嵌入式WEB服務器BOA的應用研究

朱嶸濤，徐愛鈞，肖榮華

（1.長江大學工程技術學院信息系，荊州434020；2.長江大學電信學院；3.中石油川慶測井公司）

引 言

隨著Internet技術的成熟和嵌入式技術的不斷發展，利用網絡實現遠程控制已成為一種發展趨勢。在嵌入式設備的管理與交互中，基于網絡方式的應用開發是目前嵌入式系統開發的主流，這種應用程序的結構采用的是B／S結構，即在嵌入式設備上運行一個支持腳本或具有CGI功能的WEB服務器，能夠生成動態交互頁面。在遠程監控的過程中，通常會產生和處理很多的動態數據，而對數據的存取一般采取兩種方式:一種是基于文件方式，另一種是基于數據庫方式。基于文件方式來存取數據的缺點是顯而易見的，而基于數據庫方式的SQLite則可以通過事務進行調度與并發控制，可有效地對數據進行存取、查詢等操作，從而提高系統的開發效率和系統的可移植性。

1 嵌入式WEB服務器的軟硬件設計［1］

嵌入式WEB服務器通過交換機或調制解調器與Internet連接，用戶只需通過瀏覽器訪問該遠程服務器的IP地址，即可使用該服務器并實現對設備的訪問。嵌入式WEB服務器的工作過程，如圖1所示。

圖1 嵌入式WEB服務器的工作過程

圖2為硬件系統結構框圖。嵌入式WEB服務器采用S3C2410作為整個系統的處理器。S3C2410是Samsung公司的一款基于ARM920T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器，主要面向手持設備以及高性價比、低功耗的應用。網絡控制部分選用CS8900A作為以太網控制器。Flash選用Samsung公司的容量為64MB的NAND Flash型K9F1208存儲器，SDRAM選用容量為64MB的HY57V561620AT存儲器。

圖2 硬件系統結構框圖

軟件設計包括系統引導加載程序Bootloader、配置裁減過的Linux操作系統內核和CRAMFS根文件系統。

2 嵌入式WEB服務器的構建［2］

典型的嵌入式WEB服務器有BOA和THTTPD等。這里選用BOA作為嵌入式WEB服務器，BOA是一個非常小巧的WEB服務器，可執行的代碼大約60KB。它是一個單任務的WEB服務器，只能一次完成用戶的請求，而不會創建（fork）出新的進程來處理并發連接請求，但BOA支持CGI，并且能為CGI程序創建出一個新的進程來執行。BOA服務器的設計目標是速度快和安全性好，在其站點公布的性能測試中，BOA的性能要好于Apache服務器的性能。

嵌入式WEB服務器BOA和普通WEB服務器一樣，能夠完成接收客戶端請求、分析請求、響應請求、向客戶端返回請求結果等任務。嵌入式WEB服務器工作原理如圖3所示。

圖3 嵌入式WEB服務器工作原理

嵌入式WEB服務器主要功能包括:

①完成WEB服務器的初始化工作，如建立TCP套接字、綁定端口、開始偵聽以及等待接收WEB瀏覽器的連接請求；

②當有請求連接時，WEB服務器接收來自客戶端請求；

③接收到客戶端的連接請求之后，分析客戶端請求，解析出請求的方法、URL目標、可選的查詢信息及表單信息，同時根據請求進行相應的處理；

④WEB服務器完成相應處理后，向WEB瀏覽器發送響應信息；

⑤關閉與客戶端的連接。

嵌入式BOA服務器的構建過程如下:

①從www.boa.org下載BOA源碼，BOA的版本為0.94.13。

②解壓。

＃tar－xzvfboa－0.94.13.tar.gz

③進入源代碼目錄。

＃cdboa－0.94.13／src

④運行configure文件，會生成Make－file文件。

＃.／configure

⑤修改Makefile文件，將

CC＝gcc，CPP＝gcc－E改成

CC＝arm－linux－gcc，CPP＝arm－linux－gcc－E

⑥進行交叉編譯。

＃make

⑦去除調試信息，減小文件大小。

＃arm－linux－strip boa

3 SQLite在ARM平臺上的移植［3］

SQLite是由D.Richard Hipp用C語言開發的輕量級嵌入式數據庫，它是應用最廣泛的嵌入式數據庫之一。SQLite的源代碼完全開放，可以免費用于任何用途，包括商業目的。SQLite提供了對SQL92的大多數支持，如多表和索引、事務、視圖、觸發和一系列的用戶接口及驅動。

SQLite的體系結構如圖4所示。對數據庫進行的各種操作都是按照此順序執行的。頂層是標記處理器（tokenize）和分析器（parser）。底部是經過優化的B樹，這樣有助于運行在可調整頁面緩沖時將對磁盤的查找降到最低。再往下是頁面高速緩存，它作用在OS抽象層之上。該體系結構的核心是虛擬數據引擎（VDBE），完成與數據相關的全部任務，并且是客戶和存儲之間信息交換的中間單元。當SQL語句被分析后，虛擬數據庫引擎就開始工作。代碼生成器將分析樹翻譯成一個袖珍程序，隨后又被組合成虛擬機器語言表示的一系列指令。

圖4 SQLite的體系結構

SQLite的主要接口函數有3個，分別是sqlite＿open（）、sqlite＿close（）和sqlite＿exec（）。其中，sqlite＿open（）用于打開一個SQLite數據庫，如果成功打開則返回數據庫的句柄，否則返回FALSE；sqlite＿close（）用于關閉SQLite數據庫，無返回值；sqlite＿exec（）執行相應的SQL命令。

SQLite的移植過程如下:

①從www.sqlite.org下載sqlite－2.8.17.tar.gz源碼，并解壓。

②在文件sqlite.h中指定SQLITE＿PTR＿SZ的值為4，使B樹有正確的變量大小。

③修改配置文件configure，注釋掉＄cross＿compiling相關的代碼。

④配置以生成Makefile。

＃.／configure－－disable－tcl－－host＝arm－linux

⑤進入Makefile文件，將BCC＝arm－linux－gcc－g－O2改成BCC＝gcc－g－O2。由于編譯生成的可執行文件要在ARM開發板上運行，為了方便，將后面指定生成的庫libsqlite.la改成libsqlite.a，即編譯成靜態鏈接的形式。

⑥使用＃make命令進行編譯，以生成可執行文件sqlite3。

⑦去除其中的調試信息，以減小文件的大小。

＃arm－linux－strip sqlite3

CGI（Common Gateway Interface，公共網關接口）定義了WEB服務器與外部擴展程序（CGI程序）之間進行交互的接口標準。在WEB環境下，客戶端瀏覽器將數據傳送給WEB服務器，WEB服務器通過調用CGI程序實現和WEB瀏覽器的交互。也就是說，CGI程序負責接收來自客戶端的信息并進行相應的處理，將相應的結果再發送給WEB瀏覽器。CGI程序主要是從環境變量中獲取相關信息并處理，最后的結果以HTML的格式輸出返回給瀏覽器。通過編寫不同的CGI外部擴展程序，可以完成對WEB網頁中表單（Form）數據的處理、數據庫的查詢及現場設備數據的采集任務，因此客戶端用戶通過CGI程序和嵌入式WEB服務器就可以完成對動態數據的訪問。

嵌入式WEB服務器要訪問SQLite，CGI是一個非常不錯的選擇。CGI是外部擴展應用程序（例如用C語言編寫的C腳本語言）與WEB服務器交互的一個標準接口。而CGI標準可簡單概括為:CGI程序是通過標準輸入（STDIN）或環境變量來得到服務器的輸入信息，并通過標準輸出（STDOUT）向服務器輸出信息。按照CGI標準編寫的外部擴展應用程序可以處理WEB瀏覽器輸入的需要協同工作的數據，完成WEB瀏覽器與WEB服務器的交互操作。

在WEB環境下，瀏覽器與服務器之間的數據交互，大多是通過HTML中的Form表單實現的。Form提供了兩種數據傳輸的方式——GET與POST。GET方式傳輸的數據受URL長度的限制，因此傳輸的數據量小，且在傳輸數據的過程中是不安全的，而POST方式則不存在上述的缺點，故選擇用POST來進行數據的傳輸。根據CGI規范，對于POST方式，在WEB服務器中需要根據表單提交的數據長度，將其重定向為CGI程序的標準輸入，這樣CGI程序就可以通過標準輸入來得到客戶端提交的數據。重定向是通過UNIX管道機制來實現的。

POST方式下CGI的工作原理如圖5所示。WEB服務器是WEB瀏覽器與CGI程序之間的通道。WEB服務器接收到CGI請求后，就創建出一個主進程，同時也將接收到的數據傳遞給主進程。主進程為了讀取來自WEB服務器數據的長度，fork出一個子進程，創建出管道，并將管道的輸入端重定向為CGI的標準輸入。子進程通過管道將數據長度傳遞給CGI程序，CGI程序通過標準輸出將處理的結果發送給服務器，服務器再將相應信息傳遞給客戶端瀏覽器并顯示出來。

要實現嵌入式遠程數據的采集，先要將嵌入式設備采集的現場數據存儲到服務器的SQLite數據庫上，然后通過編寫相應的CGI程序來訪問SQLite數據庫。CGI程序必須滿足CGI規范，CGI程序使用C語言編寫，因此CGI程序可以調用SQLite提供的接口函數來訪問數據庫，同

圖5 POST方式下CGI的工作原理

樣要使用sqlite3＿open（）、sqlite3＿exec（）和sqlite3＿close（）這3個接口函數來操作數據庫。此外，如果想取回SQL語句訪問數據庫的結果，就要對每一個記錄執行回調函數callback（）。

［1］王海龍，徐曉輝，等.基于嵌入式Web服務器的遠程控制系統的實現［J］.電子設計工程，2010（5）.

［2］劉瓊，馬海波，姜薇.SQLite在嵌入式Web服務器中的應用研究［J］.微計算機信息，2010（8）.

［3］俞輝，李永，等.ARM嵌入式Linux系統設計與開發［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［4］歐文盛.嵌入式Linux應用實例開發［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［5］李艷軍.基于Linux的嵌入式Web服務器Thttpd的應用研究與實現［J］.信息化研究，2010，36（2）.