，網口控制晶片採用Realtek公司的 RTL8109AS擴充1個10/100M的網卡裝置。開發板架構1所示: 圖1 開發板整體架構圖
3 軟體設計
3.1 uClinux在S3C44B0上的移植
本開發板採用 uClinux作為作業系統，uClinux是專門針對沒有MMU的CPU，適合嵌入式系統小型化應用。uClinux經過對標準Linux核心的改動， 形成了一個高度最佳化、代碼緊湊的嵌入式Linux，uClinux保留了Linux的大多數優點:穩定，良好的移植性，優秀的網路功能，完備的對各種檔案 系統的支援，以及標準豐富的API。而且在uClinux系統上開發的應用程式可移植性很好，系統升級也非常容易，所以本文選用uClinux作為嵌入式 作業系統。在S3C44B0上對uClinux核心進行的移植過程為:
首先對其原始碼進行編譯，從網上下載一個uClinux原始碼，一般是壓縮格式(tar.gz)的，將其解壓，在目前的目錄下產生一個uClinux-dist目錄，進入uClinux-dist目錄，然後依次鍵入
(1) make menuconfig 進入菜單化的原始碼配
置工具
(2) make clean 清除所有的編譯結果
(3) make dep 設定檔案依賴關係
(4) make lib_only 編譯庫檔案
(5) make user_only 編譯應用程式
(6) make romfs 編譯檔案系統
(7) make image 產生映象檔案
(8) make 完成整個編譯過程
編 譯完成後，在image下產生三個檔案，image.ram，image.rom，romfs.img。將image.rom通過網口用tftp工具下載 到系統板的flash中0x0處，上電鍵入BIOS提供的命令，uClinux便從SDRAM啟動，完成移植過程[4-5]。
3.2 基於uClinux的web技術實現
(1) web伺服器的工作原理[6-7]
網頁伺服器作為一個資料載體，可以將本地的資訊和資料通過網路傳遞給遠端發出請求的客戶，這在遠程監控的實現有很大的意義。web伺服器監聽使用者端的服務請 求，根據使用者請求的類型提供相應的服務。使用者端使用web瀏覽器和web伺服器進行通訊。web伺服器在接收到使用者端的請求後，處理使用者請求並返回需要的 資料。一個完整的HTTP事務一般由以下四個階段組成:
l 客戶與伺服器建立TCP串連;
l 客戶向服器發送請求； l 如果請求被接受，則由伺服器發送應答，在應答中包括狀態代碼和所要的檔案;
l 客戶與伺服器關閉串連。
(2) uClinux下web伺服器的實現
從本質上講，web伺服器是在電腦幕後啟動並執行程式，等待發自web瀏覽器的各種請求。當接受到請求時，它用被請求的文檔或錯誤訊息進行回覆。大多數的web伺服器都提供後端技術，就象CGI，能夠使web伺服器和已有的應用程式相連，從而提供互動式活動和資訊檢索。
uClinux 下，主要有三個web伺服器:httpd，thttpd和boa。Httpd[9]是最簡單的一個web伺服器，功能也最弱，不支援認證、CGI。 thttpd web伺服器和boa web伺服器都支援認證、CGI等，功能都比較全。本開發板選用適合於嵌入式應用的boa web伺服器。boa是一個單任務的http伺服器，原始碼開放、效能高。它和傳統伺服器的主要區別是:它是單進程的，在接到新的httpd請求時並不 FORK出一個新的進程來響應，不能對每個到來的串連處理，而且也不能將自己拷貝很多份來處理多串連。它在內部處理所有進行中的http串連請求，只對 單獨的CGI程式、自動檔案的產生、自動檔案的解壓等請求FORK出新進程。它的優點是代碼簡單、速度快、適合於嵌入式應用。對於嵌入式系統來說，實現 web伺服器主要是為了使用www瀏覽器，最終讓使用者通過區域網路或廣域網路訪問和控制嵌入式系統裝置。編寫不同的HTML頁面並結合CGI技術可以完成各種 靈活、友好的互動功能。在uClinux下實現boa，本文具體對boa.conf和mime.types檔案進行了幾項修改:
(1) 由於根檔案系統是唯讀，不能用mkdir來建立目錄，所以在編譯核心前建好要用到的目錄，在此把web伺服器的根目錄設在/home/下，將伺服器文檔 根目錄設在/home/httpd/目錄下，把實現動態web網頁功能的CGI程式放在/home/httpd/cgi-bin/ 目錄下。這幾個目錄的建立通過修改開發平台的makefile來實現。在ROMFS_DIRS=bin dev etc home lib mnt proc usr var 增加home/httpd home/httpd/cgi-bin。這樣修改後，通過上面的編譯核心步驟編譯後，根檔案系統中就包含這些建立的目錄。
(2) 指定web伺服器的根目錄路徑，進入uClinux-dist/user/boa/src/目錄下，通過修改define.h檔案中 #define SERVER_ROOT/home語句來指定SERVER_ROOT。修改boa.conf檔案，在uClinux- dist/user/boa/src/boa.conf裡將User nobody，Group nogroup改為User 0，Group 0，Document Root/var/www改為DocumentRoot/home/httpd，定義預設首頁和CGI程式所在的目錄，即:
DirectoryIndex index.html，ScriptAlias /cgi-bin/ /home/httpd/cgi-bin/mini.type不需要修改。Boa.conf和mini.types必須放到web伺服器根目錄下，把修改 後的boa.conf和mini.types複製到uClinux-dist/romfs/home下，然後對uClinux- dist/Vendors/Samsung/4510b/inittab修改，在inet:unknow/bin/inetd後加入boa: unknown/bin/boa c/home。這樣配置好後，此時web伺服器的根目錄為/home/httpd，httpd目錄下放的是web伺服器可以訪問的檔案，包括html網 頁，JPG圖片等。/home/httpd目錄下放置的檔案和網站檔案類型完全一樣，其中index.html為遠程瀏覽客戶訪問web伺服器所看到的默 認首頁值，通過超級連結可以連結到/romfs/home/httpd目錄以及其所有子目錄下的所有靜態網頁。如果要實現動態網頁，只能採用CGI，因為 目前uClinux還不支援ASP，PHP等技術。CGI即通用閘道介面，它是一個WWW伺服器主機對外服務的標準介面，一般來說一個CGI介面的功能就 是在超文本和伺服器主應用程式間傳遞資訊。目前最為流行的CGI[10]程式語言有四種:C,Shell,Perl和Visual Basic。CGI程式屬於一個外部程式，需要編譯成為可執行檔，才能在服務端運行，其應用程式流程程圖2所示: 圖2 CGI程式流程圖 圖3 uClinux下內嵌網頁 圖4 LED示範程式介面
瀏覽器將使用者輸入的資料送到web伺服器，web伺服器將資料使用stdin送給CGI程式，在執行CGI程式後，可能會訪問儲存資料的一些文檔，最後使用stdout輸出html形式的結果檔案，經過web伺服器送回瀏覽器顯示給使用者。
本 文通過c語言來編寫CGI程式，編譯成二進位檔案放在/cgi-bin/目錄下，由於前面配置了boa伺服器的CGI目錄, ScriptAlias/cgi-bin//home/httpd/cgi-bin/, 所以/cgi-bin/目錄下的CGI程式就能被正確執行。配置完成後，重新編譯核心，編譯時間選中boa選項將編譯好的核心下載到開發板，啟動 uClinux完成IP配置，啟動boa web伺服器之後就可以通過瀏覽器瀏覽網頁了，如果想啟動uClinux時自動啟動boa web伺服器，可以修改rc檔案，進入uClinux-dist/vendors/Samsung/4510b，在運行指令碼中加入boa c/home/&修改後重新編譯核心，再下載到開發板運行，運行uClinux後即可訪問網頁了。下面結合一個例子來說明如何?uClinux 下的動態網頁技術。先用HTML語言編寫web內嵌網頁(3)，然後點擊內嵌首頁上的LED DEMO示範程式超級連結，進入到網頁的下一介面(4)，由ACTION屬性來指定要用到用到的CGI程式，即ACTION=/cgi- bin/led.cgi，由METHOD屬性來指明所用的提交方法，即METHOD =POST。
選中LED複選框，然後點擊SET，就能控制開發板上的發光二級管。說明uClinux下boa伺服器已經運行成功。 4 結束語
本 文通過硬體方案的實現、軟體設計、以及uClinux下web技術的實現，實現了基於S3C44B0與uClinux下的 boa伺服器。通過啟動開發板上的boa伺服器，在PC機上的瀏覽器鍵入開發板上的IP地址，就能訪問開發板中內嵌的靜態網頁，通過CGI程式的實現，實 現了網頁的動態顯示，並用一個控燈的例子對boa伺服器的運行進行了實驗驗證。本文所實現的嵌入式web伺服器通用性比較強，能夠在嵌入式開發平台上高效 率地運行，應用前景非常看好。 |
