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动态Web服务器设计
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2017-10-20
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引言
远程信息监测系统是通过网络远程收集目标信息并监控目标对象运行状态的嵌入式系统。远程信息监测系统中嵌入式Web服务器的使用，可以使用户通过浏览器访问远端的嵌入式设备，这样能够大大提高系统的易用性和可维护性。目前，在远程监测系统中普遍采用的实时数据采集方法是在网页上嵌入Applet或ActiveX控件，但是这种方法不仅会威胁到客户端的安全，还增加了服务器的负担，从而限制了Web服务器的实现和应用。为了满足资源有限的嵌入式系统的需要，本文采用微型TCP／IP协议栈uIP，在协议栈之上设计实现了基于CGI的动态Web服务器，并将AJAX技术应用到客户端与服务器的实时数据交互中。AJAX技术的实现是将JavaScript程序内嵌在网页中，不需要在浏览器上另外安装插件，降低了系统成本和Web服务器实现的难度。
1 uIP协议栈分析
uIP是专为8／16位嵌入式微处理器设计的轻量级TCP／IP协议栈。uIP本身的源代码和占用的内存资源都非常少，其源代码只有几KB，RAM仅占几百字节。uIP采用BSD授权，遵循RFC标准，完全由C语言编写，具有良好的可移植性，可免费用于非商业和商业用途。uIP协议栈有多个版本，本设计采用的是uIP 1．0。
为了减少对系统资源的要求，uIP的内部实现主要采用以下设计措施：
①不支持动态内存分配机制，使用单一的全局缓冲区uip_buf收发网络数据；
②着重实现了与完整TCP／IP通信所必需的ARP（地址解析协议）、IP（网际互联协议）、TCP（传输控制协议），而UDP（用户数据包协议）、ICM P（网络控制报文协议）只作为可选模块；
③各层协议紧密耦合，应用协议也参与了部分协议栈功能的实现。
uIP的体系结构如图1所示。由图1可以看出，uIP协议栈处于网络通信的中间层，用户需要为uIP提供底层网卡驱动程序和定时器驱动程序。
而uIP为底层系统提供了4个接口函数：uip_init（）完成协议栈的初始化；uip_input（）用于处理从以太网接收到的IP数据包；uip_perio dic（）用于协议内核周期性地对各TCP连接的轮询；uip_udp_periodic（）则用于UDP服务下对各UDP连接的轮询。其中，uip_input（）和uip_per iodic（）在协议的内部采用同一个函数void uip_process（u8_t flag）实现，区别在于调用的参数不同。uIP主程序清晰地展示了各接口函数的调用方法，其主程序流程图如图2所示。
uIP的各处理程序会调用UIP_APPCALL（）进行应用程序处理，用户需要将UIP_APPCALL宏定义为实际的应用函数名，应用程序就可以挂接到uIP中，而uip_flags是协议栈提供给应用层查询的状态变量。
远程信息监测系统是通过网络远程收集目标信息并监控目标对象运行状态的嵌入式系统。远程信息监测系统中嵌入式Web服务器的使用，可以使用户通过浏览器访问远端的嵌入式设备，这样能够大大提高系统的易用性和可维护性。目前，在远程监测系统中普遍采用的实时数据采集方法是在网页上嵌入Applet或ActiveX控件，但是这种方法不仅会威胁到客户端的安全，还增加了服务器的负担，从而限制了Web服务器的实现和应用。为了满足资源有限的嵌入式系统的需要，本文采用微型TCP／IP协议栈uIP，在协议栈之上设计实现了基于CGI的动态Web服务器，并将AJAX技术应用到客户端与服务器的实时数据交互中。AJAX技术的实现是将JavaScript程序内嵌在网页中，不需要在浏览器上另外安装插件，降低了系统成本和Web服务器实现的难度。
1 uIP协议栈分析
uIP是专为8／16位嵌入式微处理器设计的轻量级TCP／IP协议栈。uIP本身的源代码和占用的内存资源都非常少，其源代码只有几KB，RAM仅占几百字节。uIP采用BSD授权，遵循RFC标准，完全由C语言编写，具有良好的可移植性，可免费用于非商业和商业用途。uIP协议栈有多个版本，本设计采用的是uIP 1．0。
为了减少对系统资源的要求，uIP的内部实现主要采用以下设计措施：
①不支持动态内存分配机制，使用单一的全局缓冲区uip_buf收发网络数据；
②着重实现了与完整TCP／IP通信所必需的ARP（地址解析协议）、IP（网际互联协议）、TCP（传输控制协议），而UDP（用户数据包协议）、ICM P（网络控制报文协议）只作为可选模块；
③各层协议紧密耦合，应用协议也参与了部分协议栈功能的实现。
uIP的体系结构如图1所示。由图1可以看出，uIP协议栈处于网络通信的中间层，用户需要为uIP提供底层网卡驱动程序和定时器驱动程序。
而uIP为底层系统提供了4个接口函数：uip_init（）完成协议栈的初始化；uip_input（）用于处理从以太网接收到的IP数据包；uip_perio dic（）用于协议内核周期性地对各TCP连接的轮询；uip_udp_periodic（）则用于UDP服务下对各UDP连接的轮询。其中，uip_input（）和uip_per iodic（）在协议的内部采用同一个函数void uip_process（u8_t flag）实现，区别在于调用的参数不同。uIP主程序清晰地展示了各接口函数的调用方法，其主程序流程图如图2所示。
uIP的各处理程序会调用UIP_APPCALL（）进行应用程序处理，用户需要将UIP_APPCALL宏定义为实际的应用函数名，应用程序就可以挂接到uIP中，而uip_flags是协议栈提供给应用层查询的状态变量。
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