嵌入式Web服務器的實現及其CGI應用

王 俊，郭書軍

（北方工業大學 信息工程學院，北京 100144）

隨著互聯網技術的發展與普及，人們的生活越來越密切地與網絡聯系在一起。嵌入式技術已普遍應用于各個領域，有越來越多的信息化產品需要接入Internet網。用戶將可以通過Web頁面進行遠程訪問和控制，進而查看和修改所關注的遠程設備的相關信息。嵌入式Web服務器和CGI的結合使用可以很好地實現這個需求，這種方案不僅可以滿足嵌入式設備接入互聯網的需求，也可以實現客戶端與Web服務器之間的動態數據交互[1]。

文中主要分析嵌入式Web服務器技術，研究了Shttpd在嵌入式系統下的移植，并借助于CGI技術實現了客戶端與服務端的動態數據交互與訪問。本文實驗部分的硬件平臺是華恒科技的HHARM6410開發板，它采用了三星公司的基于ARM11內核的S3C6410處理器。軟件平臺是基于Linux 2.4.2內核的Red Hat Linux操作系統。

1 嵌入式Linux下Web服務器的實現

傳統意義上的Web服務器是以具有高運算處理能力和大容量存儲空間的工作站或PC機為硬件工作平臺，以非實時操作系統為軟件工作平臺，它通常被設計用來處理大量用戶對普通網站的同時并發訪問。但嵌入式設備處理器能力有限、存儲容量小，只能采用功能相對簡單、體積小、消耗資源少的Web服務器，嵌入式Web服務器由此產生。

1.1 嵌入式Web服務器的選擇

嵌入式Web服務器通常采用Browse/Server的工作方式，在這種工作方式下，客戶端僅需要一個瀏覽器程序，而服務器端則需要一個嵌入式Web服務器。客戶端可以使用瀏覽器來訪問Web服務器，并可通過網頁來進行相應的設置和操作。嵌入式Web服務器監聽客戶端的服務請求，并根據客戶請求的類型來提供相應的服務，返回相應的處理結果[2]。

典型的嵌入式Web服務器有Httpd、Boa以及Shttpd等。Httpd是最簡單的一個Web服務器，它的功能最弱，不支持認證，不支持CGI。Shttpd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Web服務器，只能依次完成用戶的請求，而不會創建新的進程來處理并發連接請求。Shttpd是一個輕量級的Web服務器，具有更豐富的功能特性，支持CGI，SSL，cookie，MD5認證，還能嵌入到現有的軟件里，更為方便的是它不需要配置文件。因此本文選用Shttpd作為嵌入式Linux下的Web服務器。

1.2 嵌入式Web服務器Shttpd的移植及實現

步驟如下：

1）下載并解壓源碼包

下載 Shttpd 源碼包（Shttpd-1.39.tar.gz）：http://shttpd.sourceforge.net/

解壓源碼包：#tar zxvf shttpd-1.39.tar.gz

2）交叉編譯

#cd shttpd-1.39

#cd src/

#vi Makefile

修改交叉編譯器路徑：

CC=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-gcc

AR=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-ar

交叉編譯，得到可執行程序shttpd：

#make unix

3）運行 shttpd

將編譯好的程序拷到開發板的文件系統下：

#cp shttpd/sbin

在開發板的/var目錄下建立www文件夾：

#mkdir/var/www

啟動shttpd服務器：

#shttpd-root/var/www-ports 80&

4）靜態網頁測試

在開發板的/var/www目錄下放入測試網頁：index.html

在客戶端瀏覽器中輸入開發板的IP地址，即可打開測試網頁。

2 CGI技術簡介

2.1 CGI工作原理

CGI（Common Gateway Interface）是外部擴展應用程序與Web服務器交互的一個標準接口。它規定了Web服務器調用其它可執行程序（CGI程序）的接口協議標準。Web服務器通過調用CGI程序實現和Web瀏覽器的交互，也就是CGI程序接受Web瀏覽器發送給Web服務器的信息，進行處理，將響應結果再回送給Web服務器及Web瀏覽器。按照CGI標準編寫的外部擴展程序能夠處理來自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，實現動態Web技術[3]。

其工作原理如圖1所示。

圖1 CGI的工作原理Fig.1 Dperating principle of CGI

客戶端用戶通過瀏覽器將用戶輸入數據傳遞給Web服務器，Web服務器守護進程接收到該請求后，會創建一個CGI的子進程。該子進程將CGI請求的有關數據設置成環境變量，并啟動URL指定的CGI程序，CGI程序從環境變量中讀取所需要的數據，經過處理后，最后使用STDOUT輸出HTML形式的結果文件，經Web服務器送回瀏覽器顯示給用戶。

2.2 CGI的傳送方法

CGI的傳送方法即Web服務器調用CGI程序的途徑。HTML向CGI提交請求都是通過表單來實現的。在表單元素FORM中，有一個METHOD屬性，它定義了程序如何接收所傳遞的數據。CGI方法有主要有GET和POST兩種方法[4]。

1）GET 方法

使用此方法時，表單數據會附加在所指向CGI程序的URL后一起發送給Web服務器，Web服務器將收到的表單數據賦予環境變量QUERY-STRING，CGI程序將以字符串的形式從環境變量QUERY_STRING中獲取數據。

2）POST 方法

使用POST方法時，Web服務器的STDOUT反饋到CGI程序的STDIN，并且腳本的STDOUT反饋到服務器的STDIN，從而完成一個完整的操作過程。

2.3 CGI的環境變量

操作系統為用戶提供了許多環境變量，它們定義了程序的執行環境，應用程序可以存取它們。Web服務器和CGI接口又另外設置了自己的一些環境變量，用來向CGI程序傳遞一些重要的參數。服務器與CGI程序交換信息的協作方式都是通過環境變量來完成的[5]。

2.4 CGIC函數庫

C語言是一種使用廣泛的編程語言，它完全可以勝任CGI程序的編寫，在完成復雜的CGI程序時，一定要選擇合適的庫。CGIC是一個支持CGI開發的開源C庫，它封裝了一些用C語言開發CGI程序時的常用函數，給CGI的開發帶來了極大的方便。

3 CGI在嵌入式Web服務器中的應用

3.1 CGIC在嵌入式平臺下的移植

1）下載并解壓源碼包

從CGIC的官方項目網站http://www.boutell.com/cgic下載源碼，當前版本為2.05。解壓并進入源碼目錄：

#tar xzf cgic205.tar.gz

#cd cgic205

2）修改Makefile文件

#vi Makefile

修改CC=gcc為CC=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linuxgnueabi-gcc

修改AR=ar為 AR=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linuxgnueabi-ar

修改RANLIB=ranlib為RANLIB=/opt/arm-2008q3/bin/arm-none-linux-gnueabi-ranlib

修改 gcc cgictest.o-o cgictest.cgi${LIBS}為$（CC）$（CFLAGS）ttycgic.o-o ttycgic.cgi${LIBS}

修改 gcc capture.o-o capture${LIBS}為$（CC）$（CFLAGS）capture.o-o capture${LIBS}

3）交叉編譯

#make

編譯成功后得到CGIC庫文件libcgic.a

3.2 基于CGI的串口程序實現

整個CGIC函數庫實際上就是cgic.c一個文件，非常的精簡。用CGIC進行C語言的CGI程序開發時，可以將CGIC編譯為模塊，也可以直接將自己編寫的CGI程序和cgic.c及cgic.h一起編譯。從cgic.c的代碼可以看出，它已經定義了main函數，對于使用CGIC編寫的CGI程序，都是從cgic.c中的代碼進入，在庫函數完成了一系列初始化操作之后，比如解析參數、獲取系統環境變量，它才會調用用戶編寫的代碼。所以我們在調用CGIC庫開發自己的CGI程序時，不能再使用main（），而要使用CGIC提供的cgimain（）開始程序。另外CGI程序輸出HTML頁面的方式都是使用printf把頁面一行一行地打印出來，這就需要我們對HTML網頁的格式及編寫方法有所了解[6]。

下面通過一個簡單的串口程序來展示通過CGIC開發CGI程序的過程。客戶端在提交表單中的數據后，CGI程序將表單內的數據取出并發送至串口，通過連接到開發板數據串口端的另一臺PC機的超級終端即可看到發送到串口的數據。

CGI串口程序部分源代碼如下：

圖2 串口程序發送界面Fig.2 Sending interface of serial port program

4 結束語

嵌入式Web服務器和CGI技術的結合可以很方便地實現客戶端瀏覽器與Web服務器的動態數據交互，進而實現用戶對嵌入式設備的遠程監控。本文詳細闡述了Web服務器Shttpd在S3C6410開發板下的移植，介紹了CGI的工作原理，并采用C語言編寫了基于CGI的串口程序，實現了客戶端瀏覽器與Web服務器間的動態數據交互。用戶可以根據功能需求編寫出自己的CGI應用程序，采用這種方案的嵌入式Web服務器可以廣泛應用于工業控制、智能家居等多個領域，具有十分廣闊的前景。

[1]李勇.CGI在嵌入式WEB服務器中的應用和實現[J].微計算機信息，2008，10（3）:110-111.LI Yong.Application and realization of CGI in embedded WEB server[J].Micro-computer information，2008，10（3）:110-111.

[2]劉偉，李小武，羅明.CGI技術全面接觸[M].北京:清華大學出版社，2001.

[3]張曦煌，柴志雷.嵌入式Web服務器中CGI的特點及實現[J].小型微型計算機系統，2003，24（11）:2046-2047.ZHANG Xi-huang，CHAI Zhi-lei.Properties and Implementationsof CGI in embedded web Server[J].Mini-micro systems，2003，24（11）:2046-2047.

[4]WANG Zhen-xi，REN Xian-yi.A study on cgi of embedded webserver[J].International Symposium on Computer Science and Computational Technology，2008（1）:480-483.

[5]CHEN Tian-huang，HUANG Jia-xi.Design and realization of CGI in embedded dynamic web technology[J].International Conference on Network and Parallel Computing-Workshops，2007（39）:774-777.

[6]曹建，李文斌，張劍峰，等.Perl5、PHP4與CGI實例教程[M].北京:電子工業出版社，2000.