利用軟件工具開發(fā)嵌入式Web應(yīng)用

越來越多的嵌入式設(shè)備將添加Web瀏覽功能，而支持Web功能的嵌入式處理器可以簡(jiǎn)化這類設(shè)備的設(shè)計(jì)。本文分析了嵌入式Web功能的特點(diǎn)，并詳細(xì)描述了使用軟件工具開發(fā)嵌入式Web應(yīng)用的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)正在迅速成為嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用之間的首選接口技術(shù)。我們有許多方法可以實(shí)現(xiàn)帶XML功能、支持Web瀏覽的嵌入式設(shè)備，從軟件到專用硬件。最簡(jiǎn)單的方法可能是完全用外部軟件執(zhí)行Web處理，盡管從消耗的處理能力考慮，這種方法的成本也最高。在這種方法中，設(shè)計(jì)師有可能要利用諸如微軟Windows CE等嵌入式操作系統(tǒng)的性能。

然而，對(duì)于資源受限的嵌入式項(xiàng)目，設(shè)計(jì)師將發(fā)現(xiàn)一種更有效的方法是直接用硬件實(shí)現(xiàn)Web支持功能?？晒┻x擇的解決方案包括全32位處理器+Web服務(wù)器，以及兼具低功耗和高數(shù)據(jù)吞吐量特性的混合解決方案等。

目前，大部分主要的嵌入式架構(gòu)都提供Web支持，包括Z80、MIPS、ARM和X86等。由于市面上存在數(shù)千種不同的嵌入式IC，因此設(shè)計(jì)師需要進(jìn)行調(diào)研：有些芯片只需要軟件，而其它芯片常常需要一塊外插卡來處理網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)把實(shí)現(xiàn)Web支持功能所需的最重要的硬件元件---以太網(wǎng)控制器集成到芯片上時(shí)，這樣的解決方案具有最低的成本。Zilog公司的eZ80 Acclaim微控制器正是這樣一種方案。

eZ80 Acclaim是一款帶有Web功能的微控制器，它包合一個(gè)高性能的嵌入式處理器和一個(gè)完整的軟件堆棧，以創(chuàng)建一種完整的嵌入式連接系統(tǒng)。該軟件堆棧支持標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及以太網(wǎng)和串口驅(qū)動(dòng)程序。

在嵌入式處理器上實(shí)現(xiàn)的Web支持不同于運(yùn)行在PC架構(gòu)上的Web服務(wù)器。標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)和基于互聯(lián)網(wǎng)的Web設(shè)備將Web網(wǎng)頁存儲(chǔ)在諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器等大容量存儲(chǔ)設(shè)備上，與此相反，由嵌入式處理器創(chuàng)建的Web網(wǎng)頁可以作為嵌入式數(shù)據(jù)元素進(jìn)行訪問。在存儲(chǔ)器和處理能力兩方面，嵌入式實(shí)現(xiàn)方案的資源都是受限的。帶XML功能、支持Web的嵌入式系統(tǒng)必須做得比PC更單薄、更簡(jiǎn)易、更智能。

將Web支持功能納入嵌入式應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它使工程師擺除了用戶界面設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。這是因?yàn)橛肏TML/XML編寫然后轉(zhuǎn)換成C/C++代碼的嵌入式Web網(wǎng)頁提供了現(xiàn)成的用戶友好界面，具備支持復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)的能力。

XML為數(shù)據(jù)交換帶來便利。XML針對(duì)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換提供了一種不依賴于處理器的編碼方式。XML使用規(guī)定的標(biāo)識(shí)符將編碼定義置于Web網(wǎng)頁內(nèi)。設(shè)計(jì)師正在為采用XML語法的不同應(yīng)用環(huán)境開發(fā)不同的標(biāo)識(shí)符定義集。例如，已完成的標(biāo)識(shí)集包括用于電氣工程、電子商務(wù)、多媒體數(shù)據(jù)和純文檔信息的詞表。

我們有許多方式向其它系統(tǒng)來回傳送XML文檔。例如，它們可以作為HTTP對(duì)象傳送。這意味著必須支持簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議(SOAP)或者XML-RPC必須被集成到服務(wù)器中。

為了在嵌入式系統(tǒng)中包含XML和HTML支持，這要求軟件工具提供特別的功能。尤其是，與嵌入式硬件密切相關(guān)的編譯器-連接器必須在設(shè)計(jì)上允許XML代碼嵌入到應(yīng)用程序的C語言或匯編代碼中。

在實(shí)際開發(fā)中，訪問XML的功能是相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)的：程序設(shè)計(jì)員只需在他的程序中加入一串“#include”聲明即可。Zilog公司面向eZ80 Acclaim的ZDS II開發(fā)者套件正是采用這樣的操作手法。許多開發(fā)者套件還包括HTML/XML網(wǎng)頁樣本，這極大地簡(jiǎn)化了任何項(xiàng)目。

實(shí)現(xiàn)過程

盡管“#include”聲明簡(jiǎn)單易用，但開發(fā)者必須考慮訪問嵌入式Web的其它幾項(xiàng)軟件元素。首先，在應(yīng)用代碼中，開發(fā)者必須包含一個(gè)調(diào)用HTTP初始化功能的命令。不過，在此過程中，最重要和最耗時(shí)的部分是要求把將被嵌入式系統(tǒng)用戶訪問的Web網(wǎng)頁內(nèi)建到Web服務(wù)器中。

在操作中，當(dāng)正在執(zhí)行的代碼調(diào)用初始化功能時(shí)，Web網(wǎng)頁開始在嵌入式處理器中形成。初始化功能看上去有些類似于此：http_init (http_defmethods,http_defheaders, website, port)。

在我們的例子中，與這個(gè)命令最關(guān)聯(lián)的部分是“website”參數(shù)，它由用戶創(chuàng)建，并定義了將包含在嵌入式處理器支持的站點(diǎn)中的Web網(wǎng)頁。

在我們更深入地研究之前，需要重點(diǎn)指出Web網(wǎng)頁分為兩類：靜態(tài)HTML網(wǎng)頁和動(dòng)態(tài)HTML網(wǎng)頁。靜態(tài)Web網(wǎng)頁不會(huì)改變。許多企業(yè)Web網(wǎng)站基本上都是靜態(tài)的，其功能主要是宣傳他們的服務(wù)和產(chǎn)品;所有訪問這些站點(diǎn)的用戶都以相同的方式瀏覽網(wǎng)頁。

與之相反，動(dòng)態(tài)HTML網(wǎng)頁會(huì)根據(jù)用戶的反饋信息改變內(nèi)容。搜索引擎和在線銀行網(wǎng)站是這類網(wǎng)頁的代表，在這些網(wǎng)站，查看的內(nèi)容會(huì)根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)而改變。

這對(duì)于嵌入式Web服務(wù)器的意義是：靜態(tài)頁面易于創(chuàng)建，它們可保存為在C語言軟件程序中的一串字符。它們通常不能保存為簡(jiǎn)單的ASCII文本文件，因?yàn)榧兇獾那度胧皆O(shè)備沒有文件系統(tǒng)。另一方面，動(dòng)態(tài)頁面不能作為文件保存，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)容是變化的。它們必須實(shí)時(shí)生成。

這意味著動(dòng)態(tài)文檔必須由一系列功能或參數(shù)拼湊而成。在生成Web網(wǎng)頁的過程中，系統(tǒng)需要執(zhí)行一系列C函數(shù)，每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)于在屏幕上顯示的一部分Web網(wǎng)頁。

然后，生成的XML/HTML頁面將傳送到瀏覽器。正是通過這些函數(shù)調(diào)用，程序設(shè)計(jì)員能夠使嵌入式系統(tǒng)完成用戶要求它執(zhí)行的工作，例如讀取溫度傳感器，并生成一個(gè)向用戶顯示溫度的頁面。使用這些函數(shù)調(diào)用，程序設(shè)計(jì)員還可以編寫讀取用戶輸入的代碼，用戶一般通過填寫嵌入在Web瀏覽器中的表格來輸入信息?；谠诒砀裰械男畔?，程序設(shè)計(jì)員可以調(diào)節(jié)恒溫器和開啟發(fā)動(dòng)機(jī)等。

因此，“website”參數(shù)定義了組成Web頁面結(jié)構(gòu)的排列。(注意，Web站點(diǎn)的每個(gè)網(wǎng)頁都必須有一個(gè)“webpage”參數(shù)。)

除初始化功能以外，程序設(shè)計(jì)員還必須謹(jǐn)慎對(duì)待其它幾個(gè)細(xì)節(jié)。例如，必須設(shè)置網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)間限制，啟動(dòng)一些網(wǎng)絡(luò)處理和建立shell程序(這樣命令才可以來回傳送)。在嵌入式Web服務(wù)器的程序中必須包括命令行。

那么，HTTP服務(wù)器是如何接收函數(shù)調(diào)用，并返回被請(qǐng)求的Web網(wǎng)頁呢?與大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣，HTTP采用客戶機(jī)-服務(wù)器模式。

HTTP客戶機(jī)打開一個(gè)TCP連接，并向HTTP服務(wù)器發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求。請(qǐng)求包含一個(gè)鑒別目標(biāo)Web網(wǎng)頁的通用資源標(biāo)識(shí)符。服務(wù)器隨后返回一個(gè)包含所請(qǐng)求資源的響應(yīng)信息。

最后，程序添加最重要的元素---Web網(wǎng)頁本身。