uClinux下動態(tài)Web技術的實現(xiàn)方法
關鍵詞：uClinux 動態(tài)Web技術 CGI（通用網關接口） Web Server
隨著計算機技術發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已成為計算機領域的一個重要組成部分。所謂嵌入式系統(tǒng)，是以應用中為心，以計算機技術為基礎，軟件硬件可裁剪，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它具有計算機的功能，但又不稱為計算機，包括機頂盒、微波爐、電梯、數(shù)控系統(tǒng)、醫(yī)療儀器等。
當今的信息時代，是一個構筑在網絡基礎之睥時代，互聯(lián)網已經滲透到了人們工作和生活的各個角落。嵌入式Internet是近幾年發(fā)展起來一項新興概念和技術，不僅通過PC機能上網，通過各種各樣的嵌入式設備也能上網，使用瀏覽Web已經成為現(xiàn)代人的習慣。21世紀的電子信息產品，如果不能適應這個發(fā)展的方向和要求，將很難有強勁的競爭力。而目前正在開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)中，49%的項目選擇Linux作為嵌入式操作系統(tǒng)，因此對uClinux操作系統(tǒng)下嵌入式Web技術的研究具有較高的現(xiàn)實意義，本文就此作些討論。
1 uClinux嵌入式操作系統(tǒng)
Linux是一種優(yōu)秀的自由軟件。由于源代碼公開，
功能強大，具有良好的網絡支持，又易于睛，近幾年成為了最有潛力的嵌入式操作系統(tǒng)。UClinux是一個完全符合GNU/GPL（通用公共許可證）公約的項目和完全開發(fā)代碼。它是標準Linux的一個分支，現(xiàn)在由Lineo公司支持維護。它專門針對沒有MMU的CPU，并且為嵌放式系統(tǒng)做了許多小型化的工作?，F(xiàn)在已經成為使用uClinux的安例包括：基于ColdFire的CISCO 2500/3000/4000路由器；基于ARM7TDMI的Aplio公司的voice-over-IP電話；Axis公司的AXIS2001網絡數(shù)碼相機；Adomo公司的機頂盒以及各種開發(fā)板。
UClinux經過對標準Linux內核的改動，形成了一個高度優(yōu)化的、代碼緊湊的嵌入式Linux，雖然它的體積很小，但uClinux仍然保留了Linux的大多數(shù)的優(yōu)點：穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網絡功能、對各種文件系統(tǒng)完備的支持，以及標準豐富的API。它的主要特征如下：①通用Linux API；②內核體積小于512KB，內核加上文件系統(tǒng)小于900KB；③完整體積小于512KB，內核加上文件系統(tǒng)小于900KB；④支持其它大量網絡協(xié)議；⑤支持各種文件系統(tǒng)，包括NFS、ext2、romfs and JFFS、MS-DOS和FAT16；⑥支持各種典型的處理器構架，包括ARM、PowerPC、X86等。
2 基于uClinux的動態(tài)Web實現(xiàn)技術
2.1 uClinux下Web Server的實現(xiàn)
uClinux下，主要有三個Web Server：httpd、thttpd和Boa。Httpd是最簡單的一個Web Server，它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。Thttpd和Boa都支持認證、CGI等，功能都比較全。為了實現(xiàn)動態(tài)Web技術，這里我們選擇實現(xiàn)一個支持CGI的、非常適合于嵌入式系統(tǒng)的Boa Web Server。
Boa是一個單任務的http服務器，源代碼開放、性能高。目前，uClinux的代碼中已經包含boa的源代碼，在uClinux下實現(xiàn)Boa，需要對Boa做一些配置和修改。這主要通過對boa.conf和mime.types文件進行修改來實現(xiàn)，需要改動的配置有以下幾項。
（1）建目錄
由于uClinux默認的根文件系統(tǒng)romfs是只讀的，不能用mkdir等命令來新建目錄，故應在編譯內核前先建好要用到的目錄，這通過修改/uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510b/makefile文件來實現(xiàn)。在ROMFS_DIRS=bin dev etc home lib mnt proc usr var的后邊增加home/web home/web/cgi-bin，這樣修改后編譯內核，編譯好的根文件系統(tǒng)romfs中就包含這些目錄了。
（2）指定Web服務器的根目錄路徑（SERVER_ROOT）
進入/uclinux-samsung/user/boa/src/目錄，通過修改define.h文件中#define ERVER_ROOT“/home”語句 來指定SERVER_ROOT。另外，還可以通過命令行來指定，例如：boa-c/home/&。而且命令行 指定的SERVER_ROOT可以覆蓋define.h文件所指定的。
（3）修改boa.conf文件
在./uclinux-samsung/user/boa/src/boa.conf里修改：
*將user obody
Group ogroup
改為User 0
Group 0;
*將DocumentRoot/var/www
改為DocumentRoot/home/web,這樣web服務器的文檔根目錄為/home/web；
*將MimeTypes/etc/mime.types
改為MimeTypes/home/web/mime.types；
定義默認首頁和CGI程序所在目錄，即
DirectoryIndex index.html
ScriptAlias/cgi-bin//home/web/cgi-bin/
這樣指定后，.index.htm為遠程瀏覽客戶訪問Web Server所看到的首頁默認值，用C編寫的CGI程序編譯成二進制文件，放到/cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執(zhí)行。
Boa.conf文件和mime.types文件必須放到Web服務器根目錄下，所以把修改后的bao.conf和mime.types拷貝到“./uclinux-samsung/romfs/home/”目錄下。然后在/uclinux-samsung/Vendors/Samsung/4510b/inittab里修改，在：inet:unknown:/bin/inetd后加入：boa:unknown:/bin/boac/home。
配置過程后，重新編譯內核，編譯時選中Boa選項。把編譯好的內核下載到開發(fā) 板，啟動uClinux，完成IP配置，啟動Boa Web Server，然后就可以通過IE訪問你的網頁了。如果想啟動uClinux時自動啟動Boa Web Server，可以修改rc文件，進入uclinux-samsung/vendors/Samsung/4510B目錄，在運行腳本rc中增加兩行：
ifconfig eth202.196.9.197up
boa-c /home/&
修改后重新編譯內核，再下載到開發(fā)板運行。運行uClinux后，不需要配置就可以直接通過IE來訪問你的網頁了。
2.2 uClinux下實現(xiàn)動態(tài)Web頁面的CGI技術
到目前為止，實現(xiàn)動態(tài)Web頁面有4種技術可供選擇：CGI（Common Gateway Interface）、ASP（Active X ServerPage）、ASP（Active XServerPage）、PHP（Personal Home Page）和JSP（Java Server Page）。在uClinux下如果要實現(xiàn)動態(tài)網頁，只能采用CGI，因此目前uClinux還不支持ASP、PHP等動態(tài)Web頁面技術。
CGI（通用網關接口）提供Web服務器一個執(zhí)行外部程序的通道，這種服務端技術使得瀏覽器和服務器之間具有交互性。CGI程序屬于一個外部程序，需要編譯成可執(zhí)行文件，以便在服務端運行，其應用程序結構如圖1所示。瀏覽器將用戶輸入的數(shù)據(jù)送到Web服務器，Web服務器將數(shù)據(jù)使用STDIN送給CGI程序，在執(zhí)行CGI程序后，可能會訪問存儲數(shù)據(jù)的一些文檔，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結構文件，經Web服務器送回瀏覽器顯示給用戶。
CGI程序可以用任何程序設計語言編寫，如Shell腳本語言、Perl、Fortran、Pascal、C語言等。但目前uClinux不支持Perl、Fortran等語言，而且C語言在平臺無關性上表示不錯，所以我們選擇用C來編寫CGI程序。另外，uClinux也不支持數(shù)據(jù)庫，所以需要保存的數(shù)據(jù)只能保存到文件中，CGI查詢數(shù)據(jù)時也是查詢這些文件，而不是訪問數(shù)據(jù)庫。
2.3 uClinux下動態(tài)Web頁面的實現(xiàn)
下面通過一個例子來說明如何實現(xiàn)uClinux下的動態(tài)Web頁面技術。此例子的目的是使用戶能夠通過Web頁面內嵌表單提交數(shù)據(jù)，并能把用戶提交的數(shù)據(jù)通過Web瀏覽器正確地返回給用戶。實現(xiàn)動態(tài)Web頁面的第一步是用HTML語言編寫Web頁及內建表單。編寫Web頁面時，要由ACTION屬性來指定相關的CGI程序，如ACTION=cgi-bin/demo；由MOTHOD屬性來指明所用的提交數(shù)據(jù)的方法，即MOTHOD=POST（GET）。本人編寫的Web頁面在瀏覽器中的顯示如圖2所示。
實現(xiàn)動態(tài)Web頁面的第二步是用C編寫CGI程序，CGI程序分為以下幾部分：①根據(jù)POST方法或GET方法從提交的表單中接收數(shù)據(jù)；②URL編碼的解碼；③用printf（）函數(shù)來產生HTML源代碼，并將經過解碼后的數(shù)據(jù)正確地返回給瀏覽器。包括demo.c、cgivars.h和cgivars.c三個文件。將編寫好的CGI程序編譯成二進制文件放在cgi-bin/目錄下，CGI程序能被正確地執(zhí)行，最終CGI程序對上述表單數(shù)據(jù)的處理結果如圖3所示。
圖3 CGI程序處理結果
下面對程序稍加說明。若以GET方法提交數(shù)據(jù)，表單中的數(shù)據(jù)被保存在QUERY_STRING環(huán)境變量中，通過調用函數(shù)getenv("QUERY_STRING")來讀取數(shù)據(jù)；若以POST方法提交數(shù)據(jù)，則程序先從CONTENT_LENGTH環(huán)境量得到數(shù)據(jù)的字長，然后從標準輸入中讀取相應長度的字符串即可得到提交的數(shù)據(jù)。數(shù)組postinput[i]中保存的就是從表單中提取的數(shù)據(jù)。
URL編碼的解碼過程較為復雜，URL編碼的規(guī)則下：①變量之間用“&”分開；②變量與其對應值之間用"="連接；③空格符用"+"代替；④特殊意義的字符用%接相應的十六進制ASCII碼代替。解碼即為編碼的逆過程。在程序中，對于從表單中提取過來的postinput[i]中的數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)字符為“+”時，將它轉換成空格；當發(fā)現(xiàn)字符為“&”時，意味著個名字/值對的結束，在此處將字符中切成幾個字符串；當再現(xiàn)字符為“=”時，意味著一個名字/值對的名字部分的結束，在此再將名字/值對分開。最后通過調用unescape_url(char *url)子函數(shù)將十六進制ASCII碼值表示的特殊字符轉換成相應的ASCII字符。
結語
用本文所提供的方法實現(xiàn)的動態(tài)Web Server通用性強，能夠在嵌入式平臺上高效率地運行，有著廣泛的應用前景。
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