關鍵詞：嵌入式系統Linux BOA CGI GPIO
1 概述
隨着互聯網應用的普及,越來越多的信息化產品需要接入互聯網通過Web頁面進行遠程訪問。嵌入式Web系統提供了一種經濟、實用的互聯網嵌入式接入方案。這裏結合一種嵌入式Web Server BOA來介紹嵌入式Linux系統下的CGI程序設計技術。
2 Web Server BOA的實現與配置
2.1 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。BOA是一個單任務的小型HTTP服務器,源代碼開放、性能優秀,特別適合應用在嵌入式系統中。目前的uClinux的代碼中已經包含BOA的源代碼。在uClinux下實現BOA,只需要對BOA做一些配置和修改。以下是配置的過程。
（1）編譯BOA到內核
首先,需要把BOA編譯到內核,即執行make menuconfig,在應用程序選單中network application項下面選擇boa。該操作需要重新編譯內核。
（2）編制配置文件boa.conf
在Linux操作系統下,應用程序的配置都是以配置文件的形式提供的,一般都是放在目標板/etc/目錄下或者/etc/config目錄下。但boa的配置文件boa.cont一般都旋轉在目標板/home/httpd/目錄下。
例如,一個典型的boa.conf文件格式如下：
ServerName Samsung-ARM
DocumentRoot/home/httpd
ScriptAlias/cgi-bin/home/httpd/cgi-bin/
ScriptAlias/index.html/home/httpd/index.html
它指定了HTML頁面必須放到/home/httpd目錄下,cgi外部擴展程序必須放到/home/httpd/cgi-bin目錄下。
（3）編譯燒寫內核
重新編譯內核後,通過燒寫工具燒寫內核,就可以在PC上通過IE瀏覽器訪問開發板上的Web Server。例如,輸入開發板的IP地址http://192.168.0.101,即可訪問到自己做的網頁index.html了。並且,通過編寫CGI外部擴展程序,可以實現動態Web技術,下面將詳細介紹。
2．2 具有MMU平臺的Linux下B0A的實現與配置
對於有MMU（內存管理單元）的平臺,如armlinux和ppclinux,可以到網上下載一個主流版本的boa發行包。因爲是運行在目標系統,所以要用交叉編譯工具編譯,即需要修改boa/src/Makefile裏面的編譯器。例如：
CC=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-gcc
CPP=/LinuxPPC/CDK/bin/powerpc-linux-g++
然後直接在boa/src目錄下執行make,即可生成BOA可執行文件;將其編譯入內核,並燒寫到存儲設備,就可以實現訪問BOA服務器。
3 CGI程序設計技術
CGI（Common Gateway Interface）是外部應用擴展應用程序與WWW服務器交互的一個標準接口。按照CGI標準編寫的外部擴展應用程序可以處理客戶端瀏覽器輸入的數據,從而完成客戶端與服務器的交互操作。而CGI規範就定義了Web服務器如何向擴展應用程序發送消息,在收到擴展應用程序的信息後又如何進行處理等內容。通過CGI可以提供許多靜態的HTML網頁無法實現的功能,比如搜索引擎、基於Web的數據庫訪問等等。
3．1 工作原理
（1）WWW和CGI的工作原理
HTTP協議是WWW的基礎,它基於客戶/服務器模型,一個服務器可以爲分佈在網絡中處的客戶提供服務;它是建立在TCP/IP協議之上的“無連接”協議,每次連接只處理一個請求。在服務器上,運行產着一個守護進程對端口進行監聽,等待來自客戶的請求。當一個請求到來時,將創建一個子進程爲用戶的連接服務。根據請求的不同,服務器返回HTML文件或者通過CGI調用外部應用程序,返回處理結果。服務器通過CGI與外部程序和腳本之間進行交互,根據客戶端在進行請求時所採取的方法,服務器會收集客戶所提供的信息,並將該部分信息發送給指定的CGI擴展程序。CGI擴展程序進行信息處理並將結果返回服務器,然後服務器對信息進行分析,並將結果發送回客戶端。
外部CGI程序與WWW服務器進行通信、傳遞有關參數和處理結果是通過環境變量、命令行參數和標準輸入來進行的。服務器提供了客戶端（瀏覽器）與CGI擴展程序之間的信息交換的通道。CGI的標準輸入是服務器的標準輸出,而CGI的標準輸出是服務器的標準輸入。客戶的請求通過服務器的標準輸出傳送給CGI的標準輸入,CGI對信息進行處理後,將結果發送到它的標準輸入,然後由服務器將處理結果發送給客戶端。
（2）URL編碼
客戶端瀏覽器向服務器發送數據採用編碼的形式進行。該編碼就是CRL編碼。編碼的主要工作是表單域的名字和值的轉義,具體的做法爲：每一對域和值裏的空格都會被替換爲一個加號（+）字符,不是字母或數字的字符將被替換爲它們的十六進制數字形式,格式爲%HH。HH是該字符的ASCII十六進制值。<BR>標籤將被替換爲“%0D%0A”。
信息是按它們在表單裏出現的順序排列的。數據域的名字和數據域的值通過等號（=）字符連在一起。各對名/值再通過“&”字符連接在一起。經過這些編碼處理之後,表單信號就整個成爲一個連續的字符流,裏面包含着將被送往服務器的全部信息。
因爲表單輸入信息都是經過編碼後傳遞給腳本程序的,所以CGI擴展程序在使用這些參數之前必須對它們進行解碼。
3．2 CGI外部擴展程序編制
服務器程序可以通過三種途徑接收信息：環境變量、命令行和標準輸入。具體使用哪一種方法要由<FORM>標籤的METHOD屬性來決定。
在“METHOD=GET”時,向CGI程序傳遞表單編碼信息的正常做法是通過命令來進行的。大多數表單編碼信息都是通過QUERY_STRING的環境變量來傳遞的。如果“METHOD=POST”,表單信息將通過標準輸入來讀取。還有一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法,那就是把信息直接追回在URL地址後面,信息和URL之間用問號（？）來分隔。
下面結合Web遠程監控ARM芯片的GPIO（通用輸入/輸出）的應用實例詳細介紹。
（1）GET方法
GET方法是對數據的一個請求,被用於獲得靜態文檔。當使用GET方法時,CGI程序將會從環境變量QUERY_STRING獲取數據。爲了處理客戶端的請求,CGI必須對QUERY_STRING中的字符串進行分析。當需要從服務器獲取數據並且不改變服務器上的數據時,應該選用GET方法;但是如果請求中包含的字符串超過了一定長度,一般是1024字節,那麼就只能選用POST方法。GET方法通過附加在URL後面的參數發送請求信息。這些參數將被放在環境變量QUERY_STRING中傳給CGI程序。GET方法的表單格式和CGI解碼程序可以參考POST方法的實現。
（2）POST方法
當瀏覽器將數據從一個填寫的表單傳給服務器時一般採用POST方法,而且在發送的數據超過1024字節時也必須採用POST方法。當使用POST方法時,Web服務器向CGI程序的標準輸入STDIN傳送數據。發送的數據長度存在環境變量CONTENT_LENGTH中,並且,POST方法的數據格式爲：
variable1=value1&variable2=value2&etc
CGI程序必須檢查REQUEST_METHOD環境變量以確定是否採用了POST方法,並決定是否要讀取STDIN。POST方法在HTML文檔中定義的表單如下：
<FORM METHOD=POST ACTION="/cgi-bin/cgi_gpio.cgi">
<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="0">Operate P0<BR>
<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="1">Operate P1<BR>
<INPUT TYPE="RADIO"NAME=rb VALUE="2">Operate P2<BR>
<INPUT NAME="ok"TYPE=submit VALUE="OK"><INPUT>
NAME="cancel"TYPE=reset VALUE="RESET"></FORM>
它調用的服務器腳本程序是/cgi/bin/cgi_gpio.cgi。CGI擴展程序中FORM表單的解碼可參考如下程序：
/*function getPOSTvars*/
char **getPOSTvars(){
int i;
int content_length;
char **postvars;
char *postinput;
char **pairlist;
int paircount=0;
chr *nvpair;
char *eqpos;
postinput=getenv("CONTENT_LENGTH");//獲取傳送給程序數據的字節數
if(!postinput)
exit();
if(!content_length=atoi(postinput))) //獲取信息長度
exit(1);
if(!(postinput=(char*)malloc(content_length+1)))
exit(1);
if(!fread(postinput,content_length,1,stadin))
exit(1);
postinput[content_length]=''0'';
for(i=0;postinput[i];i++)
if(postinput[i]==''+'')
postinput[i]=''''; //對加易進行處理
pairlist=(char **)malloc(256*sizeof(char **));
paircount=0;
nvpair=strtok(postinput,"&");//從出現“&”字符的位置把信息分段,然後對結果依次處理
while (nvpair){
pairlist[paircount++]=strdup(nvpair);
if(!(paircount%256))
pairlist=(char**)realloc(pairlist,(paircount+256)*sizeof(char**));
nvpair=strtok(NULL,"&");
}
pairlist[paircount]=0;
postvars=(char**)malloc((paircount*2+1)*sizeof(char **));
for(i=0;i<paircount;i++){
if(eqpos=strchr(pairlist[i],''='')){
*eqpos=''0'';
unescape_url(postvars[i*2+1]=strdup(eqpos+1));//調用unescape_url函數繼續解碼
}else{
unescape_url(postvars[i*2+1])=strdup(""));
}
postvars[paircount*2]=0;
for(i=0;pairlist[i];i++)
free(pairlist[i]);
free(pairlist);
free(postinput);
return postvars;
}
其中,unescape_url函數再調用x2c函數,把（不是字節或數字的）特殊字符從其%HH表示方式解碼爲文本字符。
/*unescape_url function*/
static void unescape_url(char *url){
int x,y;
for(x=0,y=0;url[y];++x,++y){
if((url[x]=url[y])==''%''){
url[x]=x2c(&url[y+1]);
y+=2;
}
}
url[x]=''0'';
}
(3)直接URL加參數傳遞方法
這是一種不使用表單就可以向CGI傳送信息的方法。它把信息直接追加在URL地址後面,信息和URL之間用號號（？）來分隔。例如,對於一個cgi_gpio.cgi的腳本,可以從如下的鏈接啓動：
<A HREF=/cgi-gpio.cgi!?flag=0 Operate P0</A>
<A HREF>/*cgi-bin/cgi_gpio.cgi?flag=1 Operate P1</A>
<A HREF=/cgi-bin_gpio.cgi?flag=2 Operate P2</A>
.
.
.
CGI擴展程序中可使用如下代碼接收信息：char *get_input;//用於接收環境變量
.
.
.
get_input=getenv(“QUERY_STRING”);
if(get_input){
get_input=strdup(get_input);
printf("QUERY_STRING if %s",get_input);
}
/*判斷flag=x信息*/
if(!strcmp(get_input,"flag=0")
...//Operate p0
else if(!strcmp(get_input,"flag=1")
...//Operate P1
else
...//Operate P2
對於上述三種方法,可以根據不同的應用場合和應用要求進行選取。
結語
嵌入式Web Server系統方案可以廣泛應用在許多領域,如自動化設備的遠程監控、嵌入式GSM短消息 平臺以及遠程家庭醫療等。並且,隨着互聯網應用領域的不斷深入,嵌入式Internet技術將得到更爲廣泛的應用和發展。