Web動態(tài)服務(wù)及控制在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用設(shè)計

劉波濤

(長江大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院,荊州434023)

引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)將不斷地和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。嵌入式Web技術(shù)是計算機(jī)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),其優(yōu)點(diǎn)是開發(fā)成本低、通用性強(qiáng),能運(yùn)行在8位或16位MCU環(huán)境中,其豐富的W eb用戶圖形界面使得嵌入式設(shè)備具有極好的交互性[1]。因此,一旦在嵌入式設(shè)備中集成了Web服務(wù),就能實(shí)現(xiàn)用戶與嵌入式設(shè)備低成本、高通用性的信息交流,即客戶端利用H TTP瀏覽器(如IE),在任何時間、任何地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)與嵌入式設(shè)備的信息交互[2]。可以說,嵌入式Web的應(yīng)用必將極大地促進(jìn)嵌入式設(shè)備,特別是低端控制設(shè)備、儀器、儀表的信息化[1],最終將促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)用。

在MCU上開發(fā)Web服務(wù)器的難點(diǎn)在于其資源有限。相比臺式機(jī)PC(幾個GB的雙核CPU,幾個GB的內(nèi)存和幾百個GB的硬盤)來說[3],嵌入式系統(tǒng)的各種硬軟件資源少得可憐。在嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的Web動態(tài)服務(wù)及Web控制,既沒有必要也不現(xiàn)實(shí)[4-5]。因此,如何緊緊圍繞嵌入式系統(tǒng)的具體應(yīng)用要求,恰當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)Web動態(tài)服務(wù)及Web控制,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是一個需要解決的技術(shù)難題。

1 嵌入式Web服務(wù)的一般實(shí)現(xiàn)方法

目前,嵌入式設(shè)備中通常使用的Web服務(wù)器有Apache、httpd、Boa、Th ttpd和m ini-httpd等[6-7]。常用的實(shí)現(xiàn)動態(tài)Web頁面的技術(shù)主要有CGI、ASP、PHP、JSP、Java、ISPI等[5,8-9]。其中,Boa是一個運(yùn)行在類Unix系統(tǒng)中的小型Web Server,雖然功能比較齊全,但很多功能(如virtual host,內(nèi)存使用量較大)對嵌入式應(yīng)用而言是冗余的;Apache功能較強(qiáng)大,但占用空間太多(需要幾MB空間,其他Web服務(wù)器只需要幾百KB);PHP可擴(kuò)展性較差,安全性不高;標(biāo)準(zhǔn)的CGI需要用到文件、進(jìn)程等操作。

為節(jié)省資源、提高效率,嵌入式環(huán)境下現(xiàn)應(yīng)用較多的是嵌入式動態(tài)Web實(shí)現(xiàn)方法,一般采用“Apache+PHP”或者是“Boa+CGI”技術(shù)[6]。然而,在低端的嵌入式設(shè)備中,特別是8位MCU的儀器、儀表中,因為受資源尤其是存儲資源的限制,要用上述思路來實(shí)現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)不太現(xiàn)實(shí),畢竟對于低端的嵌入式設(shè)備而言,移植操作系統(tǒng)是一件奢侈的事情。

2 嵌入式Web動態(tài)服務(wù)的改進(jìn)思路及實(shí)現(xiàn)

考慮到嵌入式Web服務(wù)器的應(yīng)用領(lǐng)域多數(shù)是專門的控制設(shè)備儀表,絕大多數(shù)控制設(shè)備儀表的工作流程都是基本固定的,所以可以考慮采用某種固定的交互模式來控制這些儀表[1]。能否用這種思路進(jìn)行設(shè)計的關(guān)鍵是要弄清下面兩個問題:第一,嵌入式Web服務(wù)器的功能有哪些?第二,這些功能是否固定,是否需要擴(kuò)展?

如果這種功能既不是很復(fù)雜,又相對固定,那么就可以按照這種思路進(jìn)行設(shè)計,而完全沒有必要用CGI、ASP等Web動態(tài)服務(wù)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)Web動態(tài)服務(wù)。遵照這一思路,本文實(shí)現(xiàn)如下:

①將顯示界面不變的部分作為一個靜態(tài)頁面,以H TM L格式存儲在ROM中,以方便MCU直接操作。這樣設(shè)計后,需要注意的問題是,MCU的ROM空間是否能同時存儲程序代碼和網(wǎng)頁HTML代碼。筆者所設(shè)計的嵌入式Web服務(wù)器的程序代碼量有28 KB,而H TML代碼量有2～3KB,采用的MCU(即W 78E58B)有32 KBROM空間,因此采用這種設(shè)計思路完全可行。

②利用替換法提供Web動態(tài)服務(wù)。對需要動態(tài)改變的內(nèi)容部分作特殊標(biāo)記,例如,環(huán)境溫度值為“TAG:Temperature”,網(wǎng)頁長度為“TAG:PageLen”。程序運(yùn)行時,先將靜態(tài)頁面由ROM讀入內(nèi)存,然后將環(huán)境溫度值和網(wǎng)頁長度值傳送到服務(wù)器節(jié)點(diǎn),服務(wù)器讀取實(shí)際值并存入內(nèi)存,再用實(shí)際值代替標(biāo)記,生成一個新的頁面并將其送給瀏覽器,這樣用戶看到的就是一個動態(tài)的頁面[9]。

③經(jīng)過上述設(shè)計后,網(wǎng)頁文件的值是動態(tài)的,但不是實(shí)時的。可以采用如下思路實(shí)現(xiàn)實(shí)時動態(tài)服務(wù):利用H TM L語言的來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁內(nèi)容的自動更新,其刷新時間由文件開頭語句中的content的內(nèi)容決定。該值可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)置,例如筆者設(shè)計的刷新時間為2 s。

按照這種設(shè)計實(shí)現(xiàn)后,網(wǎng)頁文件就能在2 s范圍內(nèi)實(shí)時顯示系統(tǒng)通過溫度傳感器采集來的環(huán)境溫度。

3 嵌入式Web控制的實(shí)現(xiàn)

按照上述思路可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對客戶端的Web動態(tài)服務(wù)。然而在實(shí)際的嵌入式應(yīng)用中,僅僅一個Web動態(tài)服務(wù)是不夠的,它還應(yīng)支持客戶端數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器,以達(dá)到通過客戶端來控制服務(wù)器的目的。

那么,如何實(shí)現(xiàn)客戶端對服務(wù)器端的控制呢?遵照上述設(shè)計思路,并結(jié)合HTTP請求中的POST命令來實(shí)現(xiàn)簡單的Web控制。實(shí)現(xiàn)過程如下:

①在網(wǎng)頁文件中實(shí)現(xiàn)如下表單: