基于AISG協(xié)議的嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)

摘 要： 針對(duì)電調(diào)傾角天線的遠(yuǎn)程控制問(wèn)題，提出了基于AISG協(xié)議的嵌入式Web服務(wù)器設(shè)計(jì)方案。綜合運(yùn)用Boa 技術(shù)和CGI 技術(shù)，在嵌入式設(shè)備上構(gòu)建出基于AISG協(xié)議的專(zhuān)用Web 服務(wù)器。分析了AISG協(xié)議通信原理，設(shè)計(jì)了基于AISG協(xié)議的嵌入式Web服務(wù)器的硬件電路，重點(diǎn)介紹Boa 服務(wù)器的構(gòu)建，因特網(wǎng)到AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。測(cè)試表明，該方案具有較好的穩(wěn)定性和可操作性，具有較大的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 遠(yuǎn)程電調(diào)傾角天線； BOA技術(shù)； CGI技術(shù)； AISG協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）02?0069?04

Design of embedded Web server based on AISG protocol

LIU xianfeng1， DENG chunjian1， CUI yuan2

（1. School of Computer Science Engineering ， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731， China；

2. School of Computer Engineering ，Zhongshan Institute， University of Electronic Science and Technology of China， Zhongshan 528400， China）

Abstract： Aiming at the remote control of electrical tilt antennas， a design scheme of embedded Web server based on AISG protocol is presented in this paper. The special Web server based on AISG protocol was built on the embedded equipment by using Boa and CGI technologies. The communication principle of AISG protocol is analyzed in this paper. The hardware circuit of the embedded Web server based on AISG protocol was designed. The establishment of Boa server and realization of gateway from Internet to AISG protocol are introduced emphatically. The testing results show that the method has high stability， operability， and great reference value.

Keywords： remote electrical tilt antenna； BOA technology； CGI technology； AISG protocol

0 引 言

在電調(diào)現(xiàn)象控制系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程電調(diào)傾角天線的接口標(biāo)準(zhǔn)是AISG（Antenna Interface Standard Group）協(xié)議， AISG協(xié)議規(guī)定在物理層采用RS 485標(biāo)準(zhǔn)，用主從方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制[1?3]，這一特點(diǎn)只能使得控制系統(tǒng)維持在RS 485通信距離內(nèi)對(duì)有限的設(shè)備進(jìn)行控制，不能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離和更多設(shè)備的控制。

電調(diào)傾角天線設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化是適應(yīng)這一應(yīng)用需求的理想解決方案，即通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天線設(shè)備的管理和監(jiān)控。該方案實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)與基于AISG協(xié)議的天線設(shè)備的連接就需要設(shè)計(jì)具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)。大量文獻(xiàn)表明，在現(xiàn)有研究成果[4?9]中提出這一具體方案的研究并不多，本文從構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)器出發(fā)，將AISG協(xié)議融入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了具有協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)。應(yīng)用結(jié)果表明，提出的方案具有較好的穩(wěn)定性和可操作性，具有較大的參考價(jià)值。

1 系統(tǒng)分析

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)核心是CCU，它通過(guò)RS 485與電調(diào)天線設(shè)備連接，系統(tǒng)可以安裝在基站內(nèi)部或者電調(diào)天線設(shè)備維護(hù)中心。要完成用戶(hù)通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)對(duì)電調(diào)天線的遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)包括Web服務(wù)器、AISG協(xié)議簇、操作系統(tǒng)和硬件等。通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，因特網(wǎng)將控制命令傳輸?shù)教炀€設(shè)備中，必然涉及網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議到AISG協(xié)議的轉(zhuǎn)換。AISG協(xié)議體系非常龐大，在將AISG協(xié)議融入嵌入式Web服務(wù)器之前，首先要明確AISG協(xié)議的通信模型。

AISG協(xié)議的通信模型如圖2所示。AISG協(xié)議分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。在應(yīng)用層和數(shù)據(jù)鏈路層可以看作是采取全雙工的通信方式，而在物理層，實(shí)際上采取的是半雙工的通信方式。AISG協(xié)議要求使用RS 485總線，采用主從方式對(duì)多個(gè)天線設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，此外，AISG協(xié)議相當(dāng)于OSI（Open System Interconnect）7層模式的簡(jiǎn)化版本，包括第1，2，7層。第1層為總線、天線設(shè)備、接口等物理層，規(guī)定了嚴(yán)格的電氣特征參數(shù)；第2層對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層的傳輸數(shù)據(jù)封裝和功能進(jìn)行了充分的描述；第7層對(duì)應(yīng)用層的各種天線設(shè)備控制命令進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，從而可提高靈活性和安全性。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 AISG協(xié)議通信結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)AISG協(xié)議通信模型，要實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器到AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換，本文從Web服務(wù)器收發(fā)的各種命令信息在AISG協(xié)議第7層實(shí)現(xiàn)通信命令信息的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器與電調(diào)傾角天線設(shè)備的通信。

2 硬件組成

根據(jù)第1節(jié)分析，要實(shí)現(xiàn)支持基于AISG協(xié)議的Web服務(wù)器需要操作系統(tǒng)和硬件的支持。在硬件上本文采用的控制核心是ARM CortexTM?A8。如圖3所示，基于AISG協(xié)議的嵌入式Web服務(wù)器的整個(gè)硬件組成分成6個(gè)核心模塊，分別是控制模塊、電源電路模塊、液晶顯示器模塊、RS 485通信模塊、因特網(wǎng)接口模塊和AISG天線接口模塊。

接通電源情況下，電源電路模塊通過(guò)專(zhuān)用調(diào)壓芯片為天線提供12 V和24 V直流電壓，驅(qū)動(dòng)總線上的各個(gè)天線驅(qū)動(dòng)器，并為控制模塊提供工作電源。用戶(hù)通過(guò)Web服務(wù)器向控制模塊發(fā)送控制命令?？刂颇K獲得Web服務(wù)器輸入的控制信息，通過(guò)RS 485通信模塊將控制信息發(fā)送到總線上的某個(gè)驅(qū)動(dòng)器，并可以通過(guò)液晶顯示器模塊輸出控制信息?？偩€上的該控制器接收到信息后也可以通過(guò)RS 485通信模塊與控制模塊通信，反饋天線的各種狀態(tài)信息，并通過(guò)因特網(wǎng)接口顯示給用戶(hù)。

圖3 硬件組成原理圖

3 嵌入式Web服務(wù)器

嵌入式Web服務(wù)器是指將Web服務(wù)器引入到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和控制設(shè)備中，在相應(yīng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的測(cè)試和控制設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通信協(xié)議，Web技術(shù)為核心的基于互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和控制設(shè)備。為了有效實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制電調(diào)天線設(shè)備，在上述硬件條件下，本文在Linux系統(tǒng)平臺(tái)上采用動(dòng)態(tài)的嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)[10?12]。考慮到嵌入式設(shè)備資源一般都比較有限，嵌入式Web服務(wù)器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地優(yōu)化，這里專(zhuān)門(mén)為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)特殊用途的Boa服務(wù)器。本節(jié)將主要介紹嵌入式Web服務(wù)器的分析和Boa服務(wù)器的移植。

3.1 嵌入式Web服務(wù)器分析

在嵌入式Linux 下，主要有Httpd，Thttpd 和Boa等幾種Web 服務(wù)器。嵌入式服務(wù)器在功能上都能夠完成接收客戶(hù)端請(qǐng)求、分析請(qǐng)求、響應(yīng)請(qǐng)求、向客戶(hù)端返回請(qǐng)求結(jié)果等任務(wù)。但是Httpd不支持認(rèn)證和CGI（Common Gateway Interface），是一個(gè)靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器。Thttpd和Boa都支持認(rèn)證和CGI，但是Thttpd運(yùn)行時(shí)所用的資源較Boa大的多。Boa開(kāi)放源代碼，性能高，速度快，對(duì)CGI的支持效果最佳。Boa是一個(gè)單任務(wù)的HTTP（HyperText Transfer Protocol）服務(wù)器，當(dāng)Boa服務(wù)器接收到請(qǐng)求時(shí)，不是啟動(dòng)多個(gè)服務(wù)進(jìn)程并發(fā)處理多個(gè)請(qǐng)求，而是在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)依次處理所有請(qǐng)求，它產(chǎn)生獨(dú)立進(jìn)程來(lái)處理CGI程序，因此占用系統(tǒng)資源比較少?；贐oa的以上優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用Boa作為嵌入式服務(wù)器的平臺(tái)。

3.2 嵌入式Boa服務(wù)器構(gòu)建

選擇Boa服務(wù)器之后，本文將在符合硬件要求的開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)Boa服務(wù)器的構(gòu)建。在嵌入式Linux系統(tǒng)下構(gòu)建Boa服務(wù)器的具體步驟如下：

（1） 獲取Boa服務(wù)器源代碼

從官方網(wǎng)站www.boa.org下載Boa的源代碼，然后導(dǎo)入到PC虛擬機(jī)下的Linux系統(tǒng)。執(zhí)行命令#tar?zxvf boa?0.94.13.tar.gz將原代碼解壓。進(jìn)入解壓后的boa?0.94.13/src目錄，執(zhí)行命令#./configure生成Makefile文件。生成Makefile文件后，執(zhí)行命令#gedit Makefile修改Makefile文件，將文件中的CC=gcc修改為CC=arm?linux?gcc，CPP=gcc?E修改為CPP= arm?linux?gcc?E。然后運(yùn)行make進(jìn)行編譯，正常情況下在src目錄下會(huì)生成Boa可執(zhí)行文件。

（2） boa.conf 文件配置

Boa啟動(dòng)時(shí)，需要用到一個(gè)配置文件boa.conf。該文件用于對(duì)Boa服務(wù)器相應(yīng)的接口、服務(wù)器名稱(chēng)、相關(guān)文件路徑等進(jìn)行配置。

該文件的具體修改如下：

① 設(shè)置用戶(hù)和用戶(hù)組，分別修改User nobody為 User 0 ，修改Group nogroup 為 Group 0。

② 設(shè)置日志文件的目錄：Boa日志分為2部分，Errorlog和AccessLog。根據(jù)自己的情況這里設(shè)置日志目錄：這里為/var/log/boa/error_log 和 /var/log/boa/access_log兩個(gè)文件。

③ 設(shè)置html網(wǎng)頁(yè)文件的目錄：這里設(shè)置為DocumentRoot /var/www。

④ 設(shè)置默認(rèn)首頁(yè)： DirectoryIndex index.html。

⑤ 設(shè)置cgi可執(zhí)行腳本文件目錄：這里是將#ScriptAlias /cgi?bin/ /usr/lib/cgi?bin修改為：ScriptAlias /cgi?bin/ /var/www/cgi?bin。

⑥ ServerName的設(shè)置：這里去掉服務(wù)器名稱(chēng)相關(guān)的注釋?zhuān)磳?ServerName www.your.org.here/ 修改為：ServerName www.your.org.here/。

（3） 將Boa服務(wù)器移植到開(kāi)發(fā)板

默認(rèn)的根文件系統(tǒng)是只讀文件。在對(duì)Boa服務(wù)器進(jìn)行移植前。要先根據(jù)boa.conf配置在文件系統(tǒng)中建立相關(guān)的目錄。然后將虛擬機(jī)Linux先編譯好的Boa文件，配置文件boa.conf、可執(zhí)行文件CGI和編輯好的網(wǎng)頁(yè)文件（包含一個(gè)）分別移植到開(kāi)發(fā)板對(duì)應(yīng)的目錄，具體做法如下：

在開(kāi)發(fā)板文件系統(tǒng)中，執(zhí)行命令#mkdir ?p /var/log/boa創(chuàng)建Boa目錄，執(zhí)行命令#mkdir ?p /var/www /var/www/cgi?bin創(chuàng)建cgi?bin目錄。接著拷貝PC虛擬機(jī)中的/etc/mime.types文件到開(kāi)發(fā)板/etc目錄下，將可執(zhí)行文件Boa復(fù)制到/bin目錄下，將靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)index.html等和img目錄放到/var/www目錄下。

（4） 測(cè)試Boa服務(wù)器

Boa服務(wù)器移植到開(kāi)發(fā)板后，這里要對(duì)其構(gòu)建是否成功進(jìn)行測(cè)試。具體測(cè)試方法如下：

通過(guò)nfs掛載根文件系統(tǒng)，執(zhí)行命令#ifconfig eth0 210.38.235.173設(shè)置開(kāi)發(fā)板IP。運(yùn)行Boa后在PC機(jī)瀏覽器上輸入開(kāi)發(fā)板的IP。在瀏覽器中看到靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)index.html，表示Boa服務(wù)器已經(jīng)移植成功。

4 基于AISG協(xié)議的網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)

上節(jié)實(shí)現(xiàn)了嵌入式Boa服務(wù)器的構(gòu)建，本節(jié)將描述Web服務(wù)器與AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)基于AISG協(xié)議電調(diào)天線控制系統(tǒng)的特殊Boa服務(wù)器，使用CGI技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與電調(diào)天線設(shè)備的通信。CGI是與Web服務(wù)器之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，是在CGI程序和Web服務(wù)器之間傳遞信息的規(guī)程。CGI規(guī)范允許Web服務(wù)器執(zhí)行外部程序，并將它們的輸出發(fā)送給Web瀏覽器，CGI將Web的一組簡(jiǎn)單的靜態(tài)超媒體文檔變成一個(gè)完整的新的交互式媒體。CGI工作流程如圖4所示。

圖4 Web服務(wù)器工作原理圖

因特網(wǎng)與AISG協(xié)議網(wǎng)關(guān)的的實(shí)現(xiàn)采取調(diào)用CGIC（ANSI C library for CGI Programming）庫(kù)的方式。CGIC是C語(yǔ)言CGI庫(kù)函數(shù)，用于編寫(xiě)CGI程序。CGIC 主要完成以下功能：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)法分析， 接收以 GET 和 PSOT 兩種方式發(fā)送的數(shù)據(jù) ，把 FORM 中的不同域連接成連續(xù)的串，為檢索 FORM 數(shù)據(jù)而提供字符串、整數(shù)、浮點(diǎn)以及單項(xiàng)和多項(xiàng)選擇功能為數(shù)字字段提供邊界檢測(cè)，把CGI環(huán)境變量加載到非空的C 串中為調(diào)試而捕捉 CGI 狀態(tài)。

接下來(lái)說(shuō)明CGIC的安裝、測(cè)試安裝和基于AISG協(xié)議的CGIC的編程實(shí)現(xiàn)：

（1） CGIC的安裝使用

從官方網(wǎng)址http：//www.boutell.com/cgic/下載了CGIC庫(kù)之后，執(zhí)行命令#tar?zxvf cgic206.tar.gz解開(kāi)壓縮包，里面有大約10個(gè)文件，分別是頭文件 cgic.h，CGIC的源代碼文件cgic.c，用于調(diào)試CGI程序的工具capture.c，CGIC庫(kù)的官方提供的一個(gè)CGI程序例子和Makefile文件等。

（2） 測(cè)試CGI安裝

在編寫(xiě)自己的CGI程序前，先用解壓包的測(cè)試程序測(cè)試安裝是否成功，進(jìn)而避免出現(xiàn)配置錯(cuò)誤。測(cè)試方法是直接在安裝解壓包內(nèi)執(zhí)行make命令。目錄中會(huì)生成一個(gè)cgictest.cgi的可執(zhí)行程序。移植到開(kāi)發(fā)板cgic?bin目錄下，在命令終端執(zhí)行命令：#chmod 777 cgictest.cgi改變可執(zhí)行程序權(quán)限。在PC瀏覽器中輸入開(kāi)發(fā)板IP地址比如：210.38.235.173/cgi?bin/cgictest.cgi，正常情況下一個(gè)網(wǎng)頁(yè)就會(huì)展示出來(lái)，這表示CGI程序已經(jīng)運(yùn)行起來(lái)。

（3） 基于AISG協(xié)議的CGIC的編程實(shí)現(xiàn)

對(duì)于CCGI編寫(xiě)的CGI程序，都是先從cgic.c中的代碼進(jìn)入，在完成了一系列必要操作后才會(huì)調(diào)用代碼，即從cgiMain函數(shù)中進(jìn)入?；贏ISG協(xié)議的CGIC的編程實(shí)現(xiàn)，必須編寫(xiě)同時(shí)符合cgictes.c格式的文件。根據(jù)AISG協(xié)議的三層通信模型，首先實(shí)現(xiàn)AISG三層協(xié)議棧并移植協(xié)議棧到CCGI解壓包內(nèi)；然后修改解壓包內(nèi)Makeflie文件，使AISG協(xié)議棧源文件能被編譯成靜態(tài)鏈接庫(kù)備用和修改交叉編譯環(huán)境；然后再編寫(xiě)cgictest.c文件完成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)同時(shí)根據(jù)需求對(duì)AISG的EP函數(shù)進(jìn)行調(diào)用；最后通過(guò)make編譯成可執(zhí)行文件，按上節(jié)步驟移植到開(kāi)發(fā)板。用戶(hù)通過(guò)瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求后，服務(wù)器會(huì)根據(jù)請(qǐng)求執(zhí)行相應(yīng)的CCGI可執(zhí)行程序，進(jìn)而完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到AISG協(xié)議數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電調(diào)傾角天線的遠(yuǎn)程控制。

5 基于AISG協(xié)議的Web服務(wù)器系統(tǒng)測(cè)試

以設(shè)備掃描實(shí)現(xiàn)為例[8]，在CCGI壓縮包中把掃描測(cè)試程序改成cgictest.c，執(zhí)行make命令會(huì)生成一個(gè)cgictest.cgi可執(zhí)行程序。將生成的可執(zhí)行文件和對(duì)應(yīng)的測(cè)試網(wǎng)頁(yè)移植到開(kāi)發(fā)板上對(duì)應(yīng)的位置。在PC機(jī)瀏覽器上輸入開(kāi)發(fā)板的IP，然后進(jìn)入設(shè)備掃描頁(yè)面，如圖5所示。

圖5 掃描幀發(fā)送數(shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè)圖

點(diǎn)擊網(wǎng)頁(yè)中發(fā)送掃描控制按鈕。正常情況下Web服務(wù)器會(huì)執(zhí)行cgictest.cgi程序，生成掃描幀的反饋消息頁(yè)面并返回給瀏覽器供用戶(hù)瀏覽，結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出經(jīng)過(guò)Web服務(wù)器發(fā)送掃描請(qǐng)求后，收到來(lái)自電調(diào)傾角天線返回的設(shè)備相關(guān)信息，返回的消息包括遠(yuǎn)程電調(diào)天線的惟一標(biāo)示符，供應(yīng)商代碼和模式類(lèi)型等信息。經(jīng)測(cè)試證明網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，符合AISG協(xié)議的嵌入式Boa服務(wù)器安裝成功。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案具有較好的穩(wěn)定性和可操作性，具有較大的參考價(jià)值。

圖6 掃描幀返回?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè)圖

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著嵌入式技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，基于AISG協(xié)議的電調(diào)天線設(shè)備通過(guò)因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制是發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文是在嵌入式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)基于AISG協(xié)議的Boa服務(wù)器。

通過(guò)論述該實(shí)現(xiàn)方式的必要性和可行性，進(jìn)行系統(tǒng)分析和講述符合AISG協(xié)議的Boa服務(wù)器的硬件組成。在硬件組成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)嵌入式Boa服務(wù)器的構(gòu)建，最后講述了使用CGI技術(shù)對(duì)網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)。該服務(wù)器的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了對(duì)電調(diào)傾角天線的真正遠(yuǎn)程控制，對(duì)基于AISG協(xié)議的電調(diào)天線控制的遠(yuǎn)程控制有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。

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