嵌入式web服务器搭建

Web服务器创建

随着计算机技术的发展，嵌入式系统已成为计算机领域的一个重要组成部分。广义讲，凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为嵌入式系统。所谓嵌入式设备，是指具有计算机功能，但又不称为计算机的设备或器材，几乎包括了我们周期的所有电路设备：PDA、手机机顶盒、汽车、微波炉、电梯、安全系统、自动售货机、医疗仪器、自动取款机等。嵌入式系统可以通过各种无线形式（如WAP、Blue嵌入式Internet技术主要包括传感器技术、通信技术、计算机技术和集成电路技术等。以前的设备控制系统一般是通过专用通信线中进行的，其通信介质、通信协议、相关软件和硬件都是专用的，而Internet技术的发展使嵌入式设备的远程控制和管理方式有了改变。不需要专用的通信线路，并且传输的信息不局局于数据信号，还有声音和图像。最重要的是其通信协议是标准且公开的。随着Web技术的发展，几乎改变了现在的信息表达形式，很多应用都是基于Web 技术的。由于HTML语言的标准统一性，只要在嵌入式设备中有一个微型服务器，

就可以使用任意一种Web浏览器接收和发送信息。所以如何设计这种特别的Web服务器，如何在嵌入式设备中安装Web服务器，就成了嵌入式Web服务器的发展和研究方向。

对于嵌入式Web服务器的研究和应用，其意义是重大的。它为我们管理、控制和监测各种各样设备提供了一个很好的途径。这种设备可以是具有有限内存资源的8位或16位系统，已足够提供一个用户界面，而且这种方式是基于Internet 的。这种设备可以在世界任何一个地方，只要它连入Internet就能够控制它。

1.1 课题的研究意义

Internet的迅猛发展，传统的Client/server体系结构(客户机/服务器)，渐渐的在某些方面显示出它的局限性，Browser/server结构(浏览器/服务器)的出现恰恰弥补了这种缺陷。B/S方式已成为一种时尚，大部分网络应用系统都是以这种B/S方式与网络用户交换信息。B/S的基础是客户端要有一个浏览器程序，服务器端要有一个与之对应的Web服务器。显然，Web服务器在B/S方式下起着决定性的作用，因此，一般互联网站都采用功能强大的通用Web服务器。

随着网络各个核心部分业务量的提高，其访问量和数据流量快速增长，处理能力和计算强度也相应增大，使得单一设备根本无法承担，而且许多企业级应用系统的应用请求具有突发性和紧急性的特点，当应用访问急剧上升时，容易造成网络瓶颈。解决这一问题的办法是采用多台嵌入式Web服务器为一个应用服务，集群负载均衡机制就是为解决多个网络设备之间实现合理的业务量分配而提出

的。

1.2 论文研究内容

嵌入式Web服务器是指将Web服务器引入到现场测试和控制设备中，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的测试和控制设备转变为具备了以TCP/IP为底层通信协议，Web技术为核心的基于互联网的网络测试和控制设备。EWS系统与传统的Web应用相比，简化了系统结构，将信息采集和信息发布都集成到现场的测控设备中。而有了标准的接口形式和通信协议，内嵌于设备的从Web服务器同样可以向任何接入它所在网络的合法用户提供统一的基于浏览器方式的操作和控制界面，浏览器成了设备的前端控制板。由于Web技术的开放性和独立平台特性，大大降低了软件系统和通信系统的设计、维护工作量，节省了人员培训费用等，提高了现场测试和控制设备的管理水平。

本文采用DevKit8500D/A的硬件构架，基于超文本传输协议(HTTP1.0)传输控制数据和用户信息，设计了简单的嵌入式Web服务器，通过以太网和HTTP 数据传输共享小型嵌入式设备的信息，实现了嵌入式系统的Internet接入，远程用户可通过浏览器访问嵌入式Web服务器，实现了嵌入式系统的远程控制。

2.1 嵌入式Web服务器的硬件构成

2.1.1 DevKit8500D/A开发板

1.1产品介绍

DevKit8500D/A评估套件是深圳市天漠科技有限公司推出的基于德州仪器（TI）DM3730/AM3715处理器的评估套件。处理器集成了高达1GHz的ARM Cortex?-A8 内核及高达800MHz的具有高级数字信号处理的DSP核（DM3730 only），并提供了丰富的外设接口。DevKit8500外扩了网口、S-VIDEO接口、音频输入输出接口、USB、TF接口、串口、SPI接口、IIC接口、JTAG接口、CAMERA 接口、TFT屏接口、触摸屏接口、键盘接口、HDMI接口。

Devkit8500的应用范围：

●便携式数据终端

●导航

●自动化资讯娱乐

●游戏

●医用设备

●家庭自动化

●人机界面

●工业控制

●测试与测量仪器

●单板计算机

Devkit8500功能模块图：

图1

1.2 定义

Devkit8500A ：CPU 基于AM3715，简称为“A ”的Devkit8500评估板； Devkit8500D ：CPU 基于DM3730，简称为“D ”的Devkit8500评估板；

AM3715与DM3730相异的地方主要是DSP ，AM3715不带DSP ，

而DM3730带DSP ；

后面书面上会以“Devkit8500”介绍为主，若遇到有D/A 区分

的地方，会以注意方式说明。

1.3 特性

Devkit8500评估板是基于DM3715/DM3730处理器，同时也是集成了此芯片所有功能与特性的评估板，以下是板子的特性：

电气参数

● 工作温度：0℃ ~ 70℃

● 环境湿度：20% ~ 90% ，非冷凝

●机械尺寸：136.2mm x 105.3mm

●电气指标：+5V电源供电

处理器

●1G Hz ARM Cortex?-A8 Core

●800-MHz TMS320C64x+? DSP Core（DM3730 only）

●NEON? SIMD Coprocessor

●POWERVR SGX? Graphics Accelerator

●ARM: 32 KB I-Cache; 32 KB D-Cache; 256KB L2 Cache

●On Chip: 64KB RAM; 32KB ROM

存储器

●512MB 32位DDR SDRAM

●512MB 16位NAND Flash

●2GB 4位iNAND（可选配置，默认不焊接）

音频/视频接口

●一个S-VIDEO接口

●一个HDMI(DVI-D)接口

●一个音频3.5mm输入接口

●一个双声道音频3.5mm输出接口

液晶触摸屏接口

●24位真彩色

●分辨率支持高达2048x2048

●4线触摸屏

传输接口

●串口：

?UART1，5线串口，TTL电平

?UART2，5线串口，TTL电平

?UART3，5线串口，RS232电平

●USB接口：

? 1 x USB2.0 OTG, High-speed，480Mbps

? 4 x USB2.0 HOST, High-speed,480Mbps

●TF卡接口

●10/100Mbps RJ45网络接口

●1路McSPI接口（多通道SPI接口）

●1路McBSP接口（多功能串行接口）

●1路I2C接口

●1路HDQ接口（单总线接口）

输入接口

●1路CAMERA接口

● 6 X 6键盘接口

●14针标准JTAG接口

●4个按键（2个用户按键，1个复位按键，1个休眠唤醒按键）LED指示灯

●1个电源指示灯

●2个系统指示灯

●2个用户自定义灯

●4个USB Host指示灯

●1个USB Hub指示灯

图2：硬件实物图

2.1.2 CPU 介绍

DM37x/AM37x是高性能、增强型数字媒体的处理器，使用TI 45纳米的先进工业技术，而这种架构被设计用于ARM和图形演示的同时，也拥有低功耗的特点。

2.1.3 CPU特性

复位（reset）

复位信号是通过CPU的SYS_NRESPWRON所决定的，低电平复位有效。

通用接口设备（General-Purpose Interface）

通用接口设备包括6组通用输入输出接口（GPIO），每一GPIO模组提供32个专用的通用接口输入输出管脚，因此通用的GPIO可以高达192个（6x32）管脚。

上述管脚可以根据下面应用进行配置：

?数据输入输出（驱动）

?键盘接口

?中断控制

显示底层（Display Subsystem）

显示底层主要在LCD或者TV接口下提供存储帧缓存（SDRAM 或者SRAM）

的逻辑视频图像，显示底层包括下列内容：

●显示控制（DISPC）模组

●远程帧缓冲接口（RFBI）模组

●显示串行接口（DSI）的I/ O模块和DSI协议引擎

●DSI PLL控制器驱动（DSI PLL和高速HS分频器）

●NTSC / PAL 视频编码

显示控制器和DSI协议引擎连接到L3和L4的内部总线上，而RFBI与TV输出编码模组是连接到L4内部总线。

2.2嵌入式Web服务器的软件构成

嵌入式Web 服务器主要解决的问题是通过Internet 来进行远程访问和控制现场的设备，所以必须在嵌入式设备中配置TCP/IP 协议和Web 服务器，以解决网络互联问题。但是嵌入式服务器系统只需要使用其中的某些基本的功能，也要减去一些使用不到有功能，以节省有限的嵌入式资源。TCP/IP 此外还要用到的软件资源有嵌入式实时操作系统、HTTP 协议,同时带有SMTP 和SNMP 协议，使其具有网络管理的简单功能，通过网络可以对接入到Internet 上的设备进行管理和控制。

软件用到的主要开发工具以及语言技术有：

（1）C语言：大部分程序都是用C语言编写的；

（2）CGI：在Web上主要用到的是CGI脚本语言

（3）Keil：开发工具用到的是Keil uvision4.

3.1 嵌入式Web技术

嵌入式Web服务器，本身就是在嵌入式设备中运行的基于HTTP协议的Web 服务器，以网页的形式为计算机提供嵌入式设备的状态、参数表示等信息川。将Web服务器植入嵌入式系统后接入Internet，嵌入式Web服务器不仅可以利用浏览器提供的丰富的图形用户界面实现远程管理、监控嵌入式系统的功能，并且可以在服务器端结合嵌入式Web服务器提供的接口进行进一步开发，以此丰富各种嵌入式功能。嵌入式Web服务器更易于和Internet实现无缝连接，它使得嵌入式设备的远程控制和管理方式都有了改变，不再需要专用的通信线路，传输的信息也不再局限于数据信息[5]。

如图4所示是典型的嵌入式Web服务器的系统模型：

图4典型的嵌入式Web服务器系统模型

Internet可以提供多种网络服务，比如通过SMTP（简单邮件传输协议）收发邮件，通过FTP（文件传输协议）传输文件。Internet能得到如此大规模的流行，WWW（World Wide Web）技术居功至伟。可以说如果没有WWW和HTTP 技术就不会有这么多人使用Internet，正是WWW技术把Internet的结构、服务和应用引上了一个新台阶。

嵌入式系统和Internet技术的结合，前景非常乐观。嵌入式Web技术除了可以用于构建智能家庭外还可以用于很多工业领域。在工业控制系统中，采用嵌入式Web技术的远程监控系统和传统的基于现场总线的监控系统相比，前者更容易和Internet实现无缝连接，它使得嵌入式设备的远程控制和管理方式都有了改变，不再需要专用的通信线路，传输的信息也不再局限于数据信息。在电力系统中嵌入式Web技术也有用武之地。电力系统是一个包含电能生产、传输和使用的复杂系统，各种生产设备地域分布广泛，设备类型众多、数量巨大，对于这些设备的监控。诊断和维护称为提高系统管理水平的重要内容。因此可以将嵌入式Web技术用于电力系统的远程检测与故障诊断。

3.2嵌入式Web服务器在Internet方面的应用

传统的通用的Web服务器被设计用来处理成千上万个用户对普通网站的同时并发访问。它可以有强有力的数据库作为后盾来开展内容繁多的商业服务，但是由于嵌入式设备的处理器能力和有限的存储容量，这样的服务器并不能用来在嵌入式设备上面运行。对于一般的管理信息系统或中小型应用系统，所需的Web

服务功能比较简单，如果仍然采用大型的通用Web服务器，无疑是一种资源的浪费。解决方法是使用功能相对简单、体积更小、消耗资源更少的简单Web服务器，于是嵌入式Web服务器就应运而生了。

WWW(World Wide Web)的飞速发展和广泛应用得益于其提供的大量服务，这些服务为人们的信息交流带来了极大的便利。环球信息网是一个基于超文本方式的信息查询方式。它提供了一个友好的界面，大大方便了人们对信息的浏览。而嵌入式系统链接入互联网也是大势所趋。

3.3 嵌入式Internet技术的应用前景

嵌入式Internet技术具有广阔的应用前景，其应用领域可以包括：

智能公路

交通管理、车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务；

植物工厂

特种植物工场，如实现野生名贵药材的远程监控培养和种植，无土栽培技术应用，智能种子工程等；

虚拟现实(VR)机器人

交通警察、门卫、家用机器人等；

信息家电

冰箱、空调等的网络化；

工业制冷

冷库、中央空调、超级市场冰柜；

VR库房

粮库、油库、食品库等；

3.4嵌入式Web服务器中TCP/IP栈的实现

3.4.1 IP协议实现

IP协议主要功能是用于主机之间发送数据报的传输，实现比较复杂，但对于Web服务器来说，只需完成IP协议两项最基本的功能：第一，处理接收到的IP数据报，向上层网络提交。第二，负责对TCP报文、ICMP报文进行封装，交给数据链路层进行装帧。

当Web服务器收到发给自己的数据帧后，需要对以太网首部中的帧类型字段进行判断，如果该字段为0x0800，说明后面的数据是IP数据报，将此数据提交IP层处理。IP协议判断此数据报的IP头部中目的IP地址字段与本地IP地址是否一致，若不一致，则丢弃该数据报；若一致，进行IP头部校验和检查，当证明数据在传输中没有出现错误时，去掉IP头部，将IP数据提交上层处理，即根据IP首部中的协议字段决定交给ICMP 协议还是TCP协议处理。在程序运行时，当所接收的数据被判定为IP数据报后，IP处理程序将严格按照以上的过程接收处理数据并进行处理。

3.4.2 TCP协议实现

TCP是嵌入式Web服务器的核心。在设计嵌入式Web服务器时，系统应用层只需支持HTTP协议。嵌入式系统把要传送的数据，参数等存入网页的相关位置。对于任何TCP连接，每次只需支持HTTP协议发送网页服务。在单片机这样的系统中，资源十分有限，因此要精简TCP 协议，简化的原则有两个：第一，不能改变其面向连接的特性；第二，简化必须能配合其所采用的应用层协议。

作为嵌入式Web服务器，TCP连接时只需处于被动服务的状态，所以将标准的TCP有限状态机的主动创建连接的SYN-SENT状态，主动关闭连接的FIN-WAIT1,FIN-WAIT2,

3.5 HTTP协议简介

HTTP协议即超文本传送协议(HypertextTransferProtoeol)是用来构建分布式信息系统的，建立在TCP/IP协议之上的应用层协议。是一个属于应用层的面向对象的协议，由于其简捷、快速的方式，适用于分布式超媒体信息系统。

HTTP的主要特点可概括如下：

1：支持客户/服务器模式。

2：简单快速，灵活。

3：无连接，无状态。

4.1 设计总体需求说明

嵌入式Web服务器总体的设计思路如图5所示：

硬件设备：在这里硬件设备包括了电源，开发板，以及开发板上已经集成的网络芯片，还有就是其他和本设计有关设备等等；

嵌入式Web服务器：要求是已经做好的Web服务器，通过软件控制下载到开发板中，由此而组合成的嵌入式Web服务器

Internet：打开浏览器通过网络访问嵌入式Web服务器（即打开嵌入式Web 服务器中已经申请好的IP地址，输入URL进行访问）

远程控制LED灯：在通过网络进入index页面后通过按钮或者其它的方法来远程的控制LED的亮与灭

图5 整体架构图

4.2 程序设计与实现

4.2.1 主程序设计

1、功能说明

系统的总入口，也是系统的主要控制函数。分别完成如下功能：（1）建立环境设置。

（2）设置信号处理方式。

（3）建立侦听TCP 流方式SOCKET 并绑定80 端口。

（4）建立连接侦听及客户连接处理调用主循环。

2、主程序流程图

主程序流程图如图6所示：

6主程序流程图

2.设计与程序说明

通过DHCP服务器的连接成功与否来检测网络是否连接成功

具体步骤如下：

（1）当用户给开发板通电后，首先是DHCP服务器的连接，如果连接失败，服务器会分配一个程序中已经写好的IP地址显示在LCD上，用户通过得到的IP地址进入浏览器，进入主页面进行访问控制根据网络的连接进行选择：DHCP服务器连接失败的部分代码如下：

if (--dhcp_tout == 0) {

/* A timeout, disable DHCP and use static IP address. */

dhcp_disable ();

sprintf((char *)lcd_text[1]," DHCP failed " );

LCDupdate = __TRUE;

dhcp_tout = 30 | 0x80000000;

return;

}

连接失败后的IP地址分配：

if (dhcp_tout == 0x80000000) {

dhcp_tout = 0;

sprintf((char *)lcd_text[0],"IP address:");

sprintf((char *)lcd_text[1],"%d.%d.%d.%d", MY_IP[0], MY_IP[1],

MY_IP[2], MY_IP[3]);

LCDupdate = __TRUE; }

（2）如果DHCP服务器连接成功，等待一会它会自动的分配一个IP地址显示在LCD上，用户通过此IP地址可直接访问主界面，并进行灯光控制DHCP服务器连接成功的部分代码服下：

if (mem_test (&MY_IP, 0, IP_ADRLEN) == __FALSE && !(dhcp_tout &

0x80000000)) {

dhcp_tout = 0;

sprintf((char *)lcd_text[0],"IP address:");

sprintf((char *)lcd_text[1],"%d.%d.%d.%d", MY_IP[0], MY_IP[1],

MY_IP[2], MY_IP[3]);

LCDupdate = __TRUE;

return;}

（4）其它协议的部分模块调用

UDP套接字模块控制：

#if UDP_ENABLE == 1

struct udp_info udp_socket[UDP_NUMSOCKS];

TCP套接字模块控制：

#if TCP_ENABLE == 1

struct tcp_info tcp_socket[TCP_NUMSOCKS+1];

4.3 程序编译、运行及测试

4.3.1 编译应用程序

本设计的所有工程，如下图所示，而其中的LED是本次设计的重点，所以在其它设计上没有做详细的设计，只是针对LED做出了详细的设计，具体的工程模块如图7所示。

图7 程序结构

编译的主程序主要代码如下：

int main (void) {

init ();

LEDrun = __TRUE;

dhcp_tout = DHCP_TOUT;

while (1) {

timer_poll ();

main_TcpNet ();

dhcp_check ();

blink_led ();

}

4.3.2 下载调试

本次设计所使用的开发工具Keil，测试用的是通过ULINK仿真器来实现开发板与PC机相连的。

将开发板连接到电脑，将写好的程序通过仿真器下载到开发板上。

当程序下载完成之后，接下来需要做的就是调试（即Debug）通过Debug 来检测程序的错误，而且开发板上的LCD也需要程序经过Debug后才回显示结果，从而进行以下步骤测试。

4.3.3 本机测试

当服务器连接上网络后，通过DHCP服务器会得到一个IP地址，在浏览器中输入IP地址，本设计输入的是：http://222.25.8.185,跳转到的是登录对话框，如下图所示：

图8 登录对话框

输入用户名：admin，密码为空

进入主界面,如下图所示：

图9主界面

总结

通过设计此次论文，让我更加熟悉了嵌入式的运用。了解了web设计与嵌入式一些基本使用及其内在联系。对嵌入式web服务器的设计与研究，对于我掌握ARM与Linux有了更大的帮助。

在设计论文过程中，通过查看资料，知道了嵌入式设备在各个领域有着广泛的应用，特别是在Internet方面运用的更加广泛，掌握了嵌入式对以后的工作有很大的帮助。

在设计中还是有许多的不足，如对于ARM应用的不熟悉、web服务器的不了解、Keil的不懂及HTTP协议的具体使用不熟悉。知道了自己的不足，以后要更加学好每门课程。

参考文献

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[2] 杨刚.嵌入式基础实践教程.北京：北京大学出版社，2007

[3] 杜春雷.ARM体系结构与编程.北京：清华大学出版社，2007

[4] 李荣鑫，喻国平.基于ARM的嵌入式WEB 服务器技术研究.微计算机信息，2007

[5] 刘盼盼，夏路易. 微型嵌入式Web服务器的设计与实现. 国外电子元器件，2008，

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[7] 张梅，基于嵌入式Web服务器远程监控系统的研究与实现.计算机信息，2006

[8] 姜涛. 嵌入式网络技术的研究. 软件导刊，2006

[9] 周立功，陈明计.Arm嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例.北京：北京航空航天大学出版社，2006

[10] 胡国珍，严伟. 基于AX88796 的嵌入式WEB 服务器构建.国外电子元器件，2007

[11]孙天则，袁文菊.嵌入式设计及Linux驱动开发指南——基于ARM9处理器.北京：电子工业出版社，2006