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基于Web的嵌入式設備管理
摘要：討論了嵌入式系統(tǒng)中用Wind Web Server進行設備管理接口的開發(fā)，敘述了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和開發(fā)中的關鍵技術(shù)，介紹在ADSL匯接設備中的應用實例。關鍵詞：嵌入式系統(tǒng) Wind Web Server 設備管理
隨著互聯(lián)網(wǎng)絡硬件、軟件的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)被廣泛應用到工作和生活的各個領域中，如何對這些設備進行管理成為嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)中的一個重要方面。用戶只有通過設備所提供的管理接口對共進行配置、管理和監(jiān)控，因些管理接易用程度和效率成為衡量設備優(yōu)劣的重要標準之一。在嵌入式設備中加入HTTP服務能將其轉(zhuǎn)化成Web Server，可以向Internet或內(nèi)部網(wǎng)提供基于Web的圖形化管理接口，用戶可以使用瀏覽器作為接口來訪問嵌入式設備。這樣不僅使設備的易用性大大提高，而且可以省去專用管理軟件，從而方便地進行統(tǒng)一管理。
1 Wind Web Server介紹
VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的具有工業(yè)體體育場地位的高位能實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，它是一個運行在目標機上的高性能、可裁減的嵌入式實時操作系統(tǒng)，具有先進的網(wǎng)絡功能，支持市面上逾90%的處理器。該公司的網(wǎng)絡協(xié)議棧產(chǎn)品Wind Web Server提供了功能強大的基于Web方式的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，可以無縫地集成到任何基于VxWorks的嵌入式應用中。
Wind Web Server具有以下特性：
·完全支持HTTP 1.1標準
·不需要文件系統(tǒng)
·支持Java Applets、圖像文件、聲音文件等
·可通過<WINDWEB>標記支持SSI
·URL處理可定制
·靈活配置的模塊結(jié)構(gòu)
·腳本小（7～40KB）
·支持用戶/用戶組/密碼認證
·有IP過濾機制
·支持CGI
·可記錄日志
·支持別名
·支持服務器推送（Server push）技術(shù)。
Wind Web Server采用模塊設計，可以方便地進行裁剪以滿足應用的特殊要求。根據(jù)配置，Wind Web Server需要7～40KB的內(nèi)存。在嵌入式系統(tǒng)中硬件資源寶貴，有時并不需要文件系統(tǒng)。Wind Web Server提供了一個工具Pagepack，可以在編譯和連接時將Web內(nèi)容放在程序代碼中，從而可以存儲在ROM中。
2 Wind Web Server結(jié)構(gòu)
嵌入式系統(tǒng)的使用的資源是受限的，在許多飛速下甚至沒有外部存儲系統(tǒng)，這一點要求嵌入式系統(tǒng)的Web服務器與UNIX和Windows平臺上的Web服務器有很大不同。Wind Web Server采用模塊化和可伸縮的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，允許用戶進行裁剪以滿足資源的不同限制。Wind Web Server的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
Wind Web Server由以下關鍵部分組成：
·Web服務器核心
·HTTP請求處理模塊（RPM）
·RPM調(diào)度程序
·服務器端符號表
·API函數(shù)
2.1 Web服務器核心和RPM調(diào)度程序
Web服務器核心作為一個任務運行在目標系統(tǒng)中。提供網(wǎng)絡服務綁定、Socket函數(shù)調(diào)用和初始化參數(shù)的設置等。RPM調(diào)度程序決定怎樣響應HTTP請求，即決定了HTTP請求的地址和RPM的對應關系。
2.2 HTTP請求處理模塊（RPM）
HTTP請求處理模塊分為兩大類：系統(tǒng)RPM和用戶RPM。其中系統(tǒng)RPM執(zhí)行HTTP請求的基本處理，包括：記錄日志、處理別名與MIME頭、IP地址檢查、密碼驗證和訪問限制。而用戶RPM處理具體的頁面請求，包括：文件系統(tǒng)RPM、SSI（Server Side Include）RPM、CGI PRM、用戶函數(shù)調(diào)用RPM、服務器推送RPM等。另外用戶可以使用自定義RPM完成一些特殊的處理過程。
2.3 服務器端符號表
Wind Web Server主要通過符號表來支持Web存取目標機中的變量，每個符號表包含如下屬性：
·Address 內(nèi)存地址
·Name 名稱
·Descrip 描述
·Type 數(shù)據(jù)類型
·Num Elems 變量個數(shù)
·GET Routine 讀加調(diào)函數(shù)
·GET Param 調(diào)回調(diào)數(shù)數(shù)的參數(shù)
·SET Routine 寫回調(diào)函數(shù)
·SET Param 寫回調(diào)函數(shù)的參數(shù)
·Access ID 變量的訪問控制
將網(wǎng)頁請求和符號表聯(lián)系起來的方法有兩種：擴展SSI和服務器推送。
（1）擴展SSI的實現(xiàn)
可以在HTML網(wǎng)頁中使用<WINDWEB>標記，每個標記都與存在于Wind Web Server符號表中的一個讀或?qū)懟卣{(diào)函數(shù)相對應。當網(wǎng)頁為Wind Web Server請求時，包含變量值等動態(tài)信息的讀或?qū)懟卣{(diào)函數(shù)輸出替代了網(wǎng)頁上的標記，從而動態(tài)顯示或提交數(shù)據(jù)內(nèi)容。這項技術(shù)同時提高了在HTML頁中處理表單的能力。傳統(tǒng)的Web Server只能處理事先確定的缺省的表單元素，在Wind Web Server，實際值可以從符號表中得以，然后在HTML頁被提交到客戶端前插入到表單中。Wind Web Server還提供了一個工具formpack，用于在包含表單的普通網(wǎng)頁中加入<WINDWEB>標記。
Wind Web Server中已經(jīng)包含標準的SSI實現(xiàn)，如輸入框、下拉列表、復選框等。另外，用戶可以加入自定義的SSI函數(shù)以處理特定的HTTP請求。
（2）服務器推送的實現(xiàn)
HTTP是一種請求響應協(xié)議，如果要對服務器端進行持續(xù)的監(jiān)控，必須不斷地發(fā)送請求刷新頁面，這將大大加重服務器的負擔。Wind Web Server能夠使用內(nèi)嵌的Linve Control模塊在頁面中的Java applet與服務器端的符號表之間建立一條持續(xù)的交線鏈路，使服務器端符號表變量的改變無需客戶端請求而直接對客戶端發(fā)布，從而實現(xiàn)了服務器推送的目的。
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2.4 HTTP請求處理過程
一個典型的HTTP請求處理包含以下步驟：
（1）接收到HTTP請求后，服務器取出包含目的URL的請求地字符串，將其存入描述HTTP請求的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；
（2）如果該請求是頁面提交，即如下形式：http://target/xxx.xxx.htm？para1=xxx¶2=xxx，則將提交參數(shù)存入環(huán)境變量QUERY_STRING中。
（3）調(diào)用所有已配置的系統(tǒng)RPM，如果返回正確，則繼續(xù)；
（4）調(diào)用頁面對應的用戶PRM，如果該頁面中包含SSI標記，則調(diào)用SSI RPM；
（5）查找<WINDWEB>標記，例如：<WINDWEB FUNC=ShowValue SYMBOL=usersymbol></WINDWEB>則調(diào)用標準SSI函數(shù)ShowValue（）對符號表中的變量usersymbol進行處理，然后將得到的變量值插入要返回的HTML頁面中，傳送至客戶端。
3 并發(fā)中的關鍵技術(shù)
3.1 自定義用戶RPM
通過調(diào)用函數(shù)httpRomConfAdd(HTTP_M_GET,"/user_rpm/"User_rpm),把形如http://x.x.x.x/user_rpm/*.htm?para1=xxx¶2=xxx的請求用函數(shù)框架如下：
short User_rpm(HTTP_REQ_ID reqId{
char* para;
httpStatusSet (reqId,HTTP_OK);
httpHeaderGenerate (reqId); /*產(chǎn)生THHP頭*/
para=httpGetEnv(reqId,"QUERY_STRING"); /*得到輸入?yún)?shù)*/
…… /*處理輸入?yún)?shù)及準備輸出結(jié)果*/
httpStringPut (reqId,"<HTML>..."); /*開始輸出*/
…… /*輸出全部HTML語句*/
httpStringPut(
reqId,"...</HTML>")； /*結(jié)束輸出*/
return(RPM_DONE);
}
3.2 自定義SSI處理函數(shù)
通過調(diào)用函數(shù)httpSsiFnConfAdd（"user ssi",User_ssi）建立自定義SSI處理函數(shù)User_ssi。當而面中包含如下<WINDWEB>標記時：<WINDWEB FUNC=user_ssi para></WINDWEB>，服務器將調(diào)用函數(shù)User_ssi（參數(shù)為para），并將輸入插到準備返回的HTTP頁面中。函數(shù)User_rpm的實實框架如下：
short User_ssi(HTTP_REQ_ID redid,char * szArg){
char *para;
parg=szArg; /*得到輸入?yún)?shù)*/
…… /*處理輸入?yún)?shù)及準備輸出結(jié)果*/
httpStringPut (reqId,"…")； /*輸出全部HTML語句*/
return(HTTP_OK);
}
3.3 et Java applet實現(xiàn)服務器推送
Live Control模塊的API提供如下Java類的實現(xiàn)：
·DirectRegistry Applet與符號表進行通訊的基本部件
·DirectReadProxy 從DirectRegistry中獲取符號表變量的改變
·DirectWriteProxy 更新DirectRegistry中符號表變量的值
·DataObjectChangeListenet、DataObjectStatusListener用于監(jiān)聽的容器
用Java applet實現(xiàn)服務器推送的框架如下：
（1）創(chuàng)建用于連接服務器端的DirectRegistry類的實例：
myServerURL=new URL(http://"+getDocumentBase().getHost()+"/lc/");
myRegistry=new DirectRegistry(myServerURL);
(2)創(chuàng)建用于監(jiān)聽符號表變量的Java部件：
myWidget=new TextWidget("0",10);
(3)創(chuàng)建DirectReadProxy和DirectWriteProxy的實例用于讀寫符號表變量mySymbol：
myReadProxy=new DirectReadProxy("mySymbol");
myWriteProxy=new DirectWriteProxy("mySymbol");
(4)將Java部件myWidget加入myReadProxy和my Write Proxy，成為監(jiān)聽容器：
myReadProxy.addDataObjectChangeListener(myWidget)；
myWriteProxy.addDataObjectChangeListener(myWidget)；
（5）將已創(chuàng)建的監(jiān)聽容器myReadProxy、myWriteProxy加入myRegistry中，完成Applet與服務器端Live Control模塊的連接：
myRegistry.addPropertyChangeListener(myReadProxy);
myRegistry.addPropertyChangeListener(myWriteProxy)；
另外，用戶可以創(chuàng)建自己的Java部件和DataObject ChangeListener方法，以完成更高級的應用。
3.4 配置HTTP服務
Wind Web Serrver可進行裁剪用于不同的應用環(huán)境，可配置的參數(shù)較多，同時參數(shù)之間相互影響。因此參數(shù)的配置是否妥當將直接影響HTTP服務的性能，甚至導致HTTP服務不能正常工作。其中對Web Server內(nèi)存池的配置使用尤為關鍵，需要進行仔細調(diào)整和多次測試。另外整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡內(nèi)存池的容量也直接影響HTTP服務的性能，需要結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模進行配置。
4 實例應用
在ADSL
匯接器系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，使用Wind Web Server開發(fā)了基于Web的圖形化設備管理接口，用戶在任何地點只需使用瀏覽器就可以對設備進行全面的管理，包括：
·可以對系統(tǒng)用戶認證和管理，不同的用戶具有不同的操作權(quán)限；
·可以對系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，頁面依照機柜布局設計。設備面板和頁面上的各種信號燈同步變化，一目了然。同時可以在頁面上直接使用設備面板上的各種按鍵，操作方便。采用了服務器推送技術(shù)，降低了網(wǎng)絡通信量和系統(tǒng)負擔；
·可以對初如化數(shù)據(jù)進行修改和保存；
·可以遠程更新整個軟件系統(tǒng)；
·可以隨時獲取和清除計費信息。
整個程序（含頁面代碼）共200K字節(jié)左右，任務的優(yōu)先級設為最低，不影響原系統(tǒng)的正常運行，達到了很好的效果。
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