嵌入式Web服務(wù)器的實現(xiàn)及其CGI應(yīng)用

王 俊，郭書軍

（北方工業(yè)大學(xué) 信息工程學(xué)院，北京 100144）

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與普及，人們的生活越來越密切地與網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起。嵌入式技術(shù)已普遍應(yīng)用于各個領(lǐng)域，有越來越多的信息化產(chǎn)品需要接入Internet網(wǎng)。用戶將可以通過Web頁面進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和控制，進(jìn)而查看和修改所關(guān)注的遠(yuǎn)程設(shè)備的相關(guān)信息。嵌入式Web服務(wù)器和CGI的結(jié)合使用可以很好地實現(xiàn)這個需求，這種方案不僅可以滿足嵌入式設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的需求，也可以實現(xiàn)客戶端與Web服務(wù)器之間的動態(tài)數(shù)據(jù)交互[1]。

文中主要分析嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)，研究了Shttpd在嵌入式系統(tǒng)下的移植，并借助于CGI技術(shù)實現(xiàn)了客戶端與服務(wù)端的動態(tài)數(shù)據(jù)交互與訪問。本文實驗部分的硬件平臺是華恒科技的HHARM6410開發(fā)板，它采用了三星公司的基于ARM11內(nèi)核的S3C6410處理器。軟件平臺是基于Linux 2.4.2內(nèi)核的Red Hat Linux操作系統(tǒng)。

1 嵌入式Linux下Web服務(wù)器的實現(xiàn)

傳統(tǒng)意義上的Web服務(wù)器是以具有高運(yùn)算處理能力和大容量存儲空間的工作站或PC機(jī)為硬件工作平臺，以非實時操作系統(tǒng)為軟件工作平臺，它通常被設(shè)計用來處理大量用戶對普通網(wǎng)站的同時并發(fā)訪問。但嵌入式設(shè)備處理器能力有限、存儲容量小，只能采用功能相對簡單、體積小、消耗資源少的Web服務(wù)器，嵌入式Web服務(wù)器由此產(chǎn)生。

1.1 嵌入式Web服務(wù)器的選擇

嵌入式Web服務(wù)器通常采用Browse/Server的工作方式，在這種工作方式下，客戶端僅需要一個瀏覽器程序，而服務(wù)器端則需要一個嵌入式Web服務(wù)器。客戶端可以使用瀏覽器來訪問Web服務(wù)器，并可通過網(wǎng)頁來進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和操作。嵌入式Web服務(wù)器監(jiān)聽客戶端的服務(wù)請求，并根據(jù)客戶請求的類型來提供相應(yīng)的服務(wù)，返回相應(yīng)的處理結(jié)果[2]。

典型的嵌入式Web服務(wù)器有Httpd、Boa以及Shttpd等。Httpd是最簡單的一個Web服務(wù)器，它的功能最弱，不支持認(rèn)證，不支持CGI。Shttpd和Boa都支持認(rèn)證、CGI等，功能都比較全。Boa是一個單任務(wù)的小型Web服務(wù)器，只能依次完成用戶的請求，而不會創(chuàng)建新的進(jìn)程來處理并發(fā)連接請求。Shttpd是一個輕量級的Web服務(wù)器，具有更豐富的功能特性，支持CGI，SSL，cookie，MD5認(rèn)證，還能嵌入到現(xiàn)有的軟件里，更為方便的是它不需要配置文件。因此本文選用Shttpd作為嵌入式Linux下的Web服務(wù)器。

1.2 嵌入式Web服務(wù)器Shttpd的移植及實現(xiàn)

步驟如下：

1）下載并解壓源碼包

下載 Shttpd 源碼包（Shttpd-1.39.tar.gz）：http://shttpd.sourceforge.net/

解壓源碼包：#tar zxvf shttpd-1.39.tar.gz

2）交叉編譯

#cd shttpd-1.39

#cd src/

#vi Makefile

修改交叉編譯器路徑：

CC=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc

AR=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-ar

交叉編譯，得到可執(zhí)行程序shttpd：

#make unix

3）運(yùn)行 shttpd

將編譯好的程序拷到開發(fā)板的文件系統(tǒng)下：

#cp shttpd/sbin

在開發(fā)板的/var目錄下建立www文件夾：

#mkdir/var/www

啟動shttpd服務(wù)器：

#shttpd-root/var/www-ports 80&

4）靜態(tài)網(wǎng)頁測試

在開發(fā)板的/var/www目錄下放入測試網(wǎng)頁：index.html

在客戶端瀏覽器中輸入開發(fā)板的IP地址，即可打開測試網(wǎng)頁。

2 CGI技術(shù)簡介

2.1 CGI工作原理

CGI（Common Gateway Interface）是外部擴(kuò)展應(yīng)用程序與Web服務(wù)器交互的一個標(biāo)準(zhǔn)接口。它規(guī)定了Web服務(wù)器調(diào)用其它可執(zhí)行程序（CGI程序）的接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。Web服務(wù)器通過調(diào)用CGI程序?qū)崿F(xiàn)和Web瀏覽器的交互，也就是CGI程序接受Web瀏覽器發(fā)送給Web服務(wù)器的信息，進(jìn)行處理，將響應(yīng)結(jié)果再回送給Web服務(wù)器及Web瀏覽器。按照CGI標(biāo)準(zhǔn)編寫的外部擴(kuò)展程序能夠處理來自客戶端瀏覽器輸入的數(shù)據(jù)，從而完成客戶端與服務(wù)器的交互，實現(xiàn)動態(tài)Web技術(shù)[3]。

其工作原理如圖1所示。

圖1 CGI的工作原理Fig.1 Dperating principle of CGI

客戶端用戶通過瀏覽器將用戶輸入數(shù)據(jù)傳遞給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器守護(hù)進(jìn)程接收到該請求后，會創(chuàng)建一個CGI的子進(jìn)程。該子進(jìn)程將CGI請求的有關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置成環(huán)境變量，并啟動URL指定的CGI程序，CGI程序從環(huán)境變量中讀取所需要的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結(jié)果文件，經(jīng)Web服務(wù)器送回瀏覽器顯示給用戶。

2.2 CGI的傳送方法

CGI的傳送方法即Web服務(wù)器調(diào)用CGI程序的途徑。HTML向CGI提交請求都是通過表單來實現(xiàn)的。在表單元素FORM中，有一個METHOD屬性，它定義了程序如何接收所傳遞的數(shù)據(jù)。CGI方法有主要有GET和POST兩種方法[4]。

1）GET 方法

使用此方法時，表單數(shù)據(jù)會附加在所指向CGI程序的URL后一起發(fā)送給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器將收到的表單數(shù)據(jù)賦予環(huán)境變量QUERY-STRING，CGI程序?qū)⒁宰址男问綇沫h(huán)境變量QUERY_STRING中獲取數(shù)據(jù)。

2）POST 方法

使用POST方法時，Web服務(wù)器的STDOUT反饋到CGI程序的STDIN，并且腳本的STDOUT反饋到服務(wù)器的STDIN，從而完成一個完整的操作過程。

2.3 CGI的環(huán)境變量

操作系統(tǒng)為用戶提供了許多環(huán)境變量，它們定義了程序的執(zhí)行環(huán)境，應(yīng)用程序可以存取它們。Web服務(wù)器和CGI接口又另外設(shè)置了自己的一些環(huán)境變量，用來向CGI程序傳遞一些重要的參數(shù)。服務(wù)器與CGI程序交換信息的協(xié)作方式都是通過環(huán)境變量來完成的[5]。

2.4 CGIC函數(shù)庫

C語言是一種使用廣泛的編程語言，它完全可以勝任CGI程序的編寫，在完成復(fù)雜的CGI程序時，一定要選擇合適的庫。CGIC是一個支持CGI開發(fā)的開源C庫，它封裝了一些用C語言開發(fā)CGI程序時的常用函數(shù)，給CGI的開發(fā)帶來了極大的方便。

3 CGI在嵌入式Web服務(wù)器中的應(yīng)用

3.1 CGIC在嵌入式平臺下的移植

1）下載并解壓源碼包

從CGIC的官方項目網(wǎng)站http://www.boutell.com/cgic下載源碼，當(dāng)前版本為2.05。解壓并進(jìn)入源碼目錄：

#tar xzf cgic205.tar.gz

#cd cgic205

2）修改Makefile文件

#vi Makefile

修改CC=gcc為CC=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linuxgnueabi-gcc

修改AR=ar為 AR=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linuxgnueabi-ar

修改RANLIB=ranlib為RANLIB=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-ranlib

修改 gcc cgictest.o-o cgictest.cgi${LIBS}為$（CC）$（CFLAGS）ttycgic.o-o ttycgic.cgi${LIBS}

修改 gcc capture.o-o capture${LIBS}為$（CC）$（CFLAGS）capture.o-o capture${LIBS}

3）交叉編譯

#make

編譯成功后得到CGIC庫文件libcgic.a

3.2 基于CGI的串口程序?qū)崿F(xiàn)

整個CGIC函數(shù)庫實際上就是cgic.c一個文件，非常的精簡。用CGIC進(jìn)行C語言的CGI程序開發(fā)時，可以將CGIC編譯為模塊，也可以直接將自己編寫的CGI程序和cgic.c及cgic.h一起編譯。從cgic.c的代碼可以看出，它已經(jīng)定義了main函數(shù)，對于使用CGIC編寫的CGI程序，都是從cgic.c中的代碼進(jìn)入，在庫函數(shù)完成了一系列初始化操作之后，比如解析參數(shù)、獲取系統(tǒng)環(huán)境變量，它才會調(diào)用用戶編寫的代碼。所以我們在調(diào)用CGIC庫開發(fā)自己的CGI程序時，不能再使用main（），而要使用CGIC提供的cgimain（）開始程序。另外CGI程序輸出HTML頁面的方式都是使用printf把頁面一行一行地打印出來，這就需要我們對HTML網(wǎng)頁的格式及編寫方法有所了解[6]。

下面通過一個簡單的串口程序來展示通過CGIC開發(fā)CGI程序的過程?？蛻舳嗽谔峤槐韱沃械臄?shù)據(jù)后，CGI程序?qū)⒈韱蝺?nèi)的數(shù)據(jù)取出并發(fā)送至串口，通過連接到開發(fā)板數(shù)據(jù)串口端的另一臺PC機(jī)的超級終端即可看到發(fā)送到串口的數(shù)據(jù)。

CGI串口程序部分源代碼如下：

圖2 串口程序發(fā)送界面Fig.2 Sending interface of serial port program

4 結(jié)束語

嵌入式Web服務(wù)器和CGI技術(shù)的結(jié)合可以很方便地實現(xiàn)客戶端瀏覽器與Web服務(wù)器的動態(tài)數(shù)據(jù)交互，進(jìn)而實現(xiàn)用戶對嵌入式設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文詳細(xì)闡述了Web服務(wù)器Shttpd在S3C6410開發(fā)板下的移植，介紹了CGI的工作原理，并采用C語言編寫了基于CGI的串口程序，實現(xiàn)了客戶端瀏覽器與Web服務(wù)器間的動態(tài)數(shù)據(jù)交互。用戶可以根據(jù)功能需求編寫出自己的CGI應(yīng)用程序，采用這種方案的嵌入式Web服務(wù)器可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家居等多個領(lǐng)域，具有十分廣闊的前景。

[1]李勇.CGI在嵌入式WEB服務(wù)器中的應(yīng)用和實現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息，2008，10（3）:110-111.LI Yong.Application and realization of CGI in embedded WEB server[J].Micro-computer information，2008，10（3）:110-111.

[2]劉偉，李小武，羅明.CGI技術(shù)全面接觸[M].北京:清華大學(xué)出版社，2001.

[3]張曦煌，柴志雷.嵌入式Web服務(wù)器中CGI的特點及實現(xiàn)[J].小型微型計算機(jī)系統(tǒng)，2003，24（11）:2046-2047.ZHANG Xi-huang，CHAI Zhi-lei.Properties and Implementationsof CGI in embedded web Server[J].Mini-micro systems，2003，24（11）:2046-2047.

[4]WANG Zhen-xi，REN Xian-yi.A study on cgi of embedded webserver[J].International Symposium on Computer Science and Computational Technology，2008（1）:480-483.

[5]CHEN Tian-huang，HUANG Jia-xi.Design and realization of CGI in embedded dynamic web technology[J].International Conference on Network and Parallel Computing-Workshops，2007（39）:774-777.

[6]曹建，李文斌，張劍峰，等.Perl5、PHP4與CGI實例教程[M].北京:電子工業(yè)出版社，2000.